FR3060238A1 - CONTROL METHOD APPLIED TO A MEDIUM VOLTAGE SPEED DIMMER - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de commande appliqué à un variateur de vitesse (10) de type moyenne tension, ledit variateur de vitesse comprenant plusieurs bras de commutation, chaque bras de commutation comprenant plusieurs cellules de puissance (cellk) connectées en série sur chaque phase de sortie, chaque cellule de puissance comprenant au moins un bus continu d'alimentation sur lequel est appliquée une tension de bus (Vbusk) et un étage de commutation (INVk) commandé par des ordres de commande (Scellk) pour générer une tension de sortie (Vcellk), chaque bras de commutation du variateur fournissant une tension de sortie (Vout) au moteur électrique. Le procédé consiste à estimer la tension de bus (Vbusk) de chaque cellule de puissance (cellk) à partir de la tension de sortie (Vout) acquise pour ladite au moins une phase de sortie et des ordres de commande (Scellk) appliqués audites cellules de puissance pour obtenir ladite tension de sortie mesurée.The invention relates to a control method applied to a variable speed drive (10) of the medium voltage type, said variable speed drive comprising a plurality of switching arms, each switching arm comprising a plurality of power cells (cellk) connected in series on each phase. output signal, each power cell comprising at least one DC supply bus to which is applied a bus voltage (Vbusk) and a switching stage (INVk) controlled by control commands (Scellk) for generating an output voltage (Vcellk), each switching arm of the drive supplying an output voltage (Vout) to the electric motor. The method consists in estimating the bus voltage (Vbusk) of each power cell (cellk) from the output voltage (Vout) acquired for the said at least one output phase and the control commands (Scellk) applied to the cells. of power to obtain said measured output voltage.

Description

Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention

La présente invention se rapporte à un procédé de commande appliqué à un variateur de vitesse de type moyenne tension pour contrôler un moteur électrique. L'invention concerne également le système de commande mettant en oeuvre ledit procédé et le variateur de vitesse incluant ledit système de commande.The present invention relates to a control method applied to a medium voltage type speed controller for controlling an electric motor. The invention also relates to the control system implementing said method and the variable speed drive including said control system.

Etat de la techniqueState of the art

Un variateur de vitesse destiné à commander un moteur électrique de moyenne tension comporte une structure telle que celle décrite dans le brevet US 5,625,545. Ce type de variateur de vitesse est connecté au moteur électrique par plusieurs phases de sortie et comporte un bras de commutation connecté à chaque phase de sortie. Chaque bras de commutation comporte plusieurs cellules de puissance reliées en série. Chaque cellule de puissance comporte notamment un bus continu d'alimentation sur lequel est appliquée une tension de bus et un étage de commutation commandé par des ordres de commande en vue de fournir une tension de sortie, dite tension de sortie_cellule. Chaque bras de commutation fournit une tension de sortie globale sur la phase de sortie, cette tension de sortie globale résultant des tensions de sortie_cellule générées par chaque cellule de puissance du bras de commutation.A variable speed drive intended to control a medium voltage electric motor has a structure such as that described in US patent 5,625,545. This type of variable speed drive is connected to the electric motor by several output phases and includes a switching arm connected to each output phase. Each switching arm has several power cells connected in series. Each power cell comprises in particular a direct supply bus on which a bus voltage is applied and a switching stage controlled by control commands with a view to supplying an output voltage, called cell output voltage. Each switching arm supplies an overall output voltage on the output phase, this overall output voltage resulting from the cell output voltages generated by each power cell of the switching arm.

Un tel variateur comporte également un contrôleur central chargé de déterminer les ordres de commande des étages de commutation de chaque cellule de puissance pour respecter une consigne appliquée en entrée, en tenant compte du courant circulant dans chaque phase de sortie et de la tension du bus continu de chaque cellule de puissance. Cependant, dans sa boucle de contrôle, le contrôleur central se base, pour chaque cellule de puissance, sur une valeur moyenne préétablie de la tension de bus continu de chaque cellule de puissance. II en ressort que la tension appliquée réellement au moteur est en permanence erronée et non conforme à la valeur attendue. L'une des solutions serait de mesurer la tension de bus dans chaque cellule de puissance en employant un capteur de tension et de la faire remonter au contrôleur central pour le contrôle. Cependant, cette solution n'est pas satisfaisante pour les raisons suivantes :Such a drive also includes a central controller responsible for determining the control orders for the switching stages of each power cell in order to comply with a setpoint applied at the input, taking into account the current flowing in each output phase and the DC bus voltage. of each power cell. However, in its control loop, the central controller is based, for each power cell, on a preset average value of the DC bus voltage of each power cell. As a result, the voltage actually applied to the motor is permanently erroneous and does not conform to the expected value. One solution would be to measure the bus voltage in each power cell using a voltage sensor and send it back to the central controller for control. However, this solution is not satisfactory for the following reasons:

