Modèle de Prédiction des Couplages par Diaphonie entre les Signaux de Commande et de Puissance d'un Hacheur Survolteur

Les perturbations électromagnétiques telles que la diaphonie sont un grand problème pour le contrôle des composants dans l'électronique de puissance. Dans ce travail, un modèle de prédiction des couplages par diaphonie entre les signaux de commande et de puissance d'un hacheur survolteur est présenté. Ce modèle est issu de modélisation basée sur la méthode des moments, et d'optimisation réalisée par des algorithmes génétiques. Le modèle Spice proposé est utilisé pour étudier la diaphonie en fonction des paramètres physiques des pistes entre la partie commande et la partie puissance d'un hacheur survolteur

Modélisation des disjoncteurs domestiques dans la bande CPL

Les études portant sur l'impact des éléments de protection du réseau électrique domestique sur les signaux CPL (courant porteur en ligne) manquent. Ce travail investigue l'effet des disjoncteurs domestiques dans la bande CPL. Avec un analyseur de réseau, les pertes d'insertion (paramètres S21) d'une dizaine de disjoncteurs de différents calibres et fabricants ont été mesurées. D'une part, l'atténuation des disjoncteurs dans la bande bas débit (9kHz-500 kHz) est faible. D'autre part, ils induisent une atténuation importante dans la bande haut débit (1MHz-100MHz). Ces pertes dépendent surtout du courant nominal et du type de disjoncteur (branchement, différentiel, divisionnaire). En tenant compte de leur structure, un circuit électrique équivalent des disjoncteurs est proposé et validé en comparant les simulations aux mesures. Ce circuit pourra être intégré dans un simulateur CPL

Contraintes électromagnétiques des systèmes d'électronique de puissance : Des applications domestiques aux applications industrielles

