In this thesis, the conventional pulse-width modulated (PWM) and zero-voltage switching (ZVS) quasi-resonant buck converters are analyzed and a variable-frequency control technique is proposed to regulate the output voltage due to the immediate input line and load changes. The quasi-resonant technique provides favorable switching conditions for active switch to reduce switching losses and electromagnetic interference (EMI). The method is based on shaping the voltage across the active switch in quasisinusoidal fashion and the switching action occurs with nearly zero voltage across the active switch. This requires only two additional components to the conventional PWM buck converter. The proposed quasi-resonant converter is capable of operating in megahertz range with a significant improvement in performance and power density. Detailed analytic and small-signal models of the ZVS quasi-resonant buck converter are established and the switching behavior is investigated in order to provide nearly zerovoltage turn-on. The performance of the ZVS quasi-resonant technique is verified with the computer simulations. The results are compared with the experiments in the laboratory involving both the open-loop and closed-loop operations. The detailed experiment procedure is added to use this converter for educational purposes.

Harmonic distortions are inevitably caused by a rectifier and an inverter due to their inherent nonlinearities. An AC-DC-AC converter, configured by the series connection of a rectifier, DC link, and an inverter, induces harmonic distortions at both AC sides and at the DC link. These harmonics can nonlinearly interact or modulate the fundamental frequencies at the AC sides to cause interharmonic distortions. Harmonic and interharmonic distortions can seriously hamper the normal operation of the power system by means of side effects such as excitation of undesirable electrical and/or mechanical resonances, misoperation of control devices, and so forth. This dissertation presents effective methodologies to mitigate harmonic and interharmonic distortions by applying dithered pulse-width modulated (PWM) signals to a voltage-sourced inverter (VSI) type adjustable speed drive (ASD). The proposed methods are also efficient because the dithering applications are performed on control signals without the need for additional devices. By the help of dithering, the rejection bandwidth of a harmonic filter can be relaxed, which enables a lower-order configuration of harmonic filters. First, this dissertation provides a dithering application on gating signals of a sinusoidal PWM (SPWM) inverter in the simulated VSI-ASD model. The dithering is implemented by adding intentional noise into the SPWM process to randomize rising and falling edges of each pulse in a PWM waveform. As a result of the randomized edges, the periodicity of each pulse is varied, which result in mitigated harmonic tones. This mitigation of PWM harmonics also reduces associated interharmonic distortions at the source side of the ASD. The spectral densities at harmonic and interharmonic frequencies are quanti fied by Fourier analysis. It demonstrates approximately up to 10 dB mitigation of harmonic and interharmonic distortions. The nonlinear relationship between the mitigated interharmonics and harmonics is confirmed by cross bicoherence analysis of source- and DC-side current signals. Second, this dissertation proposes a dithered sigma-delta modulation (SDM) technique as an alternative to the PWM method. The dithering method spreads harmonic tones of the SD M bitstream into the noise level. The noise-shaping property of SDM induces lower noise density near the fundamental frequency. The SDM bitstream is then converted into SDM waveform after zero-order interpolation by which the noise-shaping property repeats at every sampling frequency of the bitstream. The advantages of SDM are assessed by comparing harmonic densities and the number of switching events with those of SPWMs. The dithered SD M waveform bounds harmonic and noise densities below approximately -30 dB with respect to the fundamental spectral density without increasing the number of switching events. Third, this dissertation provides additional validity of the proposed method via hardware experiments. For harmonic assessment, a commercial three-phase inverter module is supplied by a DC voltage source. Simulated PWM signals are converted into voltage waveforms to control the inverter. To evaluate interharmonic distortions, the experimental configuration is extended to a VSI-ASD model by connecting a three-phase rectifier to the inverter module via a DC link. The measured voltage and current waveforms are analyzed to demonstrate coincident properties with the simulation results in mitigating harmonics and interharmonics. The experimental results also provide the efficacy of the proposed methods; the dithered SPWM method effectively mitigates the fundamental frequency harmonics and associated interharmonics, and the dithered SDM reduces harmonics with the desired noise-shaping property. / text

The dissertation documents research work carried out on Pulse Width Modulation (PWM) strategies for hard switched Voltage Source Inverters (VSI) for variable speed electric drives. This research is aimed at Hybrid Electric Vehicles (HEV). PWM is at the heart of all variable speed electric drives; they have a huge influence on the overall performance of the system and may also help eventually give us an extra degree of freedom in the possibility to rethink the inverter design including the re-dimensioning of the inverter components.HEVs tend to cost more than conventional internal combustion engine (ICE) vehicles as they have to incorporate two traction systems, which is the major discouraging factor for consumers and in turn for manufacturers. The two traction system increases the maintenance cost of the car as well. In addition the electric drives not only cost extra money but space too, which is already scarce with an ICE under