Cette thèse a pour but l'analyse d'un système photovoltaïque connecté au réseau électrique en prenant en compte le contrôle, l'étude de la stabilité et la fiabilité. Un onduleur de type 2-Niveau a été comparé avec un onduleur multi-niveaux appelé Neutral Point Clamped. Les avantages et désavantage de chaque topologie ont été analysé en considérant l'efficacité énergétique, l'optimisation de l'injection de l'énergie sur le réseau électrique et la fiabilité du système. Pour le contrôle du courant de sortie de l'onduleur, ont été proposées deux solutions : un contrôle basé sur la théorie de la platitude et un contrôle par passivité. Ces deux différents contrôles sont comparés par rapport à la robustesse, la complexité et le nombre de capteurs utilisés. Il a été montré que les deux contrôles sont capables de gérer la problématique de la résonance du filtre LCL. Pour augmenter l'efficacité de l'algorithme MPPT dans une configuration Distributed-MPPT avec la connexion en série des deux sorties des convertisseurs boost, une nouvelle technique a été proposé pour l'équilibrage des tension d'entrée d'un onduleur NPC. En utilisant un outil appelé TPtool, un étude de la stabilité large signal par "Higher-Order-Singular-Value-Decomposition" a été présenté et comparé avec une méthode basée sur les modèles Takagi-Sugeno pour des systèmes non-linéaires. Finalement, l'onduleur 2-Niveaux est comparé avec deux multi-niveaux différents (NPP et NPC) en termes de disponibilité, en prenant en compte les niveaux de redondance des convertisseurs. Pour analyser la disponibilité, a été considérée la théorie des chaines de Markov et pour l'implémentation, le logiciel GRIF a été utilisé / The aim of this PhD thesis is to analyze a PV-grid connected system in terms of control, stability and reliability. A comparison between a classical 2-Level inverter and a multilevel NPC is presented. The advantages and weakness of both the converters are analyzed with respect to the power efficiency, optimization of the energy injection to the grid and reliability of the system. In order to control the inverter output current, two different solutions are proposed: flatness-based control and passivity-based control. These controls are compared in terms of robustness, complexity and number of sensors used. It is shown that both the controls may manage the resonance problems due to a LCL filter. For increasing the efficiency of the MPPT in a configuration Distributed-MPPT with connections in series of the boost converters outputs, a novel technique for the dc voltages balancing of a NPC inverter is proposed. A large stability analysis using "Higher-Order-Singular-Value-Decomposition" is presented and compared with Takagi-Sugeno approach for nonlinear systems. Finally, 2-Level inverter is compared with two multilevel inverters (NPC and NPP) in terms of availability, considering the redundancy levels of the converters. To analyze the systems availability, the Markov chains theory is considered and it is implemented on GRIF

Sweden has a goal of becoming carbon neutral by 2045. To reach this goal electrification of different sectors are one of the most important pathways for becoming fossil free. The power grid in Sweden has historically been seen as stable and with unlimited transmission capacity. However, with increasing power demand of electricity in society the transmission capacity is becoming limited. In short term this can delay development of new district and housing projects. In long term capacity deficit could prevent the opportunity of electrification project replacing fossil fuel for the transport and industry sector. This could have a negative impact on both Sweden’s competitiveness and ability to become carbon neutral. As an industry player with the aim of providing leading solutions for sustainable development, AFRY has an interest in finding solutions enabling a transition to a fossil free energy use. With capacity deficits in the power grid becoming a growing problem for metropolitan areas, AFRY has requested tool that can evaluate technical solutions for solving local power deficits. The aim of this thesis is thus to develop an evaluation tool for comparing technical solutions for solving local power deficit. Based on a literature review identifying suitable technologies; reinforcing local power grids, implementing BESS or combined BESS PV systems to a local power grid are the technical solutions chosen for this study. With the compiled technical key characteristics and component costs fort the technologies the tool is developed in Excel. From testing the tool with different cases, combined BESS PV solution is seen to have the lowest investment cost if the local power deficit is low. If the deficit is high, reinforcing the grid with transformer and substation capacity is the solution whit the lowest investment cost. / Sverige har som mål att inte ha några nettoutsläpp av växthusgaser till atmosfären till 2045. För att uppnå detta mål är elektrifiering av olika sektorer sett som ett av de viktigaste spåren mot en fossilfri framtid. Elnätet i Sverige har historiskt set varit stabilt och med en näst intill obegränsad överföringskapacitet. Men med ett ökande effektbehov av el i samhället börjar den befintliga överföringskapaciteten bli begränsad och i vissa fall otillräcklig. På kort sikt kan detta försena utvecklingen av nya stads- och bostadsprojekt. På lång sikt kan kapacitetsbrist förhindra möjligheten av elektrifieringsprojekt med syfte att ersätta fossila bränslen inom transport- och industrisektorn. Detta kan påverka Sveriges konkurrenskraft och mål att inte ha några nettoutsläpp av växthusgaser negativt. Som en aktör med målet att tillhandahålla ledande lösningar för en hållbar framtid har AFRY ett intresse av att finna lösningar som möjliggör en omställning till fossilfri energi. Eftersom kapacitetsbrist i elnätet är ett växande problem i och runt storstadsregioner, har AFRY efterfrågat ett verktyg som kan utvärdera tekniska lösningar för att möta lokal effektbrist. Syftet med denna studie är där med att utveckla ett utvärderingsverktyg som jämföra tekniska lösningar för att möta lokal effektbrist. Genom en litteraturstudie har kunskap om olika tekniska lösningar sammanställts och förstärkning av lokala elnät, implementering av BESS eller kombinerade BESS PVsystem till det lokala elnätet inkluderats som lösningar i denna studie. Tillsammans med de tekniska parametrarna och investeringskostnader för teknikerna utvecklas ett analysverktyg i Excel. Från att ha testat olika fall i verktyget kan den kombinerade BESS PV-lösningen ses ha den lägsta investeringskostnaden om effektbristen är låg. Om effektbristen där emot är hög är utbyggnad av transformator och nätstations kapacitet i det lokala elnätet lösningen med lägst investeringskostnad.