Ce mémoire présente mon activité de recherche depuis mon intégration au sein du Laboratoire de Micro-électronique de Puissance (L.M.P). Mon activité de recherche est centrée sur la thématique " la compatibilité électromagnétique des convertisseurs de puissance ". L'apport de l'électronique de puissance dans ce domaine a permis de réduire la taille des alimentations, d'améliorer les rendements, de rendre plus fiable les systèmes. Le principe d'interrupteur commandé en tout ou rien présente l'avantage de réduire les pertes par conduction contrairement à l'utilisation de transistor bipolaire en fonctionnement en mode " ballast ". Le fait de fonctionner par impulsion de courant et de tension permet d'améliorer le rendement. Cependant, ces commutations apportent la présence d'harmoniques liée à la fréquence de commutation des interrupteurs. Ces commutations peuvent alors poser des problèmes de compatibilité électromagnétique. Ces problèmes peuvent s'avérer gênant pour le fonctionnement même du système qui les génère, comme pour les appareils alentours. Dans ce dernier cas, des normes sont à respecter en émission et en immunité selon le domaine d'application. Pour remédier à ces problèmes, des filtres et des blindages sont souvent ajoutés en fin de conception, qui ont tendance à augmenter le volume du convertisseur et parfois à diminuer les performances visées. Un compromis est souvent nécessaire entre performance et pertes. Le fait de veiller tout au long de la conception aux conséquences des choix technologiques sur la C.E.M. permet d'orienter pas à pas le développement du convertisseur. Cela permet également de réduire, voire de supprimer les éléments de filtrage. Dans tous les cas, les problèmes de compatibilités électromagnétiques (C.E.M.) sont à prendre en compte dès la conception. Mes travaux de recherche décrits dans ce mémoire, s'inscrivent dans ce contexte. Des outils de simulation CEM et un travail d'analyse sont présentés à travers un travail de conception des composants de type " relais " à faibles énergies de commande, réalisés à partir de TRIAC ou de Thyristors, lors des travaux de thèse de Ghafour BENABDELAZIZ en collaboration avec STMicroelectronics. En effet, ces composants contrôlés présentent à chaque alternance une discontinuité du courant, la source de perturbation correspondante est de même type que celle du variateur de lumière. L'étude a permis de développer différentes solutions. Dans chaque cas, pour le fonctionnement le plus défavorable, nous avons cherché à minimiser cette discontinuité de courant ainsi que les pertes, en fonction des paramètres électriques. Il s'agit là encore de trouver un compromis entre CEM et pertes. Un paramètre, à ne pas négliger lors de l'utilisation de composant de type TRIAC ou Thyristor, est que ces composants sont sensibles aux variations de tension. Cette problématique nous a conduit à une étude qualitative sur le choix du composant respectant les contraintes d'immunité. Différents paramètres importants dans les problèmes de CEM sont abordés dans ce mémoire. Le premier paramètre présenté est la commutation. L'analyse des commutations des courants de puissance est faite dans le cas d'un variateur de lumière. Ce type de convertisseur est bien connu pour parasiter entre autre les grandes ondes radio. L'étude de cette application présente la particularité de ne générer majoritairement que des perturbations électromagnétiques conduites de mode différentiel. Cela nous a conduit à étudier les paramètres sur différents interrupteurs qui peuvent modifier la forme de la commutation du courant. Nous avons cherché à optimiser la commutation par différentes méthodes et à vérifier si elle reste optimale lorsque les paramètres électriques des interrupteurs varient légèrement. La prise en compte de cette contrainte est primordiale pour éviter d'obtenir des performances électromagnétiques différentes pour deux convertisseurs identiques mais monter avec des interrupteurs de lots de fabrication différents. Nous retrouverons cette problématique dans les travaux présentés ici. Une partie de ces travaux a été abordé dans le cadre du DEA de Nicolas NOIROT en collaboration avec le laboratoire du L.A.A.S. (Laboratoire d'Architecture et d'Analyse des Systèmes) et une autre partie a fait l'objet de travaux de thèse Romain FERRAGUT. Ces études se sont appuyées sur des outils de simulation développés par le laboratoire. Un second paramètre important dans la CEM présenté dans ce manuscrit est les chemins de propagations des perturbations électromagnétiques. L'étude des chemins de propagations a été faite sur un convertisseur industriel. Ces travaux ont conduit au développement d'un modèle fréquentiel du convertisseur industriel, lors de la thèse de Stéphane BREHAUT et du DEA de Moustapha OULD EL BECHIR, en collaboration avec SAFT POWER SYSTEMS. Cela nous a permis d'identifier les chemins de propagation ainsi que les composants favorisant cette propagation pour un tel système. Nous avons cherché à modifier les chemins de propagation en agissant sur le comportement fréquentiel de ces composants, en modifiant le tracé électrique et en symétrisant la structure. Ces travaux ont permis d'optimiser le filtrage en amont et en aval du convertisseur, une partie de ces travaux sera présentée dans ce manuscrit. Pour finir, nous sommes intéressés plus particulièrement aux moyens de réduire les niveaux de perturbation par étalement spectral. Cette répartition de l'énergie électromagnétique sur les différentes bandes fréquentielles doit être contrôlée et être contenu dans la bande fréquentielle d'émission conduite. Cette problématique a fait l'objet de travaux d'étude en collaboration avec l'équipe EMCIS (EMC in Industrial Systems) de l'Université de Catalogne. Ce mémoire essaie de montrer à travers différents exemples que la prise en compte des contraintes électromagnétiques en parallèle de la mise en œuvre d'un convertisseur, permet de diminuer les volumineux filtres ajoutés généralement en fin de conception, en les positionnant plus judicieusement. Selon la complexité du système étudié et des topologies utilisées, les techniques d'investigations différentes sont présentées

Contribution à la modélisation du réseau électrique domestique en vue de la caractérisation du canal de propagation CPL