the hood. An all-electric car is not yet a viable idea as the batteries have very low energy density compared with petrol or diesel and take considerable time to charge. One solution could be to use bigger battery packs but these add substantially to the price and weight of the vehicle and are not economically viable. To avoid raising the cost of such vehicles to unreasonably high amounts, autonomy has to be compromised. However hybrid vehicles are an important step forward in the transition toward all-electric cars while research on better batteries evolves. The objective of this research is to make electric drives suitable for HEVs i.e. lighter, more compact and more efficient -- requiring less maintenance and eventually at lower cost so that the advantages, such as low emissions and better fuel efficiency, would out-weigh a little extra cost for these cars. The electrical energy source in a vehicle is a battery, a DC Voltage source, and the traction motor is generally an AC motor owing to the various advantages it offers over a DC motor. Hence the need for a VSI, which is used to transform the DC voltage into AC voltage of desired amplitude and frequency. Pulse width modulation techniques are used to control VSI to ensure that the required/calculated voltage is fed to the machine, to produce the desired torque/speed. PWM techniques are essentially open loop systems where no feedback is used and the instantaneous values differ from the required voltage, however the same average values are obtained. Pulse width modulated techniques produce a low frequency signal (desired average value of the switched voltage) also called the fundamental component, along with unwanted high frequency harmonics linked to the carrier signal frequency or the PWM period. In modern cars we see more and more mechanical loads driven by electricity through digital processors. It is very important to eliminate the risk of electromagnetic interference between these systems to avoid failure or malfunction. Hence these unwanted harmonics have to be filtered so that they do not affect the electronic control unit or other susceptible components placed in the vicinity. Randomised modulation techniques (RPWM) are used to dither these harmonics at the switching frequency and its multiple. In this thesis a random modulator based on space vector modulation is presented which has additional advantages of SVM. Another EMI problem linked to PWM techniques is that they produce common mode voltages in the load. For electric machines, common mode voltage produces shaft voltage which in turn provokes dielectric stress on the motor bearings, its lubricant and hence the possibility of generating bearing currents in the machine that can be fatal for the machine. To reduce the common mode voltage a space vector modulation strategy is developed based on intelligent placement of zero vectors. (...)

The McTronX research group at the North-West University is currently researching self-sensing techniques for Active Magnetic Bearings (AMB). The research is part of an ongoing effort to expand the knowledge base on AMBs in the School of Electrical, Electronic and Computer Engineering to support industries that make use of the technology. The aim of this project is to develop an integrated co-processor based power electronic drive with the emphasis placed on the ability of the co-processor to execute AMB self-sensing algorithms. The two primary techniques for implementing self-sensing in AMBs are state estimation and modulation. This research focuses on hardware development to facilitate the implementation of the modulation method. Self-sensing algorithms require concurrent processing power and speed that are well suited to an architecture that combines a digital signal processor (DSP) and a field programmable gate array (FPGA). A comprehensive review of various power amplifier topologies shows that the pulse width modulation (PWM) switching amplifier is best suited for controlling the voltage and current required to drive the AMB coils. Combining DSPs and power electronics to form an integrated co-processor based power electronic drive requires detail attention to aspects of PCB design, including signal integrity and grounding. A conceptual design is conducted and forms part of the process of compiling a subsystem development specification for the integrated drive, in conjunction with the McTronX Research Group. Component selection criteria, trade-off studies and various circuit simulations serve as the basis for this essential phase of the project. The conceptual design and development specification determines the architecture, functionality and interfaces of the integrated drive. Conceptual designs for the power amplifier, digital controller, electronic supply and mechanical layout of the integrated drive is provided. A detail design is performed for the power amplifier, digital controller and electronic supply. Issues such as component selection, power supply requirements, thermal design, interfacing of the various circuit elements and PCB design are covered in detail. The output of the detail design is a complete set of circuit diagrams for the integrated controller. The integrated drive is interfaced with existing AMB hardware and facilitates the successful implementation of two self-sensing techniques. The hardware performance of the integrated coprocessor based power electronic drive is evaluated by means of measurements taken from this experimental self-sensing setup. The co-processor performance is evaluated in terms of resource usage and execution time and performs satisfactorily in this regard. The integrated co-processor based power electronic drive provided sufficient resources, processing speed and flexibility to accommodate a variety of self-sensing algorithms thus contributing to the research currently underway in the field of AMBs by the McTronX research group at the North-West University. / Thesis (M.Ing. (Electrical Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2009.