Elle nécessite une liaison de communication spécifique pour un transfert d'informations entre chaque cellule de puissance et le contrôleur central ; Elle nécessite l'emploi de capteurs, qui sont encombrants et coûteux ;It requires a specific communication link for information transfer between each power cell and the central controller; It requires the use of sensors, which are bulky and expensive;

Elle nécessite une synchronisation des mesures au niveau des cellules de puissance et des phases de sortie.It requires synchronization of the measurements at the level of the power cells and of the output phases.

Le but de l'invention est donc de proposer une nouvelle solution pour déterminer la tension de bus de chaque cellule de puissance, qui soit peu encombrante, peu coûteuse et qui ne nécessite pas la création d'une liaison de communication spécifique entre chaque cellule de puissance et le contrôleur central, ni une synchronisation de mesure entre les cellules de puissance.The object of the invention is therefore to propose a new solution for determining the bus voltage of each power cell, which is compact, inexpensive and which does not require the creation of a specific communication link between each cell. power and the central controller, nor a measurement synchronization between the power cells.

Exposé de l'inventionStatement of the invention

Ce but est atteint par un procédé de commande appliqué à un variateur de vitesse de type moyenne tension comprenant un transformateur, plusieurs phases de sortie connectées à un moteur électrique, ledit variateur de vitesse comprenant plusieurs bras de commutation, chaque bras de commutation comprenant plusieurs cellules de puissance connectées en série sur chaque phase de sortie, chaque cellule de puissance comprenant au moins un bus continu d'alimentation sur lequel est appliquée une tension de bus et un étage de commutation commandé par des ordres de commande pour générer une tension de sortie par cellule, chaque bras de commutation du variateur fournissant une tension de sortie au moteur électrique, résultant de la somme des tensions de sortie des cellules de puissance connectées en série sur le bras de commutation, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de :This object is achieved by a control method applied to a medium voltage type speed controller comprising a transformer, several output phases connected to an electric motor, said speed controller comprising several switching arms, each switching arm comprising several cells. of power connected in series on each output phase, each power cell comprising at least one continuous supply bus on which a bus voltage is applied and a switching stage controlled by control commands to generate an output voltage by cell, each switching arm of the variator supplying an output voltage to the electric motor, resulting from the sum of the output voltages of the power cells connected in series on the switching arm, said method being characterized in that it comprises steps from:

- Acquisition de la tension de sortie appliquée au moteur électrique sur au moins une phase de sortie ;- Acquisition of the output voltage applied to the electric motor on at least one output phase;

Estimation de la tension de bus de chaque cellule de puissance à partir de la tension de sortie acquise pour ladite au moins une phase de sortie et des ordres de commande appliqués audites cellules de puissance pour obtenir ladite tension de sortie mesurée.Estimation of the bus voltage of each power cell from the output voltage acquired for said at least one output phase and from the control commands applied to said power cells to obtain said measured output voltage.

Selon une particularité, le procédé comporte une étape de mesure de la tension de sortie sur ladite au moins une phase de sortie à l'aide d'un capteur de tension.According to one feature, the method comprises a step of measuring the output voltage on said at least one output phase using a voltage sensor.

Selon une autre particularité, ladite étape d'estimation est mise en œuvre en tenant compte de l'expression suivante :According to another particular feature, said estimation step is implemented taking into account the following expression:

„ k=N „„K = N„

Vout(t) - Σ Scella xVbus/ç k-\Vout (t) - Σ Scella xVbus / ç k- \

Dans laquelle :In which :

— N correspond au nombre de cellules de puissance k du bras de commutation connecté à ladite phase de sortie du variateur de vitesse, Vout(t) correspond à la tension de sortie estimée sur ladite phase de sortie,N corresponds to the number of power cells k of the switching arm connected to said output phase of the variable speed drive, Vout (t) corresponds to the estimated output voltage on said output phase,

Scellk correspond à l'ordre de commande appliqué à chaque cellule de puissance k du bras de commutation connecté sur ladite phase de sortie, Vbusk correspond à la tension de bus d'une cellule de puissance k du bras de commutation connecté sur ladite phase de sortie.Scell k corresponds to the command order applied to each power cell k of the switching arm connected to said output phase, Vbus k corresponds to the bus voltage of a power cell k of the switching arm connected to said phase Release.