Le réseau électrique s'utilise aujourd'hui comme support de transmission des signaux Ethernet. C est le concept des courants porteurs en ligne. Cette technique de transmission permet d obtenir des débits supérieurs au Wifi. Cependant, la complexité des réseaux électriques et l'environnement électromagnétique domestique peuvent dégrader les performances de cette technologie. L environnement électrique de l'habitat avec ses appareils électroménagers divers en font un milieu difficilement maitrisable. L objectif est d appréhender et de modéliser cet environnement et le comportement des équipements qui y sont déployés. Pour cela, ce mémoire présente plusieurs méthodes pour modéliser les lignes électriques dans l'habitat. Les modélisations existantes sont difficilement généralisables à un réseau électrique quelconque. Nous proposons une modélisation de type circuit électrique.Son intérêt réside dans la simplicité de l'outil de simulation d'un réseau électrique, réalisé parla mise en cascade de plusieurs blocs intégrés à la librairie SPICE. Les blocs SPICE proposés prennent en compte la dépendance fréquentielle des paramètres des quadripôles. Une étape de caractérisation expérimentale est développée pour implémenter ces blocs. Un réseau expérimental de test, constitué de différentes technologies de câble, a été caractérisé en termes de bruit, d'impédance et de pertes d'insertion. Le rayonnement émis lors d'une transmission CPL a également été mesuré.The power line grid is used for data transmission by means of the broad band powerline communication systems (BPLC) The main advantage of this technology consists in providing an existing infrastructure of wires and wall sockets that are easy to access throughout a building and offering physical data rates comparable with other existing communication technologies such as Wi-Fi. Nevertheless, the power line grid complexity, the various connected household appliances and the housing electromagnetic environment,impact the PLC transmission performances. As results the housing environment is not a controllable medium. The objective of the current thesis is to study the electromagnetic environment of the Indoor power line network, and to model the potential impacts of both the power line grid topology and the household devices on the PLC physical layer. The existing modeling approaches require a deduction of theirs parameters from the measurements and cannot be generally applied. We propose a new model based on circuitry approach. Its main interest consists in the simplicity of the simulation tool of power line grid which is based on series symmetric SPICE circuit integrated to SPICE library. To this aim, the characterization of the power cable, of the electrical accessories and household devices is necessary. The impedance of powered household devices is measured according to simple measurement protocol. The proposed model takes into account the variation of the whole primary parameters of the electrical cable as function of frequency. An experimental characterizationof the so called PLC READY test bench was carried out in terms of noise, impedance and insertion loss. The radiated electromagnetic field during a PLC communication is measured.TOURS-Bibl.électronique (372610011) / SudocSudocFranceF

An Asymmetrical Microstrip SPICE Model for Crosstalk Evolution

International audienceIn this work, an asymmetrical microstrip SPICE model for crosstalk evolution used in telecommunication sectors is presented. In a first part, we evaluate the per unit length parameters in coupled microstrip lines by mathematical model based on the method of moments. In a second part, predicting near-crosstalk and far-crosstalk are realized by a SPICE model. The model allows the study of the crosstalk evolution in function of physical parameters, and the electrical signal dynamic. Some curves are proposed in function of strip width, spacing, and electrical stress, which can help the designer in the conception for limiting the adverse effects of crosstalk

A Relevant Fuzzy Logic Algorithm to Better Optimize Electricity Consumption in Individual Housing

International audienceIn this article, a Fuzzy Logic algorithm (MATLAB environment) is descripted to better predict and manage electricity consumption in individual housing. Several measurements were performed in 3 houses to have an idea of typical electrical energy consumptions. Without any prediction model, the simulation results of the management system exhibit that it is not possible to smooth all peak demands. In particular, this smoothing is in chronological sequence. Using the prediction and management modeling, the highest peak demands can be forecasted. As a consequence, if the house is composed of a storage system, all stored electricity can be reinjected during the highest peak periods. Finally, the system proposed here provides safety guarantees, and particularly during AC-line disconnection

Étude et développement d'un convertisseur réversible adapté aux applications HEMS