The McTronX research group at the North-West University is currently researching self-sensing techniques for Active Magnetic Bearings (AMB). The research is part of an ongoing effort to expand the knowledge base on AMBs in the School of Electrical, Electronic and Computer Engineering to support industries that make use of the technology. The aim of this project is to develop an integrated co-processor based power electronic drive with the emphasis placed on the ability of the co-processor to execute AMB self-sensing algorithms. The two primary techniques for implementing self-sensing in AMBs are state estimation and modulation. This research focuses on hardware development to facilitate the implementation of the modulation method. Self-sensing algorithms require concurrent processing power and speed that are well suited to an architecture that combines a digital signal processor (DSP) and a field programmable gate array (FPGA). A comprehensive review of various power amplifier topologies shows that the pulse width modulation (PWM) switching amplifier is best suited for controlling the voltage and current required to drive the AMB coils. Combining DSPs and power electronics to form an integrated co-processor based power electronic drive requires detail attention to aspects of PCB design, including signal integrity and grounding. A conceptual design is conducted and forms part of the process of compiling a subsystem development specification for the integrated drive, in conjunction with the McTronX Research Group. Component selection criteria, trade-off studies and various circuit simulations serve as the basis for this essential phase of the project. The conceptual design and development specification determines the architecture, functionality and interfaces of the integrated drive. Conceptual designs for the power amplifier, digital controller, electronic supply and mechanical layout of the integrated drive is provided. A detail design is performed for the power amplifier, digital controller and electronic supply. Issues such as component selection, power supply requirements, thermal design, interfacing of the various circuit elements and PCB design are covered in detail. The output of the detail design is a complete set of circuit diagrams for the integrated controller. The integrated drive is interfaced with existing AMB hardware and facilitates the successful implementation of two self-sensing techniques. The hardware performance of the integrated coprocessor based power electronic drive is evaluated by means of measurements taken from this experimental self-sensing setup. The co-processor performance is evaluated in terms of resource usage and execution time and performs satisfactorily in this regard. The integrated co-processor based power electronic drive provided sufficient resources, processing speed and flexibility to accommodate a variety of self-sensing algorithms thus contributing to the research currently underway in the field of AMBs by the McTronX research group at the North-West University. / Thesis (M.Ing. (Electrical Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2009.

This thesis proposes a modification to an air to surface guided munition (ASGM) from bang-bang control scheme to continuous control scheme with a little cost. In this respect, time domain system identification analysis is applied to the control actuation system (CAS) of ASGM in order to obtain its mathematical model and controller is designed using pulse width modulation technique. With this modification, canards would be deflected as much as it is commanded to. Seeker signals are also post-processed to obtain the angle between the velocity vector and target line of sight vector. The seeker is modeled using an artificial neural network. Non-linear flight simulation model is built using MATLAB Simulink and obtained seeker and CAS models are integrated to the whole flight simulation model having 6 degrees of freedom. As a flight control unit, fuzzy logic controller is designed, which is a suitable choice if an inertial measurement sensor will not be mounted on the munition. Finally, simulation studies are carried out in order to compare the performance of the &ldquo / ASGM&rdquo / and &ldquo / improved ASGM&rdquo / and the superiority of the new design is demonstrated.