— DC / DC converters for High Voltage Direct Current (HVDC) grid —

LABORATOIRE D’ÉLECTROTECHNIQUE ET D’ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE DE LILLE
Master project, 2014-15
— DC / DC converters for High Voltage Direct Current (HVDC) grid —
L2EP supervisor: GRUSON François & DELARUE Philippe
Contact: [email protected], Arts & Métiers ParisTech;
[email protected], Polytech’lille
Context
With the possible integration of marine renewable energy like offshore wind turbine or hydro-turbine, the concept
of High Voltage Direct Current (HVDC) grids begin to emerge. The L2EP works on this subject since 5 years in close
cooperation with RTE. 2 thesis has been defended, five PhD. students and 2 post-doctorate are in progress on this subject. The interest of this work has allowed the emergence of this theme as transversal theme of L2EP. In addition, a
demonstrator has been developed on this subject and presented as part of a European project name Twenties
(http://www.twenties-project.eu/node/148).
The interconnection of multiple HVDC grids cannot be directly considered. In fact, it is not certain that the voltage
levels of these grids are the same and therefore it will be necessary to introduce static converters for providing an interface of these different grids. In case of a short-circuit on a part of a DC grid, the DC/DC converter may act as a firewall
to avoid the propagation of a fault which occurs on one DC grid to the DC grid located on the other side of the DC/DC
converter.
This Master thesis proposes to study the DC / DC conversion structures adapted to the HVDC constraints. This work
will be in connection with Aberdeen university lab (Scotland) which has proposed a specific topology of DC/DC converter and which is collaborating on this subject with the L2EP.
Objective
The objective of the study is to perform a literature review of DC/DC converter structure adapted for HVDC, to
summarize (topology, functionality, advantages and disadvantage) and extract an interesting structure. This structure
and its control will be modeled with the laboratory tools and will be simulated (with Matlab Simulink and / or EMTP).
Work steps
1.
2.
3.
4.
Bibliography on the subject
Modeling an interesting static converter with its control
Implement it in simulation
Report writing
References
[1] Ferreira, J.A, "The Multilevel Modular DC Converter," IEEE Transactions Power Electronics, vol.28, no.10, pp.4460,
4465, Oct. 2013.
[2] Schon, A; Bakran, M, "A new HVDC-DC converter with inherent fault clearing capability," Power Electronics and Applications (EPE), 2013 15th European Conference on , vol., no., pp.1,10, 2-6 Sept. 2013.
[3] Kenzelmann, S; Rufer, A; Vasiladiotis, M; Dujic, D; Canales, F; de Novaes, Y.R, "A versatile DC-DC converter for energy
collection and distribution using the Modular Multilevel Converter," Power Electronics and Applications (EPE 2011), Proceedings of the 2011-14th European Conference, pp.1,10, Aug. 30 -Sept. 1 2011.
[4] Jovcic, D.; Lu Zhang, "LCL DC/DC Converter for DC Grids," IEEE Transactions Power Delivery, vol.28, no.4, pp.2071,
2079, Oct. 2013.
[5] Jovcic, D., "Bidirectional, High-Power DC Transformer," IEEE Transactions Power Delivery, vol.24, no.4, pp.2276, 2283,
Oct. 2009.
[6] Lin, W; Jovcic, D, "Average Modelling of Medium Frequency DC–DC Converters in Dynamic Studies," IEEE Transactions Power Delivery, vol.PP, no.99, pp.1,1.