International audienceÉtude et développement d'un convertisseur réversible adapté aux applications HEM

The Fuzzy Logic Method to Efficiently Optimize Electricity Consumption in Individual Housing

Electricity demand shifting and reduction still raise a huge interest for end-users at the household level, especially because of the ongoing design of a dynamic pricing approach. In particular, end-users must act as the starting point for decreasing their consumption during peak hours to prevent the need to extend the grid and thus save considerable costs. This article points out the relevance of a fuzzy logic algorithm to efficiently predict short term load consumption (STLC). This approach is the cornerstone of a new home energy management (HEM) algorithm which is able to optimize the cost of electricity consumption, while smoothing the peak demand. The fuzzy logic modeling involves a strong reliance on a complete database of real consumption data from many instrumented show houses. The proposed HEM algorithm enables any end-user to manage his electricity consumption with a high degree of flexibility and transparency, and “reshape” the load profile. For example, this can be mainly achieved using smart control of a storage system coupled with remote management of the electric appliances. The simulation results demonstrate that an accurate prediction of STLC gives the possibility of achieving optimal planning and operation of the HEM system

La logique floue au coeur d'un algorithme d'optimisation de la consommation d'énergie électrique d'une habitation individuelle

National audienceCet article présente un algorithme de prédiction de la consommation d'énergie électrique dans l'habitat individuel. Cet algorithme qui s'appuie sur la logique floue, a été développé à l'aide du logiciel MATLAB. Des mesures de consommation d'énergie électrique ont été effectuées dans 5 maisons. Des courbes de charges ont été étudiées. L'algorithme de prédiction de la consommation a ainsi pu être mis en oeuvre. L'objectif principal de cette prédiction est d'aider à gérer la consommation d'électricité. Sans prédiction, les pointes de consommation peuvent être effacées de façon chronologique. Avec la prédiction, les pics de consommation peuvent être prévus et donc mieux gérés. Les habitations équipées d'un système de stockage peuvent en outre réinjecter l'électricité stockée durant les périodes de pointe. La technique mise en oeuvre dans cet article apporte une réelle solution contre les éventuelles coupures d'électricité. ABSTRACT – This article deals with an algorithm used to predict the energy consumption of individual housing. This Fuzzy Logic algorithm has been developed using the MATLAB environment. Several experimental of electrical energy consumption have been carried out in 5 houses. Then, load curves have been studied and the consumption prediction algorithm have been tested. The main objective of this prediction modeling is to get a better understanding of the electrical energy consumption management. Without prediction model, electrical peaks can be smoothed chronologically. With prediction, electrical peaks can be predicted and therefore, better managed. If the house is composed of a storage system, all stored electricity can be reinjected during the highest peak periods. Finally, the system proposed in this paper provides safety guarantees, and particularly during AC-line disconnection. MOTS-CLES – Prédiction de la consommation d'électricité, smart grid, gestion de la consommation d'électricité

A Method to Construct Equivalent Circuit from Input Impedance of Household Appliances

International audienceBroadband Power Line Communication (PLC) technology is one of the main parameters of digital convergence voice-data-video in the home environment. Such technologies use the power line network as propagation and communication medium. Its transmission quality depends on the frequency behavior of the propagation medium and the connected household electrical appliances. The impedance of those devices and the noise levels have a great impact on the PLC systems. For some devices, the impedance is different in operating state and non operating state. For other devices the impedance in operating state varies in time. The time variation of these impedances induces a cyclic time variation of indoor power-line channels. In this paper, more than a hundred different household appliances are measured, belonging to electronic, electric motor, refrigerating and electric heating appliances. The impedance of each device is modeled by an equivalent RLC circuit. The equivalent circuit is deduced from the frequency response of the measured impedance using a genetic algorithm based method. The equivalent model is passive and can be simulated in both time domain and frequency domain. Performance of the genetic algorithm based method has been confirmed by several case studies