Convertisseur versatile (DC/DC ou DC/AC) – 50kVA

L’entreprise SIREA développe et gère des systèmes de gestion de l’énergie comprenant des batteries, des énergies renouvelables, des charges AC ou DC et potentiellement une interface avec un réseau de distribution.

 Figure 1 : Synoptique du réseau

Nous avons développé pour cela un convertisseur versatile (DC/DC ou DC/AC selon la configuration), c’est-à-dire capable d’assurer l’ensemble des conversions nécessaires à ce type de réseau. Ainsi le coût du développement de ce convertisseur est amorti sur un plus grand nombre de produits. L’architecture électrique dépend de cette contrainte. Ce convertisseur peut servir de chargeur réversible pour des batteries (100 < 700 V), de redresseur pour un groupe électrogène, de convertisseur PV, d’onduleur autonome (« grid forming ») ou d’onduleur réversible synchronisé au réseau (« grid following »). Toutes les unités se raccordent sur un bus DC HT.

Le cahier des charges :

Le cahier des charges du convertisseur présentait les points principaux suivants :

Tension DC	800 Vdc
Tension d’entrée/sortie	100 < 700 Vdc / 90 < 280 Vac
Puissance apparente maximale	50 kVA
Courant efficace maximal	90 A

• Intégrabilité : Intégration dans l’environnement logiciel de SIREA.

• Communication : Ce convertisseur dispose de plusieurs moyens de communication (CAN – Ethernet – USB – Bluetooth – UART)

• Réparabilité : Ces prototypes doivent pouvoir être facilement réparables → Montage/démontage simple.

• Robustesse : Garantie 10 ans

• Température de fonctionnement : 0°C/+40°C

Conception

La conception (semi-conducteurs, passifs et gestion thermique), la réalisation et la qualification ont été réalisées par les équipes de SIREPE en lien étroit avec les équipes de SIREA dans le but d’assurer une bonne intégration dans le produit. La conception mécanique et logicielle a été réalisée en partenariat avec SIREA.

Pour augmenter l’efficacité et les performances du système une topologie multi-niveaux a été choisie. Les composants semi-conducteurs sont des MOSFET SiC 750V, qui permettent de fonctionner efficacement à une fréquence élevée, dans une topologie Flying Capacitor à 3 niveaux de tension. Ils sont montés sur un refroidisseur en convection forcée. Les composants magnétiques sont conçus et fabriqués par CEFEM. Le contrôle/commande est intégré sur une carte de commande spécifique utilisant un microcontrôleur DSP et un CORTEX.

Le produit

Figure 2 : Le convertisseur Versatile 50kVA

Les performances atteintes remplissent complètement les exigences du client. Le démonstrateur est fonctionnel, en accord avec le cahier des charges. Voici les points clés de ce produit :

Topologie : Convertisseur DC/AC ou DC/DC

Puissance : 50 kVA

Courant maximal RMS : 90 A

Fréquence de commutation : 48 kHz

Refroidissement : Convection forcée

Rendement : 98 %

Volume : 500 x 415 x 17 (mm)

Technologies : Mosfets SiC 750V, topologie 3 niveaux Flying Capacitors

Fonctionnalités :

        – Connexion au réseau

        – Mesures des tensions et courants

         – Driver protégé (verrouillage complémentaire, désaturation, miller clamp, UVLO)

Application : Micro-réseau renouvelable