Superconductivity Centennial Conference 2011- EUCAS–ISEC–ICMC (18-23 Sep 2011, The Hague, The Netherlands)

Superconductivity Centennial Conference 2011- EUCAS–ISEC–ICMC (18-23 Sep 2011, The Hague, The Netherlands)

La compréhension de la dissipation dans l'état supraconducteur est l'une des clefs de l'émergence de la technologie supraconductrice. Dans le cadre particulier des couches minces, cette thèse décrit le passage de l'état supraconducteur vers l'état normal sous l'effet d'un courant de transport, et ses possibles implications technologiques. Un régime d'écoulement visqueux de vortex (flux flow) suivi par un brusque saut vers l'état normal est tout d'abord identifié et discuté dans des films de niobium. Il est également montré, dans ces couches minces, l'influence des surfaces sur la dynamique des vortex. La transition vers l'état normal de films d'YBaCuO permet ensuite de vérifier le haut potentiel des supraconducteurs comme limiteurs de courant alternatif ou continu. Il est enfin démontré que de tels systèmes peuvent récupérer leur état supraconducteur sous courant.

L’intégration des énergies renouvelables a conduit à introduire la notion d’utilisation locale de ces nouvelles sources de production. Nous pouvons définir le paradigme de microréseau comme une agrégation de plusieurs sources d'énergie distribuée qui peuvent alimenter leurs charges locales. Ces microréseaux peuvent être îlotables pour garantir la continuité de service et l’alimentation des charges. Pour assurer la fiabilité du réseau, une stratégie de protection des générateurs et du microréseau lui-même a été proposée. Dans ce mémoire, les points communs et les différences entre les générateurs classiques et les générateurs connectés au réseau à l’aide de convertisseur d’ d’électronique de puissance sont présentés. Ensuite, nous présentons la conception d’une source de tension à base d’une micro-turbine à gaz comme source d’énergie primaire contrôlable. Nous étudions les possibilités pour le générateur de demeurer connecté dans les conditions du creux de tension (fault-ride-through) tout en étant protégé contre les surintensités. Nous avons proposé deux solutions différentes permettant de limiter ces courants du générateur. De plus, pour assurer la continuité d’alimentation des charges en deux modes de fonctionnement, nous avons intégré un détecteur de l’ilotage basé sur le relais ROCOF dans le système de commande du générateur. Une validation expérimentale pour ces travaux a été réalisée en utilisant la simulation temps réel PHIL. Finalement, un plan de protection coordonnée valide dans les deux modes de fonctionnement et avec les différents types de source est présenté. Cette stratégie a été testée sur un exemple de microréseau simulé sur le simulateur temps réel / The integration of renewable energy has led to introduce the concept of local use of these new production sources. We can define the Microgrid paradigm as an aggregation of several distributed power sources that can supply their local charges. These microgrids may be islanded to ensure the continuity for supplying the loads in both operation modes. To provide the reliability of the network, a strategy to protect the generators and the Microgrid itself has been proposed. In this thesis, the similarities and differences between conventional generators and the generators connected to the network using the power electronics converter are firstly presented. Then, we present the design of a voltage source connected by a power electronic converter and LC filter, based on gas micro-turbine as the controllable primary energy source. We study the possibilities for the generator to remain connected in case of voltage sags (fault-ride-through) while being protected against the overcurrents. We have proposed two different solutions to limit these generator currents. In addition, to ensure continuity of supply the loads in two operation modes, we integrated an islanding detector based on the ROCOF (Rate Of Change Of Frequency) relay in the control system. An experimental validation for this work was realized using PHIL (Power Hardware in the Loop) real-time simulation. Finally, a coordinated protection plan valid in both operation modes and with different types of sources was presented. This strategy was tested on a simulated example of microgrid on real-time simulator