Master of Research – “Electrical Energy and Sustainable Development"
LABORATOIRE D’ÉLECTROTECHNIQUE ET D’ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE DE LILLE
Sujet de Stage Master E²SD, 2014-15
— Etude des convertisseurs DC/DC pour les réseaux électriques à haute tension
continue (HVDC) —
Encadrant L2EP: François GRUSON & Philippe DELARUE
Contact: [email protected], Arts & Metiers ParisTech;
[email protected], Polytech’lille
Contexte
Dans le cadre des réflexions visant à exploiter au mieux les énergies renouvelables d'origine marine comme
l’éolien ou l’hydrolien off-shores, la création de réseaux électriques à haute tension continue (HVDC) pour acheminer
ces énergies jusqu'au réseau alternatif commence à émerger. Le L2EP travaille sur ce sujet depuis 5 ans en étroite
collaboration avec RTE (le gestionnaire du réseau de transport français), 2 thèses ont été soutenues, 5 doctorants et 2
post-doctorants travaillent actuellement sur le sujet. L’intérêt de ces travaux a permis de faire émerger cette thématique
comme thématique transversale du L2EP. De plus, un démonstrateur a été développé sur ce sujet et présenté le cadre
d’un projet européen Twenties (http://www.twenties-project.eu/node/148).
L’interconnexion de plusieurs liaisons points à points amenant au développement de ce type de réseaux HVDC peut ne
pas être directement envisageable. En effet, il n’est pas certain que les niveaux de tension de ces différents réseaux soit la
même. Il sera nécessaire d’introduire des convertisseurs statiques DC/DC permettant de réaliser l’interfaçage de ces différents
réseaux. Dans le cas d'un court-circuit sur une partie d'un réseau à courant continu, le convertisseur DC / DC peut agir comme
un pare-feu pour éviter ou limiter la propagation de ce défaut l'autre côté du convertisseur DC / DC.
Ce stage propose de s’intéresser à ces structures de conversion DC/DC adaptées aux contraintes du HVDC. Ce
travail sera en relation avec le laboratoire universitaire d’Aberdeen (Ecosse) qui a proposé une topologie spécifique de
convertisseur DC / DC et qui collabore à ce sujet avec le L2EP.
Objectifs
L'objectif de l'étude consiste réaliser une étude bibliographique des structure de convertisseur DC/DC pour le HVDC, d’en faire
une synthèse (topologie, fonctionnalité, avantage et inconvénient) et d’extraire une structure intéressante. Cette structure et son
contrôle seront modélisés avec les outils du laboratoire et seront simulés (avec Matlab Simulink et/ou PSIM et/ou EMTP).
Travail à effectuer
1.
2.
3.
4.
Bibliographie sur le sujet
Modéliser la structure de conversion intéressante et son contrôle commande
Réaliser la simulation de la structure et analyser les résultats
Rédiger le mémoire
Références
[1] Ferreira, J.A, "The Multilevel Modular DC Converter," IEEE Transactions Power Electronics, vol.28, no.10, pp.4460,
4465, Oct. 2013.
[2] Schon, A; Bakran, M, "A new HVDC-DC converter with inherent fault clearing capability," Power Electronics and
Applications (EPE), 2013 15th European Conference on , vol., no., pp.1,10, 2-6 Sept. 2013.
[3] Kenzelmann, S; Rufer, A; Vasiladiotis, M; Dujic, D; Canales, F; de Novaes, Y.R, "A versatile DC-DC converter for energy
collection and distribution using the Modular Multilevel Converter," Power Electronics and Applications (EPE 2011),
Proceedings of the 2011-14th European Conference, pp.1,10, Aug. 30 -Sept. 1 2011.
[4] Jovcic, D; Lu Zhang, "LCL DC/DC Converter for DC Grids," IEEE Transactions Power Delivery, vol.28, no.4, pp.2071,
2079, Oct. 2013.
[5] Jovcic, D, "Bidirectional, High-Power DC Transformer," IEEE Transactions Power Delivery, vol.24, no.4, pp.2276, 2283,
Oct. 2009.
[6] Lin, W; Jovcic, D, "Average Modelling of Medium Frequency DC–DC Converters in Dynamic Studies," IEEE
Transactions Power Delivery, vol.PP, no.99, pp.1,1.
Master of Research – “Electrical Energy and Sustainable Development"