Selon un premier mode de réalisation, ladite étape d'estimation est mise en œuvre en appliquant une boucle de régulation s'appuyant sur l'expression suivante :According to a first embodiment, said estimation step is implemented by applying a regulatory loop based on the following expression:

— [v/?«.S’]= iyy[SC]-( Vout(t) ~Vout(t) ) dt- [v /? ". S’] = iyy [SC] - (Vout (t) ~ Vout (t)) dt

Dans laquelle :In which :

Vbus correspond à la tension de bus d'une cellule dudit bras de commutation, [sc] correspond à la matrice des ordres de commande appliqués aux cellules de puissance dudit bras de commutation,Vbus corresponds to the bus voltage of a cell of said switching arm, [sc] corresponds to the matrix of control orders applied to the power cells of said switching arm,

Vout (r) correspond à la tension de sortie générée sur ladite phase de sortie par ledit bras de commutation,Vout (r) corresponds to the output voltage generated on said output phase by said switching arm,

Vout(t) correspond à la tension de sortie estimée sur ladite phase de sortie, vo correspond à un gain de convergence.Vout (t) corresponds to the estimated output voltage on said output phase, vo corresponds to a convergence gain.

Selon un deuxième mode de réalisation, ladite étape d'estimation est mise en œuvre en appliquant une boucle de régulation s'appuyant sur l'expression suivante :According to a second embodiment, said estimation step is implemented by applying a regulatory loop based on the following expression:

— [ASC]·( \Vout(t) -AVout(t) ) dt- [ASC] · (\ Vout (t) -AVout (t)) dt

Dans laquelle :In which :

Vbus correspond à la tension de bus d'une cellule dudit bras de commutation, [ASC] correspond à la matrice des variations des ordres de commande appliqués aux cellules de puissance dudit bras de commutation entre un premier instant et un deuxième instant,Vbus corresponds to the bus voltage of a cell of said switching arm, [ASC] corresponds to the matrix of variations in control orders applied to the power cells of said switching arm between a first instant and a second instant,

AVout (t) correspond à la variation de la tension de sortie générée sur ladite phase de sortie par ledit bras de commutation entre ledit premier instant et ledit deuxième instant,AVout (t) corresponds to the variation of the output voltage generated on said output phase by said switching arm between said first instant and said second instant,

AVout(t) correspond à la variation de la tension de sortie estimée sur ladite phase de sortie entre ledit premier instant et ledit deuxième instant, vo correspond à un gain de convergence.AVout (t) corresponds to the variation of the estimated output voltage on said output phase between said first instant and said second instant, vo corresponds to a convergence gain.

Selon un troisième mode de réalisation, ladite étape d'estimation est mise en œuvre en appliquant une boucle de régulation s'appuyant sur l'expression suivante :According to a third embodiment, said estimation step is implemented by applying a regulatory loop based on the following expression:

—[W/.s] = ιγ) [A5C]-( AVout(t)-AVout(t) ) dt- [W / .s] = ιγ) [A5C] - (AVout (t) -AVout (t)) dt

Dans laquelle :In which :

Vbus correspond à la tension de bus d'une cellule dudit bras de commutation, [ASC] correspond à la matrice des variations des ordres de commande appliqués aux cellules de puissance dudit bras de commutation entre un premier instant et un deuxième instant,Vbus corresponds to the bus voltage of a cell of said switching arm, [ASC] corresponds to the matrix of variations in control orders applied to the power cells of said switching arm between a first instant and a second instant,

AVout (r) correspond à la variation de la tension de sortie générée sur ladite phase de sortie par ledit bras de commutation entre ledit premier instant et ledit deuxième instant,AVout (r) corresponds to the variation of the output voltage generated on said output phase by said switching arm between said first instant and said second instant,

AVout (t) correspond à la variation de la tension de sortie estimée sur ladite phase de sortie entre ledit premier instant et ledit deuxième instant, déterminée lors de la transition d'un premier ordre de commande à un deuxième ordre de commande de la cellule, vo correspond à un gain de convergence.AVout (t) corresponds to the variation of the estimated output voltage on said output phase between said first instant and said second instant, determined during the transition from a first command order to a second command order of the cell, vo corresponds to a convergence gain.

