Étude de la stabilité et de la qualité des réseaux distribués de puissance

L'émergence et le développement des systèmes électriques de ces vingt dernières années nous ont conduits à l'élaboration d'architectures de plus en plus complexes. Nous les retrouvons notamment au niveau d'applications embarquées ainsi qu'au cœur de réseaux de distribution isolés. L'intégration de nombreux équipements de différentes natures soulève la problématique de la stabilité. C'est dans ce contexte que s'insèrent ces travaux de thèse, qui aboutissent sur la mise en œuvre de méthodes d'analyse de la stabilité et de la qualité des réseaux distribués de puissance. Les études menées au cours de ces travaux reposent sur des expressions analytiques représentant le comportement fréquentiel de réseaux continus. Ces modèles sont ensuite associés au critère de Routh-Hurwitz, afin de permettre les études de stabilité selon les évolutions de leurs paramètres. L'analyse des résultats obtenus au niveau d'architectures présentant plusieurs équipements permet d'affiner nos connaissances sur le fonctionnement de ces systèmes. Les phénomènes de couplage, la disposition d'un réseau en fonction du nombre et de la puissance des charges, du point de vue de la stabilité, sont notamment développés. Les recherches de dimensionnements optimaux de plusieurs éléments indéterminés, combinant les notions de stabilité et de qualité et réalisées à l'aide d'algorithmes d'optimisation, sont également présentées. Enfin, les parties fondamentales de ces travaux, que constituent la modélisation ainsi que l'étude de la stabilité, sont validés par une approche expérimentale. ABSTRACT : The emergence and the development of electrical systems during these last twenty years have led us to the elaboration of more and more complex architectures. They can be particularly found on embedded applications as well as in the heart of isolated distribution networks. The integration of several equipments with various natures raises the problem of stability. Thesis work presented here fits in with this context, leading to the implementation of stability and quality analysis methods, applied to distributed power networks. Studies led during this work are based on analytical expressions representing the continuous networks frequency behaviour. These models are then associated to the Routh-Hurwitz criterion in order to allow stability studies, according to their parameter values evolution. Analysis of results obtained on networks architectures using several equipments allows the refinement of our knowledge on these systems operation. Coupling phenomena, network layout according the loads number and power from a stability point of view, are particularly developed. Optimal sizing research for several undetermined elements, merging stability and quality criteria and carried out using optimization algorithms, is also presented. Finally, fundamental parts of this work which correspond to models building as well as stability studies are validated by an experimental approach

Analytical input filter design in DC distributed power systems approach taking stability and quality criteria into account

This article presents an automated method for the sizing of filter parameters taking into account stability and quality criteria. The analytical linearized model of the system is automatically built from a circuit description. System stability conditions are firstly assessed on this model with the Routh-Hurwitz criterion. Then, filtering and damping conditions are introduced. To complete the sizing, optimization algorithms are introduced in order to minimize the energy stored in inductive and capacitive components. Simulations are performed on an embedded HVDC (High Voltage Direct Current) network onboard an aircraft (HVDC network); it associates several loads with their input filters, to validate the results obtained with the proposed method