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη μίας διάταξης ανεμογεννήτριας 1kW με σύγχρονη μηχανή μόνιμων μαγνητών και με ανορθωτική γέφυρα διόδων στην έξοδό της καθώς και τη διασύνδεση αυτής με το εναλλασσόμενο δίκτυο χαμηλής τάσης. Επιπρόσθετα πραγματεύεται την κατασκευή του μονοφασικού αντιστροφέα που ενσωματώνεται στην εν λόγω τοπολογία. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Απώτερος σκοπός της εργασίας είναι η συνολική κατασκευή μίας διάταξης δύο βαθμίδων για τη διασύνδεση της ανεμογεννήτριας με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Οι διατάξεις αυτές περιλαμβάνουν μια πρώτη βαθμίδα ανύψωσης της τάσης της ανεμογεννήτριας και μια δεύτερη βαθμίδα που μετατρέπει τη συνεχή τάση σε εναλλασσόμενη (αντιστροφέας) και παράγει ρεύμα συμφασικό με την τάση του δικτύου (μοναδιαίος συντελεστής ισχύος). Αρχικά παραθέτουμε και συγκρίνουμε τις τεχνολογίες διασύνδεσης ανεμογεννητριών στο δίκτυο χαμηλής, μέσης και υψηλής τάσης στοχεύοντας στο να δοθεί στον αναγνώστη μια σφαιρική άποψη του υπό μελέτη θέματος. Στη συνέχεια παραθέτουμε μια βήμα προς βήμα θεωρητική ανάλυση όλων των εμπλεκομένων μονάδων της τοπολογίας. Πιο συγκεκριμένα πέραν της ανάλυσης της ανεμογεννήτριας, παραθέτουμε στοιχεία για τον μετατροπέα ανύψωσης τάσης, ο οποίος κατασκευάστηκε στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας του συναδέλφου Κ.Περάκη, καθώς και μελετούμε τον μονοφασικό αντιστροφέα. Επιπρόσθετα, μελετούμε τη μέθοδο παλμοδότησης του μονοφασικού αντιστροφέα, που είναι γνωστή υπό τον όρο “Ημιτονοειδής Διαμόρφωση του Εύρους Παλμών” (SPWM) τόσο με μονοπολική όσο και με διπολική τάση εξόδου. Επόμενο βήμα αποτέλεσε η διαστασιολόγηση ολόκληρου του υπό μελέτη συστήματος και η μετέπειτα προσομοίωση του μονοφασικού αντιστροφέα. Τέλος αναλύουμε τα τεχνικά χαρακτηριστικά του αντιστροφέα που κατασκευάστηκε, καθώς και των κυκλωμάτων από τα οποία αποτελείται και περιγράφουμε τη διαδικασία παραγωγής του κώδικα προγραμματισμού του μικροελεγκτή καθώς και των τεχνικών που χρησιμοποιήσαμε για τη ρύθμιση των παλμών. Παράλληλα παραθέτουμε παλμογραφήματα και μετρήσεις που προέκυψαν από τα πειράματα που διενεργήσαμε μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής σε εργαστηριακό περιβάλλον / -

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η τροφοδοσία ενός μεταβαλλόμενου RL φορτίου από μια φωτοβολταϊκή γεννήτρια, επιδιώκοντας η τάση σε αυτό να είναι σταθερή κατά μέτρο και συχνότητα. Η επίτευξη του στόχου προϋποθέτει την χρήση μιας σειράς διατάξεων, προκειμένου να δημιουργήσουμε ένα πειραματικό σύστημα πάνω στο οποίο θα αναπτύξουμε την εφαρμογή μας. Έτσι η πειραματική μας διάταξη εκτός από την πηγή (φωτοβολταϊκή γεννήτρια) και το φορτίο αποτελείται και απο έναν τριφασικό αντιστροφέα πηγής τάσης, έναν τριφασικό μετασχηματιστή, ένα βαθυπερατό φίλτρο LC, μια συσκευή βηματικής μεταβολής του φορτίου και έναν μικροεπεξεργαστή με την βοήθεια του οποίου θα υλοποιήσουμε τους απαραίτητους ελέγχους. Το πρώτο επίπεδο ελέγχου αφορά τον τριφασικό αντιστροφέα και συγκεκριμένα την παλμοδότηση την διακοπτικών του στοιχείων. Με την βοήθεια του μικροεπεξεργαστή πετυχαίνουμε την υλοποίηση του κυκλώματος παλμοδότησης εφαρμόζοντας την μέθοδο της ημιτονοειδούς διαμόρφωσης εύρους παλμών (Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM). Σε δεύτερο επίπεδο ελέγχου υλοποιούμε έναν PI ελεγκτή ο οποίος σε συνεργασία με το κύκλωμα παλμοδότησης εξασφαλίζει την σταθεροποίηση της τάσης στο φορτίο, συνεπώς και την αδιάλειπτη τροφοδοσία του. Πραγματοποιώντας βηματικές αλλαγές στο φορτίο, καταγράφουμε τις μεταβολές στα μεγέθη εκείνα που επιβεβαιώνουν την λειτουργία και αποδοτικότητα του συνολικού συστήματος ελέγχου. Ιδιαίτερη αξία έχει ο τρόπος με τον οποίο παράγουμε τον κώδικα που υλοποιεί, μέσω του μικροεπεξεργαστή, το κύκλωμα ελέγχου. Η διαδικασία περιλαμβάνει αρχικά