Modeling and control of a DC elctrical network
Modélisation et commande d'un réseau électrique continu
Résumé
This work investigates control approaches for the stabilization of DC electrical networks. Interactions between different elements of a network i.e, sources, filters and loads may lead to instability. These interactions may be identified by studying a network containing constant power loads (CPLs). To address the problems caused by the interconnection of these elements, different control methods could be evaluated to ensure the stability and maintain network performances throughout its operating range.
The first approach uses « backstepping »method, which requires cascade structure models. However, according to available control input, this approach may be difficult to implement when multiple power loads are present. The second approach is based on passivity theory using « damping injection » control. This control law adds a virtual damper to the input filter loads in order to compensate the negative impedance effect introduced by the CPL. Finally, in order to provide an integrated solution for the problem of network stabilization, an approach based on multiple model representation of the system was investigated. This method also allows to consider the design of an observer when the entire state vector is not measured.
To validate and compare the performance of different control methods, a DC electrical network characterized by two loads of different natures and a reversible storage device was defined. The storage device is the only control input considered for the stabilization.
Les travaux concernés par ce mémoire de thèse portent sur l'investigation de méthodes de commande permettant d'aborder la stabilisation des réseaux électriques et plus spécifiquement sur les réseaux continus. En effet les interactions entre les différents éléments du réseau : sources, filtres et charges peuvent conduire à son instabilité. Ces interactions peuvent simplement être mises en évidence au moyen d'un cas d'étude de réseau contenant des charges à puissance constante (CPLs). Pour pallier aux problèmes induits par les interconnexions de ces éléments, différentes méthodes de commande ont été évaluées afin d'assurer la stabilité et les propriétés du réseau dans tout son domaine de fonctionnement.
Les travaux portant sur le développement de méthodes de commande ont été menés plus spécifiquement sur trois axes. La première concerne la synthèse par « backstepping », qui nécessite de reformuler le modèle du réseau sous une structure cascade. Toutefois, selon le moyen d'action disponible, cette approche peut se révéler difficile à mettre en œuvre lorsque plusieurs charges à puissance sont présentes. La deuxième approche fondée sur les méthodes de passivité synthétisant une commande par « injection d'amortissement ». Cette commande permet d'ajouter un amortisseur virtuel aux filtres d'entrée des charges afin de compenser l'effet d'impédance négative introduit par la CPL. Enfin, pour proposer une solution intégrée permettant de mieux répondre à la problématique de la stabilisation de la tension du réseau, une approche fondée sur une représentation sous forme multimodèle du système a été étudiée. Cette méthode permet aussi d'envisager la synthèse d'un observateur lorsque l'ensemble du vecteur d'état n'est pas mesuré.
Afin de valider et de comparer les performances des différentes méthodes de commande, un réseau électrique DC type, caractérisé par deux charges de nature différente et d'un organe de stockage réversible, a été défini où le seul actionneur considéré est l’organe de stockage utilisé ici dans un contexte de stabilisation.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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