La configuration du système repose sur un convertisseur modulaire multiniveau (MMC) opérant en mode redresseur. Le拓扑 comprend 18 sous-modules par bras, avec une tension continue cible de 25,2 kV et une connexion au réseau alternatif de 6,6 kV. La stabilité de la tension DC et la qualité du courant injecté dépendent étroitement de la stratégie de commande adoptée.

Stratégie de Commande Cascadée

Le contrôleur repose sur une structure à double boucle. La boucle externe régule la tension continue via un correcteur PI, tandis que la boucle interne gère les courants dans le repère tournant dq. Pour assurer une dynamique rapide, un terme de découplage par anticipation est intégré dans la loi de commande des courants.

% Paramètres de régulation de tension
gain_prop_ext = 0.85; 
gain_int_ext = 55;

% Calcul du découplage et de l'anticipation
termes_couplage = [0 -omega*L; omega*L 0] * [id_mesure; iq_mesure];
compensation_avance = L * (omega * iq_ref - (vd_reseau / v_dc));

L'intégration du terme d'anticipation dans l'équation de commande est critique. Une inversion de signe sur les termes de couplage dq peut entraîner une instabilité majeure du système. Les tests dynamiques montrent que cette compensation réduit le temps de réponse de plus de 40 % lors de creux de tension réseau.

Modulation et Équilibrage des Tensions

La modulation par niveau le plus proche (NLM) est utilisée pour générer les signaux de commande des interrupteurs. L'algorithme détermine le nombre de sous-modules à insérer en fonction de la tension de référence et de la moyenne des tensions des condensateurs.

function nb_insertion = calcul_niveau_reference(tensions_sm, u_consigne)
    v_moyenne = mean(tensions_sm);
    ratio_niveau = u_consigne / v_moyenne;
    nb_insertion = round(length(tensions_sm) * ratio_niveau);
end

L'équilibrage des tensions des condensateurs est réalisé par un algorithme de tri. La direction du courant dans le bras détermine la logique de sélection : en charge, on insère les modules ayant la tension la plus faible ; en décharge, on retire ceux ayant la tension la plus élevée.

% Tri à bulles pour l'équilibrage des condensateurs
for indice = 1:(n_modules - 1)
    if tensions_mesurees(indice) < tensions_mesurees(indice + 1)
        valeur_temp = tensions_mesurees(indice + 1);
        tensions_mesurees(indice + 1) = tensions_mesurees(indice);
        tensions_mesurees(indice) = valeur_temp;
    end
end

Bien que le tri à bulles soit souvent évité dans les implémentations temps réel sur FPGA pour des raisons de complexité, il reste efficace pour la simulation offline avec un nombre réduit de modules. L'exécution doit être synchronisée près des zéros de l'onde modulante pour minimiser les distorsions.

Suppression du Courant Circulant

Un correcteur PI spécifique est dédié à l'atténuation de la composante harmonique de rang 2 du courant circulant. L'extraction de cette composante est réalisée par transformation de signal analytique.

% Extraction de la composante à double fréquence
i_circulante = (i_bras_sup + i_bras_inf) / 2;
signal_analytique = hilbert(i_circulante) .* exp(-1j * 2 * pi * 100 * temps);

Le contrôleur agit spécifiquement sur cette composante extraite. Les résultats montrent une réduction significative de la distorsion harmonique totale (THD) du courant de bras, passant de 9,57 % à 1,93 % après activation de la suppression.

Métriques de Performance

• Stabilité de la tension continue : ondulation inférieure à 0,5 % autour de 25,2 kV.
• Puissance active : 3,2 MW en régime établi.
• Puissance réactive : maintenue à 0 Var.
• Qualité du courant réseau : THD de 1,47 %, conforme aux standards de connexion.
• Équilibrage des condensateurs :波动 réduite de ±5 % à ±1,8 % grâce à la logique de tri adaptative.

L'association d'une commande classique par PI et d'algorithmes de tri simples permet d'obtenir des performances robustes sur ce système multivariable. L'optimisation future pourrait envisager des algorithmes de tri plus rapides pour améliorer la scalabilité du modèle.