To mitigate the carbon footprint and the need to fulfil the energy goals in terms of sustainability, it is required to deploy a large integration of green energies. Therefore, in the previous and the coming years, there will be a high research and technological interest in the high penetration of converter-based generation. With the replacement and integration of power converters into the bulk power grid, new challenges and issues must be faced to maintain the system´s stability and reliability in terms of procedures for the transmission system operators. The main objective of this thesis project is to analyze and to implement the current- limiting techniques implemented in voltage source converters, which are equipped with grid-forming functionalities so that these electronic devices are safeguarded during a severe transient event as three-phase short-circuit and remain connected to the grid during the fault scenario. The model of the voltage source converter with grid-forming strategies is described as well as the grid-forming strategies (droop control, virtual synchronous machine (VSM) and dispatchable virtual oscillator control (dVOC)) utilized in the outer loop. The low-inertia and zero-inertia system in the IEEE 9-Bus test system were exhibited to be resilient towards 3-phase fault events, and their behavior shows neither significant oscillations during and after the incident of the fault nor noticeable difference in their performance regarding the location. In this test system model, the current-limiting techniques were validated and analyzed results display good effectiveness for the current and frequency. The Hydro-Québec network model was employed to have a more practical approach in the behavior of the current limitation strategies in the power converters in a real power system. The fault location and the percentage of participation of the voltage source converters in the energy generation were the two main scenarios, in which the proposed control strategies for restricting the current work but simultaneously, it is required an appropriate control to keep the system´s stability. / För att minska koldioxidutsläppet och uppnå energimålen med avseende på hållbarhet krävs integrering av hållbara energikällor. Därmed, under de föregående och kommande  åren kommer stort fokus riktas mot forskning kring ökad penetration av kraftelektronikomriktare i kraftsystemet. När kraftelektronikomriktare ersätter traditionella generationsenheter uppkommer nya utmaningar och problem som behöver lösas för att upprätthålla systemets stabilitet och pålitlighet med avseende på tillvägagångssätt för systemansvariga för överföringssystemet.  Avhandlingens huvudmål är att analysera och implementera strömbegränsande metoder för kraftelektronikomriktare av typen voltage source converters med en nätformande (”grid- forming”) funktionalitet. Strömbegränsaren ska säkerställa att kraftelektronikomriktaren skyddas under allvarliga transienta händelser och att kraftelektronikomriktaren förblir ansluten till nätet under händelsen. Modellen av kraftelektronikomriktaren med nätformande egenskaper är beskrivna tillsammans med nätformande kontrollstrategier, virtuella synkronmaskniner (VSM) och användande av avsändande virtuell oscillerande kontroll i den yttre slingan.  Den låga trögheten och noll-tröghetssystemet i IEEE 9-Bus test-system visade sig vara motståndskraftig mot trefasfel eftersom testsystemets beteende visade varken signifikanta oscillationer under och efter felet eller märkbar förändring i dess prestanda beroende på var felet inträffade. I denna testsystemsmodell var strömbegränsande tekniker validerade och de analyserande resultaten visade på god effektivitet för strömmen och för frekvensen.  Hydro-Québec nätverks-modellen användes för att få en mer praktisk inriktning med hänsyn till beteendet hos strömbegränsarna där olika strategier har använts. Felpositionen och andelen av kraftelektronikomriktare i energigenereringen var två huvudsakliga scenarion, där de föreslagna kontrollstrategierna för att begränsa strömmen fungerade men kräver samtidigt att en lämplig kontroll för att behålla systemets stabilitet.

Cette thèse présente un nouveau système de stabilisation de la tension batterie spécialement destinés aux véhicules Stop-Start, économique et compact, nommé LVSS (Linear Voltage Stabilization System). Le LVSS se comporte comme une résistance variable et limite le courant à l’aide de transistors MOSFET fonctionnant en mode linéaire. Il permet donc de stabiliser la tension de la batterie pendant le démarrage du moteur à combustion interne (ICE). Un prototype a été conçu et testé sur une voiture. Les résultats ont montré que la tension était stabilisée tout en limitant le courant de démarrage. De plus la solution proposée n’impacte pas sur les performances globales du système Stop-Start et comme les transistors fonctionnent en mode linéaire, cette solution n’émet pas de perturbations CEM. / This thesis presents a new Linear Voltage Stabilization System (LVSS) specially designed for µ-hybrid vehicles using the Stop-Start function. The LVSS stabilizes the battery voltage during the start-up of the Internal Combustion Engine (ICE) limiting the start-up current using parallels MOSFETs working in linear mode. A prototype was developed and tested in a car. Results have shown the battery voltage properly stabilized limiting the start-up current. Furthermore the proposed solution does not impact on the overall performance of the Stop-Start. Main advantages are its small volume, low price and the fact that there is no EMC perturbation as transistors work in linear mode.

The aim of this master’s thesis is provide detailed information about car battery’s charger with a switching power supply. The kind of this power supply is one-pulsed conducting inverter with transformer. The charger’s rates of nominal voltage are 6 and 12 V. The method of charging is charging by constantly voltage with a current limitation. The values of a current limitations are 0.5A, 5A and 20A. The charger’s maximal current is 50A. This current can help to the accumulator with starting of a vehicle. This device is equipped by indicators which indicate the end of charging.

This thesis is an engineering design of an intelligent fast-charger for lead-acid accumulators. It contains calculations of each component. The switching power supply is the mainstay of the charger that makes the charger portable, lightweight and small. The Intelligent fast-charger for lead-acid accumulators charges the accumulator by method of constant voltage with current limitation of 0,5A, 5A, 10A, 50A. 50A current is used in winter during starting of a car, when the battery can´t provide sufficient current. There are three LEDs placed on the front side of the charger reflecting status of the device. The device comprises safety protection for the charger, supply network and battery.