Le système de transport d’électricité doit évoluer pour satisfaire les besoins du marché de l’électricité et de l’insertion de la production renouvelable. Les systèmes de transport dits HVDC se développent. Les interfaces d’électroniques de puissance vont jouer un rôle majeur et doivent faire preuve d’une extrême fiabilité, d’une grande efficacité et rester économiquement abordables.La technologie MMC (Convertisseur Modulaire Multi-niveaux) connaît un essor par rapport à des technologies classiques, comme le convertisseur trois-niveaux. Sa topologie étant complexe, deux niveaux de contrôle peuvent être définis. Le premier niveau porte sur le contrôle des interrupteurs pour équilibrer les tensions des sous-modules. Le second niveau contrôle les courants, la puissance et l’énergie dans le système.Cette thèse est axée sur ce deuxième niveau de contrôle. Une approche hiérarchisée et formelle, basée sur l’inversion du modèle pour le contrôle de l’énergie du MMC est présentée. Pour ce contrôle, différentes méthodes ont été proposées et comparées. Cela implique de développer une modélisation, mettre en place un contrôle. Différents modèles et contrôles ont été développés.Le MMC est généralement intégré dans une liaison HVDC où deux stations AC/DC ont un contrôle différent. Un soin particulier doit être apporté à la station dédiée au contrôle de la tension. En effet, la gestion de l’énergie dans le MCC est un point critique pour la stabilité de la tension.Enfin, les différents types de contrôle évoqués ont été étudiés dans le cas d’une liaison HVDC. Il a été montré que les échanges entre le bus DC et les MMC jouent un rôle important pour la régulation de la tension du bus DC / In future, the capability of the electric power transmission continues to grow due to renewable energy production and the needs of electrical market. Consequently, many HVDC transmission systems are developed. Definitely the power electronic interfaces will play a key role to provide high reliability, good efficiency and cost effectiveness for this AC/DC conversion.Recently, the Modular Multilevel Converter (MMC) has taken the advantage over the more classical converter as three-level VSC. Since MMC topology is complex, two different control levels may be distinguished: the control of the switches mainly orientated on the balance of hundreds of voltage on the elementary submodules, the higher level control whose aim is to control the currents, power and energy in the system.This thesis is oriented mainly on the latter. It discusses a hierarchical and formal approach for the MMC to control the energy in all the storage elements. At first it is shown that an energy control is required mandatory. Secondly, it supposes to develop an energetic model which is inverted to design the energy control. Then different solutions of control have been developed and discussed.In the majority of applications, MMC is integrated in an HVDC point to point link where the two AC/DC substations have different roles. A specific attention has to be paid on the station which controls the voltage since the way to manage the energy in the MMC has a critical role in the DC voltage stability.Finally, all these types of control have been tested and discussed on an HVDC. It is shown that the exchange between the DC bus and the MMC placed on both sides play a key role in the DC bus voltage regulation.

En permettant la transmission de fortes puissances sur de grandes distances, les réseaux en haute tension à courant continu (HTCC) représentent l'avenir du transport de l'énergie électrique. Des équipements tels que les postes sous enveloppe métallique (PSEM) seront indispensables dans ces réseaux pour répartir le flux d'énergie, interrompre ou isoler certaines branches. Leur conception nécessite la prise en compte, pour les parties isolantes, de phénomènes spécifiques liés à l’application de champs électriques continus, comme la dépendance de la résistivité avec le champ et la température, mais également l’accumulation de la charge d'espace qui contribue à augmenter sensiblement les risques de claquage. Dans le composite étudié (résine époxyde chargée d’alumine), ce phénomène commence à se manifester dès que les valeurs de champ excèdent quelques kV/mm, correspondant à l’ordre de grandeur des contraintes envisagées dans les futurs PSEM HTCC.Bien que des techniques existent pour déterminer la répartition de ces charges dans les isolants solides, aucune n’est à ce jour directement applicable aux structures isolantes installées dans les PSEM HTCC.L’objectif de ce travail est ainsi de concevoir et de mettre en place une technique de mesure des charges d’espace et du champ électrique interne qui soit à résolution spatiale, non destructive et adaptée à une géométrie d’isolateur cylindrique, de type support isolant de jeu de barres.En utilisant le dispositif expérimental mis en place, le comportement du composite vis-à-vis de la charge d’espace est par la suite étudié, notamment en fonction de différentes contraintes électrothermiques représentatives du fonctionnement des