Le travail de cette thèse apporte une contribution aux méthodes de réglage de la tension dans les réseaux électriques. Il s’agit de fournir au réseau la puissance active et surtout la puissance réactive nécessaire pour réguler la tension et aboutir à un système équilibré vue du côté source. Ces puissances sont extraites d’une source d’energie renouvelable : une attention particulière a été portée à l’énergie éolienne raccordée au réseau à travers la Machine Asynchrone à Double Alimentation (MADA) pilotée par des convertisseurs statiques. Le système de contrôle le plus répandu des éoliennes est basé principalement sur la technique d’extraction du maximum de puissance. Cependant, cette technique limite la mise en oeuvre deservices auxiliaires, telle que la participation des éoliennes au réglage de la tension dans le réseau électrique. Pour cela, une nouvelle méthode d’extraction du coefficient de puissance optimal, permettant d’améliorer la participation de la MADA à la régulation de la tension dans le réseau (compensation de la puissance réactive et du déséquilibre), a été développée. Le convertisseur multiniveaux à structure NPC (Neutral Point Clamped) raccordant l’énergie renouvelable au réseau a été étudié. La commande prédictive assurant simulatnément l’amélioration du facteur de puissance, l’équilibrage du réseau électrique et du bus continu du convertisseur NPC a été proposée. Ensuite, l’application de cette commande prédictive a été elargie en lui attribuant plusieurs objectifs : amélioration du facteur de puissance avec équilibrage du réseau, équilibrage du bus continu, minimisation des pertes par commutation et réduction de la tension de mode commun. La minimisation des pertes a été obtenue en proposant une nouvelle stratégie qui consiste à exploiter les datasheets constructeurs donnant l’évolution de l’énergie dissipée durant la commutation en fonction du courant. Ces courbes expérimentales ont été transformées en modèlesmathématiques implémentés dans la commande prédictive. Les résultats de simulation et expérimentaux sont présentés pour évaluer les performances de la méthode proposée. / The work in this research thesis presents a contribution to voltage regulation in electrical networks. By considering adequate active and reactive powers injection into the grid, voltage control and load balancing are provided. These powers are generated from a grid connected renewable energy conversion system : a special attention was paid to the Wind Energy ConversionSystem (WECS) based on Doubly-Fed Induction Generator (DFIG).The typical control strategy for WECS is the maximum power coefficient tracking method. However, this method limits desirable ancillary power services, such as the participation of wind turbines in voltage regulation in the power grid. Therefore, a new method that derives the optimal power coefficient enhancing the participation of WTS in voltage regulation in the network (reactive and unbalanced power compensation), has been developed. The multilevel NPC (Neutral Point Clamped) converter, used for grid interface connection of renewable energy sources systems, has been studied. A predictive control method for the three-level NPC converter, capable of simultaneously compensating the problems of : DC link capacitors voltage balancing, load balancing and power factor correction in the power system, has been proposed. Then, the application of this predictive control was extended to simultaneously achieve multiple objectives: load balancing with power factor correction in the network, DC link capacitors voltage balancing, switching losses minimization and common mode voltage reduction. The switching losses minimization was obtained by proposing a new strategy which consists on exploiting the manufacturer datasheets that gives the evolution of the switching loss energy in function of the circulating current. The experimental curves of the datasheet are expressed in a mathematical model implemented in the predictive control. Simulation and experimental results are presented to evaluate the performance of the proposed method.