την μοντελοποίηση του κυκλώματος στο Simulink και στην συνέχεια την χρήση των κατάλληλων εργαλείων, οπότε μέσω μιας αυτόματης διαδικασίας παράγεται ο επιθυμητός κώδικας. Η διπλωματική εργασία διαρθρώνεται με τον εξής τρόπο: Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια σύντομη αναφορά στον σημαντικό ρόλο που καλούνται να διαδραματίσουν οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, στις σημερινές και μελλοντικές ανάγκες του τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας. Ακολουθεί μια συνοπτική παρουσίαση της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας και του τρόπου αξιοποίησής της. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται η πλήρης ανάπτυξη της μεθόδου ημιτονοειδούς διαμόρφωσης εύρους παλμών για την αξιοποίησή της σε μετατροπέα DC/AC (αντιστροφέα), ενός σκέλους και τριφασικού. Παρουσιάζονται αναλυτικά τα χαρακτηριστικά της μεθόδου και ο τρόπος εφαρμογής της σε ψηφιακά συστήματα. Στο κεφάλαιο 3 γίνεται η περιγραφή και ανάλυση της πειραματικής μας διάταξης. Διαχωρίζοντας το συνολικό σύστημα στα επιμέρους κυκλώματα ισχύος και ελέγχου, περιγράφουμε την κάθε διάταξη ξεχωριστά, αναλύοντας το αντίστοιχο θεωρητικό υπόβαθρο. Ιδιαίτερα, όσον αφορά το κύκλωμα ελέγχου, αναπτύσσουμε συνοπτικά την θεωρία του PI ελέγχου, στον βαθμό που κρίνεται απαραίτητο για την εφαρμογή μας. Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται το σύστημα eZdspTM F28335. Το σύστημα αυτό περιλαμβάνει τον επεξεργαστή ψηφιακού σήματος F28335, με την βοήθεια του οποίου υλοποιούμε το κύκλωμα ελέγχου. Γίνεται αναφορά στις δυνατότητες του συστήματος και περιγράφονται τα περιφερειακά του που χρησιμοποιούνται στην παρούσα εφαρμογή. Στο κεφάλαιο 5 γίνεται η ανάλυση του μοντέλου Simulink που υλοποιεί το κύκλωμα ελέγχου. Αρχικά, παρουσιάζεται συνοπτικά η διαδικασία ταχείας προτυποποίησης και ο τρόπος με τον οποίο επιτυγχάνουμε την αυτόματη παραγωγή κώδικα μέσω των μοντέλων του Simulink. Στη συνέχεια περιγράφουμε αναλυτικά τα μπλόκ που συνιστούν το μοντέλο της εφαρμογής μας. Στο κεφάλαιο 6 γίνεται η παρουσίαση των πειραματικών αποτελεσμάτων που προέκυψαν κατά την διάρκεια των μετρήσεων. Συγκεκριμένα παρατίθενται μετρήσεις και γραφήματα που έχουν στόχο να αναδείξουν την λειτουργία του ελέγχου και τον τρόπο με τον οποίο επιδρά στο σύστημά μας. Στο κεφάλαιο 7 παρουσιάζονται τα τελικά συμπεράσματα και οι πιθανές μελλοντικές προοπτικές της εφαρμογής. / The objective of this thesis is the power supply of a variable RL load, by the use of a photovoltaic generator as our energy source, aiming to a load voltage with constant rms value and frequency. To achieve this objective, involves the use of several devices, in order to create an experimental system on which we will develop our application. Thus, our total system, other than the source (photovoltaic generator) and the load, is composed of a three-phase voltage source inverter (VSI), a three-phase transformer, a low pass LC filter, a device that electronically chooses the value of the load and a microprocessor which implements the necessary control system. The first part of the control system refers to the generation of the signals that control the switching elements of the three-phase voltage source inverter. With the help of the microprocessor we achieve the implementation of the appropriate pulse generator circuit using a method called sinusoidal pulse width modulation (SPWM). In the second part of the control system we implement a PI controller which, in collaboration with the above circuit, ensures the stabilization of the voltage on the load, therefore the uninterrupted power supply. Making step load changes, we record the variation of those parameters that confirm the operation and efficiency of the entire control system. Of great importance is the way we produce the code that implements the control circuit, when executed by the microprocessor. The procedure begins with the modeling of the circuit in Simulink, followed by the use of the appropriate development tools that result in an automatic process of production of the desired code. The