Stability and quality of the distributed systems of electric output

L'émergence et le développement des systèmes électriques de ces vingt dernières années nous ont conduits à l'élaboration d'architectures de plus en plus complexes. Nous les retrouvons notamment au niveau d'applications embarquées ainsi qu'au cœur de réseaux de distribution isolés. L'intégration de nombreux équipements de différentes natures soulève la problématique de la stabilité. C'est dans ce contexte que s'insèrent ces travaux de thèse, qui aboutissent sur la mise en œuvre de méthodes d'analyse de la stabilité et de la qualité des réseaux distribués de puissance. Les études menées au cours de ces travaux reposent sur des expressions analytiques représentant le comportement fréquentiel de réseaux continus. Ces modèles sont ensuite associés au critère de Routh-Hurwitz, afin de permettre les études de stabilité selon les évolutions de leurs paramètres. L'analyse des résultats obtenus au niveau d'architectures présentant plusieurs équipements permet d'affiner nos connaissances sur le fonctionnement de ces systèmes. Les phénomènes de couplage, la disposition d'un réseau en fonction du nombre et de la puissance des charges, du point de vue de la stabilité, sont notamment développés. Les recherches de dimensionnements optimaux de plusieurs éléments indéterminés, combinant les notions de stabilité et de qualité et réalisées à l'aide d'algorithmes d'optimisation, sont également présentées. Enfin, les parties fondamentales de ces travaux, que constituent la modélisation ainsi que l'étude de la stabilité, sont validés par une approche expérimentale.The emergence and the development of electrical systems during these last twenty years have led us to the elaboration of more and more complex architectures. They can be particularly found on embedded applications as well as in the heart of isolated distribution networks. The integration of several equipments with various natures raises the problem of stability. Thesis work presented here fits in with this context, leading to the implementation of stability and quality analysis methods, applied to distributed power networks. Studies led during this work are based on analytical expressions representing the continuous networks frequency behaviour. These models are then associated to the Routh-Hurwitz criterion in order to allow stability studies, according to their parameter values evolution. Analysis of results obtained on networks architectures using several equipments allows the refinement of our knowledge on these systems operation. Coupling phenomena, network layout according the loads number and power from a stability point of view, are particularly developed. Optimal sizing research for several undetermined elements, merging stability and quality criteria and carried out using optimization algorithms, is also presented. Finally, fundamental parts of this work which correspond to models building as well as stability studies are validated by an experimental approach

Étude de la stabilité et de la qualité des réseaux distribués de puissance

L'émergence et le développement des systèmes électriques de ces vingt dernières années nous ont conduits à l'élaboration d'architectures de plus en plus complexes. Nous les retrouvons notamment au niveau d'applications embarquées ainsi qu'au cœur de réseaux de distribution isolés. L'intégration de nombreux équipements de différentes natures soulève la problématique de la stabilité. C'est dans ce contexte que s'insèrent ces travaux de thèse, qui aboutissent sur la mise en œuvre de méthodes d'analyse de la stabilité et de la qualité des réseaux distribués de puissance. Les études menées au cours de ces travaux reposent sur des expressions analytiques représentant le comportement fréquentiel de réseaux continus. Ces modèles sont ensuite associés au critère de Routh-Hurwitz, afin de permettre les études de stabilité selon les évolutions de leurs paramètres. L'analyse des résultats obtenus au niveau d'architectures présentant plusieurs équipements permet d'affiner nos connaissances sur le fonctionnement de ces systèmes. Les phénomènes de couplage, la disposition d'un réseau en fonction du nombre et de la puissance des charges, du point de vue de la stabilité, sont notamment développés. Les recherches de dimensionnements optimaux de plusieurs éléments indéterminés, combinant les notions de stabilité et de qualité et réalisées à l'aide d'algorithmes d'optimisation, sont également présentées. Enfin, les parties fondamentales de ces travaux, que constituent la modélisation ainsi que l'étude de la stabilité, sont validés par une approche expérimentale.The emergence and the development of electrical systems during these last twenty years have led us to the elaboration of more and more complex architectures. They can be particularly found on embedded applications as well as in the heart of isolated distribution networks. The integration of several equipments with various natures raises the problem of stability. Thesis work presented here fits in with this context, leading to the implementation of stability and quality analysis methods, applied to distributed power networks. Studies led during this work are based on analytical expressions representing the continuous networks frequency behaviour. These models are then associated to the Routh-Hurwitz criterion in order to allow stability studies, according to their parameter values evolution. Analysis of results obtained on networks architectures using several equipments allows the refinement of our knowledge on these systems operation. Coupling phenomena, network layout according the loads number and power from a stability point of view, are particularly developed. Optimal sizing research for several undetermined elements, merging stability and quality criteria and carried out using optimization algorithms, is also presented. Finally, fundamental parts of this work which correspond to models building as well as stability studies are validated by an experimental approach.TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Equipments characterization methods for stability analysis of DC networks

International audienceThe implementation of a new equipment onboard an electrical DC network, requires stability conditions, concerning the sole equipment associated with its input filter as well as the whole system, to be fulfilled. In this scope, several modeling approaches of the loads in the frequency domain are considered: analytical model of the load's input admittance and experimentally measured or simulated Bode diagrams of this admittance. The merit of each of these models with respects to stability criteria (Routh-Hurwitz and Middlebrook criteria are considered) is analyzed and its usability for the help in dimensioning the input filter is studied

Intégration en Electronique de Puissance

Stage de Formation Continue pour LIEBHERR, Toulouse, Franc