La charge d’un véhicule électrique constitue un enjeu stratégique pour les constructeurs automobile et forme un réel défi à relever avant de pouvoir comparer ces véhicules à la simplicité d'usage du véhicule thermique. En effet, l’autonomie limitée, la durée de recharge de la batterie, le coût du déploiement d’une infrastructure de charge rapide, l'impact significatif sur les réseaux électriques et le coût élevé de la batterie sont à l’origine de plusieurs projets de recherche axés sur l’optimisation de la chaîne de recharge du véhicule électrique. Afin d’améliorer l'autonomie d'un véhicule électrique, une solution contraignante mais stratégique consiste à embarquer le chargeur dans le véhicule afin d’assurer la conversion ac-dc de l’énergie à partir des prises de courant. Cette solution permet d’augmenter la disponibilité de la charge pour les utilisateurs. En outre, le chargeur embarqué peut réutiliser tout, ou une partie des éléments déjà existants et nécessaires à la propulsion du véhicule. L'idée étant de pouvoir employer certains éléments de la chaîne de traction électrique, déjà embarqués dans le VE (moteur électrique et onduleur de tension), et d’ajouter un filtre d'entrée et un redresseur afin de concevoir le chargeur. Cette solution permet de réduire le coût du chargeur, sa taille ainsi que le volume nécessaire à l'intégration de ses constituants électriques, on parle alors de chargeur intégré à la chaîne de traction. Cependant, la réutilisation de l’électronique de puissance embarquée engendre des problèmes de compatibilité électromagnétique avec d’autres équipements connectés sur le réseau électrique et aussi avec les dispositifs de protection domestique.Le problème majeur à lever est donc, la limitation des émissions conduites et plus particulièrement des courants de mode commun dans une gamme de fréquence importante. Ce projet de thèse a donc, pour objectif, l’amélioration de la disponibilité de la charge actuelle tout en réduisant le volume du filtre CEM passif. Nous cherchons, à travers ces travaux, à identifier des domaines d'améliorations possibles, à proposer des solutions à bas coûts et à intégrer des modifications au niveau de la commande et de la topologie afin d'optimiser le comportement CEM, tant en basses fréquences (0 - 2 kHz) qu’en hautes fréquences (150 Hz- 30 MHz), de ce chargeur embarqué intégré sans isolation galvanique. Les propositions doivent répondre simultanément aux besoins de recharge domestique en monophasé (à 3.7 kW et à 7.4 kW) et rapide en triphasé (à 22 kW et à 43 kW) sans pour autant augmenter le volume ni les coûts engendrés. Ainsi, cinq axes de travail sont étudiés: l’optimisation du comportement CEM (0-2 kHz) du chargeur en monophasé ; l’optimisation du comportement CEM (0-2 kHz) du chargeur en triphasé ; le développement, la mise en œuvre et l’instrumentation de deux bancs expérimentaux exploités pour l’obtention de résultats; la proposition d’une approche de modélisation CEM de la structure qui tient compte du mode commun et du mode différentiel ; et la proposition de solutions pour la réduction des émissions conduites (150 kHz – 30 MHz). / Battery chargers for electric vehicles are classified as on-board or off-board chargers. Off-board chargers are not constrained by size or weight but introduce additional cost to the infrastructure through the deployment of a high number of charging stations. In order to meet the needs of electric vehicle users in terms of charging availability, on-board chargers that achieve ac/dc conversion are retained. Furthermore, on-board chargers are classified as standalone or integrated systems. By reusing parts of the traction power train for charging, the latter reduces the cost of the charger. Disadvantages of integrated systems include electromagnetic compatibility issues and complex control schemes.This work presents the power quality performance analysis and control optimization of an on-board non-galvanically isolated electric vehicle charger integrated to the traction’s power train. In order to be able to evaluate the high frequency conducted common mode emissions (150 kHz - 30MHz) of a power conversion structure, one needs to develop a good current control scheme that establishes a high-quality low frequency behavior (0 - 2 kHz). Therefore, different aspects related to the power factor correction of the single-phase as well as the three-phase charging configurations are studied: the control scheme for the regulation of the charging power, the displacement power factor correction, the suppression of the grid current harmonics and the active damping of the input filter’s resonance. Two experimental test benches are developed using two different technologies (Silicon IGBTs vs. Silicon Carbide Mosfets). Experimental results are provided.This work also presents a comprehensive approach to modeling the CM and the DM EMI behavior of a power electronics structure. This method is applied to the charger in its single-phase and three-phase configurations. The models allow to evaluate the fluctuating internal nodes and to study the effect of various proposed mitigation solutions on the CM emissions. The models are also developed in the intent of being injected into optimization algorithms for the future design of an optimal EMI filter.