thesis is organized in the following way: In Chapter 1 we give a brief reference to the importance of the renewable energy sources, regarding the present and future needs of the electricity sector. We continue with a summary of the photovoltaic technology and it’s means of exploitation. In Chapter 2 we make a thorough description of the method called sinusoidal pulse width modulation and we discuss it’s use for the DC/AC converter (inverter), both single-leg and three-phase. We give a full presentation on the characteristics of the method and the manner to be implemented in digital systems. In Chapter 3 we make the description and analysis of our experimental system. By separating the overall system to two individual parts, the power circuit and the control circuit, we describe each device separately and analyze the relevant theory. In particular, with respect to the control circuit, we summarize the theory of PI controller, to the necessary extent for our application. In Chapter 4 we introduce the system eZdspTM F28335. This system includes the digital signal processor F28335, which undertakes the implementation of the control circuit. Reference is made to the overall capabilities of the system and especially to the peripherals used in this application. In Chapter 5 we give the analysis of the Simulink model which implements the control circuit. Initially, we outline the procedure of rapid prototyping and describe the way in which we achieve the automatic production of our executable code through the Simulink models. Then we describe in detail the blocks that form the model of our application. In Chapter 6 we present the results obtained during the experimental phase. In particular there are listed measurements and graphs that aim to highlight the function of the control system and the manner in which it influences our system. In Chapter 7 we present our final conclusions and possible future prospects of the application.

Τα τελευταία χρόνια έχει αρχίσει να διαδίδεται με γρήγορους ρυθμούς η μέθοδος μεταφοράς ισχύος μέσω συνεχούς ρεύματος. Προς αυτή την κατεύθυνση ώθηση έδωσε η ανάπτυξη νέων ημιαγωγικών διακοπτικών στοιχείων οδηγώντας σε περεταίρω ανάπτυξη και χρήση των συστημάτων μεταφοράς με συνεχές ρεύμα. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία μελετάται ένα σύστημα μεταφοράς ισχύος με διασύνδεση συνεχούς ρεύματος (HVDC), που συνδέεται ανάμεσα σε δυο εναλλασσόμενα ηλεκτρικά δίκτυα με και χωρίς φορτίο. Την διασύνδεση συνεχούς ρέματος πραγματοποιούν δυο back-to-back AC/DC μετατροπείς VSC, που αναλαμβάνουν τους ρόλους του ανορθωτή και του αντίστροφα ισχύος. Οι μετατροπείς χρησιμοποιούν την διαμόρφωση πλάτους παλμού PWM. Αρχικά μελετάται θεωρητικά το μοντέλο των μετατροπέων και του back-to-back HVDC συστήματος και στην συνέχεια σχεδιάζεται και αναλύεται η λειτουργία του ανάμεσα σε δυο δίκτυα εναλλασσομένου ρεύματος με ή χωρίς την ταυτόχρονη παρουσία φορτίου. Τέλος προσομοιώνεται το σύστημα μέσω του λογισμικού Matlab και συγκεκριμένα της εφαρμογής Simulink για την εξαγωγή συμπερασμάτων. / In the past few years the method of power transmission by means of direct current has expanded rapidly. To this direction a push forward has been given by the development of new semi-conductive switching valves leading to a further development of transmission systems by direct current. In this thesis what is considered is a power transmission system via direct current HVDC connected between two AC electric networks with or without load. The direct current connection is achieved through back-to-back AC/DC converters VSC which undertake the role of rectifier and that of inverter of power. The converters use the Pulse Width Modulation (PWM). At first the converter model and the back-to-back HVDC system is theoretically approached and in the process what is designed and analyzed is its function between two networks of AC current with or without the simultaneous presence of load. Finally the system is simulated through software Matlab and specifically the application of simulink in order to draw conclusions.