PSEM. Le but final est d'aider à l'optimisation de la conception de ce type d’isolateur, en se basant sur l’analyse des résultats issus de mesures de charges d’espace. / The trend today is to develop high voltage direct current (HVDC) technology for the future electric network because it offers some advantages for the transmission on long distances. The development of HVDC networks leads to an increasing need of gas insulated substations (GIS). A problem to be dealt with when an insulator is subjected to a continuous electric field is the variation of the resistivity with the electric field and the temperature and the accumulation of space charges that can lead to dielectric breakdown. In alumina-filled epoxy resin, used as insulating material for GIS spacer, the influence of space charge start to come out when the electric fields exceed several kV/mm, corresponding to values envisaged for the future HVDC GIS.Despite that non-destructive methods exist to determine the space charge distribution in solid insulators, none of them are directly applicable to insulation structures installed in the HVDC GIS.So, the main objective of this work is to design and set up a measurement technique to observe the internal electric field and the accumulated charges. The developed method must be non-destructive and adapted for a cylindrical geometry of an insulator used as a busbar insulation support.By using the experimental bench set up, the behavior of the composite material regarding the space charge will be studied, in particular according to different thermoelectric stresses. The final aim is to contribute to the optimization of the design of this type of insulator, based on the results from space charge measurements.

Cette thèse porte sur la commande de réseaux multi-terminaux à courant continu (MTDC) basés sur des convertisseurs multiniveaux modulaires (MMCs).Tout d’abord, notre attention se focalise sur l'énergie stockée en interne dans le MMC qui constitue un degré de liberté additionnel apporté par sa topologie complexe. Afin d’en tirer le meilleur parti, les limites de l’énergie interne sont formulées mathématiquement.Afin de maîtriser la dynamique de la tension DC, l’utilisation de ce nouveau degré de liberté s’avère d’une grande importance. Par conséquent, une nouvelle de stratégie de commande, nommée «Virtual Capacitor Control», est proposée. Cette nouvelle méthode de contrôle permet au MMC de se comporter comme s’il possédait un condensateur de taille réglable aux bornes, contribuant ainsi à l’atténuation des fluctuations de la tension DC.Enfin, la portée de l’étude est étendue au réseau MTDC. L'un des défis majeurs pour un tel système est de faire face à une perte soudaine d'une station de convertisseur qui peut entraîner une grande variation de la tension du système. A cet effet, la méthode de statisme de tension est la plus couramment utilisée. Cependant, l'analyse montre que l'action de contrôle souhaitée risque de ne pas être réalisée lorsque la marge disponible de réserve de puissance du convertisseur est insuffisante. Nous proposons donc une nouvelle structure de contrôle de la tension qui permet de fournir différentes actions en fonction du signe de l'écart de la tension suite à une perturbation, associée à un algorithme qui détermine les paramètres de statisme en tenant compte du point de fonctionnement et de la réserve disponible à chaque station. / The scope of this thesis includes control and management of the Modular Multilevel Converter (MMC)-based Multi-Terminal Direct Current (MTDC).At first, our focus is paid on the internally stored energy, which is the important additional degree of freedom brought by the complex topology of MMC. In order to draw out the utmost of this additional degree of freedom, an in-depth analysis of the limits of this internally stored energy is carried out, and they are mathematically formulated.Then, this degree of freedom of the MMC is used to provide a completely new solution to improve the DC voltage dynamics. A novel control strategy, named Virtual Capacitor Control, is proposed. Under this control, the MMC behaves as if there were a physical capacitor whose size is adjustable. Thus, it is possible to virtually increase the equivalent capacitance of the DC grid to mitigate the DC voltage fluctuations in MTDC systems.Finally, the scope is extended to MMC-based MTDC grid. One of the crucial challenges for such system is to cope with a sudden loss of a converter station which may lead to a great variation of the system voltage. The voltage droop method is commonly used for this purpose. The analysis shows that the desired control action may not be exerted when the available headroom of the converter stations are insufficient. We thus propose a novel voltage droop control structure which permits to provide different actions depending on the sign of DC voltage deviation caused by the disturbance of system voltage as well as an algorithm that determines the droop parameters taking into account the operating point and the available headroom of each station.