Durant ces dernières années, l'intérêt pour les technologies des véhicules à faibles émissions de carbone a fait un bond important à travers l'Union européenne (UE) et au-delà, encouragé en cela par les gouvernements et les constructeurs automobiles. De grands espoirs ont été mis plus récemment dans les véhicules électriques (VE) et les véhicules électriques hybrides (VEH) en tant que technologies clés pour atténuer le changement climatique, améliorer la sécurité énergétique et favoriser une nouvelle branche de l'industrie dans le secteur automobile. Ainsi, l'électrification des transports a été considérée comme une stratégie clé pour réduire les émissions de CO2 dans le secteur des transports. Le principal défi est d’augmenter l’autonomie des véhicules (ce qui a toujours été au coeur de la concurrence des industries du transport), ainsi que la durée de vie des volumineuses et coûteuses batteries. Par conséquent, ceci indique que le rendement du convertisseur de puissance est un des points clés à développer pour les générations des véhicules électriques à venir. L’autre paramètre influant est la qualité de la tension et du courant (en particulier la suppression des harmoniques basses fréquences) qui permet de réduire la taille des filtres d'entrée et de sortie de ces convertisseurs. L'objectif de cette thèse est de parvenir à un meilleur rendement en proposant de nouvelles structures de convertisseur de puissance et des commandes vectorielles modifiées ; le choix de deux onduleurs alimentant un moteur ouvert aux deux extrémités. Après l'analyse étape par étape, modèle théorique, simulation et enfin une mise en oeuvre expérimentale, il a été constaté que les nouvelles méthodes proposées sont compétitives et peuvent s’appliquer aux cas des VEH et des VE afin d’apporter des caractéristiques supérieures en termes d’efficacité et de qualité de tension et de courant. / Over the last decade, the interest for low-carbon vehicle technologies has surged among both governments and automotive manufacturers across and beyond the European Union (EU). Great hopes have been put, first, on biofuel vehicles and more recently on electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs) as key technologies to mitigate climate change, enhance energy security and nurture new industry branches within the automotive sector. So electrification of vehicles has been seen as a key strategy to reduce CO2 emissions from the transport sector. The main challenge toward EVs and HEVs is to keep driving for longer distance (which has been always fields for competition among traction industries) as well as lifetime battery cells as storage system. As a result, these indicate importance of power converter efficiency as a key gate for next generations of these up-coming vehicles. The next parameter is the quality of output voltage/current (especially by suppressing low-order harmonics) to reduce the size of filtering. The aim of this thesis is to achieve better efficiency and output voltage/current Total Harmonic Distortion (THD) by proposing novel power converter and associated Pulse Width Modulation (PWM) methods while imposing modification on power converter topology. As a result, dual-inverter is proposed to supply open-end motor from both sides. To this aim, three PWM methods are suggested as: The first one, Modified Space Vector Modulation (MSVM) for dual-inverter supplied by single dc source, improves efficiency by 4-5% (while having lower switching losses), and reduces Common Mode Voltage (CMV) levels by 66%, as well. The voltage/current harmonics are analytically analyzed which shows mainly better performance. Effective switching frequency is also reduced by 66% due to the reduction of number of commutations. In the second one, Near State PWM (NSPWM) is adapted for dual-inverter supplied by single dc source in order to eliminate triplen harmonics (therefore Zero Sequence Voltage, ZSV) and improve efficiency (by 3-4%) compared to Space Vector Modulation (SVM). Additionally due to avoiding use of zero vectors, CMV is improved by 66%. While having 8 commutations instead of 12 in SVM, effective switching frequency is improved by 33%. And finally, the third proposed method deals with NSPWM for dual-inverter supplied by two isolated dc sources wherein efficiency and CMV levels show the same performance as previous one. However, in this method, voltage THD is highly reduced compared to SVM. Triplen harmonics of the output voltage are inherently suppressed by the structure. These 3 proposed methods are analytically studied and their performances are step by step simulated in Matlab/Simulink environment. Then the methods are implemented in dualinverter fed open-end motor in laboratory setup; and the results are compared with these of SVM. Finally, it is found that novel proposed methods are so competitive solutions to be applied in HEVs and EVs and bring superior efficiency and voltage/current harmonic features.