Dans nos travaux, nous nous intéressons à la commande des convertisseurs statiques à grand nombre d'interrupteurs. Le développement des topologies multi-niveaux multi-bras a ouvert l'accès aux domaines de la forte puissance et de la haute qualité harmonique. Outre cette montée en puissance, la commande spéciale de ces dispositifs permet de conférer au convertisseur des fonctionnalités avancées de plus en plus nécessaires, comme la possibilité de filtrage actif des harmoniques, la tolérance aux pannes, la gestion du réactif, les liaisons HVDC, etc. Toutefois, un plus grand nombre d'interrupteurs au sein d'une même structure de conversion se traduit par une forte croissance du nombre de variables de commande, des degrés de liberté et par une explosion combinatoire du nombre de configurations possibles. La synthèse de lois de commande suivant les approches traditionnellement conçues pour les topologies classiques, comme les méthodes de modulation vectorielle fondées sur la représentation géométrique du convertisseur, en devient rapidement fastidieuse pour les nouvelles topologies plus complexes. De plus, les interrupteurs présents en surnombre apportent des redondances fortes qui ne sont pas nécessairement exploitées, ou du moins arbitrairement. Nous proposons une nouvelle approche de commande qui se veut moins dépendante du nombre d'interrupteurs, et qui s'affranchit des limitations induites par les méthodes de modulation géométrique. Notre approche consiste dans un premier temps à formuler de manière algébrique des problèmes de commande qui sont généralement sous-déterminés, témoignant de la présence de redondances ou degrés de liberté, et contraints, car tenant compte des limitations propres aux rapports cycliques. De manière intéressante, ces problèmes offrent une similarité avec les problèmes dits d'allocation de commande rencontrés en aéronautique, en marine ou en robotique. Dans un second temps, dans le but de fournir à chaque période de découpage une solution de commande unique et optimisée, nous concevons de nouvelles méthodes d'allocation pour les convertisseurs statiques fondées sur l'optimisation numérique en ligne à partir de techniques d'optimisation linéaire. En conséquence, les rapports cycliques sont automatiquement optimisés pour satisfaire aux références de tension tout en respectant les saturations et en exploitant les redondances disponibles selon l'état actuel du convertisseur. Nous mettons en lumière les propriétés naturellement offertes par nos méthodes. Notamment, toutes nos solutions de modulation étendent de manière maximale la zone de linéarité du convertisseur. Nous proposons des méthodes d'allocation pour la commande en tension ou en courant de topologies variées : l'onduleur quatre bras deux niveaux, l'onduleur multicellulaire à condensateurs flottants, l'onduleur modulaire multi-niveaux. Concernant les convertisseurs multicellulaires, nos méthodes d'allocation utilisent automatiquement les degrés de liberté disponible pour fournir un équilibrage actif très rapide des tensions de condensateurs flottants. Aussi, grâce à la formulation algébrique des contraintes de commande, nos algorithmes peuvent prendre en compte un défaut sur un interrupteur pour conférer au convertisseur une propriété de tolérance aux fautes du point de vue de la commande. / In our works, we are interested in control of high-switch-count power converters. The development of multileg, multilevel converters has opened the access to high power and high harmonic quality. The special control of these devices brings to the converter advanced abilities that are more and more requested nowadays, like active harmonic filtering, fault tolerance, active and reactive power transfer, High Voltage Direct Current (HVDC) links, etc. However, a higher number of switches in a conversion structure leads to a higher number of control variables, as well as more redundancies and a combinatorial explosion of the number of possible configurations. The development of control laws resulting from approaches traditionally designed for classical topologies, as for space vector modulation methods, becomes harder for new, much complex topologies. Moreover, the too many available switches bring strong control redundancies that are not necessarily exploited, at least arbitrarily. We propose a new control approach that is expected to be less dependent on the number of switches, and that does not suffer from limitations proper to geometrical modulation methods. Firstly, our approach consists in the algebraic formulation of control problems that are generally under-determined, highlighting the presence of redundancies and degrees of freedom, and constrained, because control limitations are taken into account. Interestingly, a connection can be highlighted to the so-called control allocation problem in flight control, robotics, or marine applications. Secondly, in order to compute a unique and optimized control solution at each switching period, we develop new control allocation methods for power converters based on on-line numerical optimization using linear programming techniques. Consequently, duty cycles are automatically optimized to satisfy voltage references while respecting saturations and exploiting available redundancies depending on the state of the converter. We highlight the properties naturally offered by our methods. In particular, all modulation solutions yield a maximized extension of the linearity range of the converter. We propose control allocation methods for the voltage or current control of many topologies: the four-leg two-level inverter, the multicellular flying capacitor inverter, the modular multilevel inverter.