L'invention concerne un système de commande d'un variateur de vitesse de type moyenne tension comprenant plusieurs phases de sortie connectées à un moteur électrique, ledit variateur de vitesse comprenant plusieurs bras de commutation, chaque bras de commutation comprenant plusieurs cellules de puissance connectées en série sur chaque phase de sortie, chaque cellule de puissance comprenant au moins un bus continu d'alimentation sur lequel est appliquée une tension de bus et un étage de commutation commandé par des ordres de commande pour générer une tension de sortie par cellule, chaque bras de commutation du variateur fournissant une tension de sortie au moteur électrique, résultant de la somme des tensions de sortie des cellules de puissance connectées en série sur le bras de commutation, ledit système étant comportant :The invention relates to a control system for a medium voltage type speed controller comprising several output phases connected to an electric motor, said speed controller comprising several switching arms, each switching arm comprising several power cells connected in series on each output phase, each power cell comprising at least one continuous supply bus on which a bus voltage is applied and a switching stage controlled by control commands to generate an output voltage per cell, each arm for switching the variator supplying an output voltage to the electric motor, resulting from the sum of the output voltages of the power cells connected in series on the switching arm, said system being comprising:

Un module d'acquisition de la tension de sortie appliquée au moteur électrique sur au moins une phase de sortie ;A module for acquiring the output voltage applied to the electric motor on at least one output phase;

Un module d'estimation la tension de bus de chaque cellule de puissance à partir de la tension de sortie acquise pour ladite au moins une phase de sortie et des ordres de commande appliqués audites cellules de puissance pour obtenir ladite tension de sortie mesurée.A module for estimating the bus voltage of each power cell from the output voltage acquired for said at least one output phase and control commands applied to said power cells to obtain said measured output voltage.

Selon une particularité, le système comporte des moyens de mesure de la tension de sortie sur ladite au moins une phase de sortie comportant au moins un capteur de tension.According to a particular feature, the system includes means for measuring the output voltage on said at least one output phase comprising at least one voltage sensor.

Selon une autre particularité, ledit module d'estimation est exécuté en tenant compte de l'expression suivante :According to another particular feature, said estimation module is executed taking into account the following expression:

„ k=N „„K = N„

Vout(t) - Σ Scella xVbuSfr /<=lVout (t) - Σ Scella xVbuSfr / <= l

Dans laquelle :In which :

- N correspond au nombre de cellules de puissance k du bras de commutation connecté à ladite phase de sortie du variateur de vitesse, Vout(t) correspond à la tension de sortie estimée sur ladite phase de sortie,N corresponds to the number of power cells k of the switching arm connected to said output phase of the variable speed drive, Vout (t) corresponds to the estimated output voltage on said output phase,

Scellk correspond à l'ordre de commande appliqué à chaque cellule de puissance k du bras de commutation connecté sur ladite phase de sortie, Vbusk correspond à la tension de bus d'une cellule de puissance k du bras de commutation connecté sur ladite phase de sortie.Scell k corresponds to the command order applied to each power cell k of the switching arm connected to said output phase, Vbus k corresponds to the bus voltage of a power cell k of the switching arm connected to said phase Release.

Selon un premier mode de réalisation, ledit module d'estimation exécute une boucle de régulation s'appuyant sur l'expression suivante :According to a first embodiment, said estimation module executes a regulation loop based on the following expression:

— [w?«.s] = V(9-[SC]-( Vout(t) -Vout(t) ) dt- [w? ". S] = V (9- [SC] - (Vout (t) -Vout (t)) dt

Dans laquelle :In which :

Vbus correspond à la tension de bus d'une cellule dudit bras de commutation, [sc] correspond à la matrice des ordres de commande appliqués aux cellules de puissance dudit bras de commutation,Vbus corresponds to the bus voltage of a cell of said switching arm, [sc] corresponds to the matrix of control orders applied to the power cells of said switching arm,

Vout (t) correspond à la tension de sortie générée sur ladite phase de sortie par ledit bras de commutation,Vout (t) corresponds to the output voltage generated on said output phase by said switching arm,

Vout(t) correspond à la tension de sortie estimée sur ladite phase de sortie, vo correspond à un gain de convergence.Vout (t) corresponds to the estimated output voltage on said output phase, vo corresponds to a convergence gain.

Selon un deuxième mode de réalisation, ledit module d'estimation exécute une boucle de régulation s'appuyant sur l'expression suivante :According to a second embodiment, said estimation module executes a regulation loop based on the following expression:

-^-[vbus] = [ASC]·( AVouf(f) -AVout(t) )- ^ - [vbus] = [ASC] · (AVouf (f) -AVout (t))

Dans laquelle :In which :

Vbus correspond à la tension de bus d'une cellule dudit bras de commutation, [ASC] correspond à la matrice des variations des ordres de commande appliqués aux cellules de puissance dudit bras de commutation entre un premier instant et un deuxième instant,Vbus corresponds to the bus voltage of a cell of said switching arm, [ASC] corresponds to the matrix of variations in control orders applied to the power cells of said switching arm between a first instant and a second instant,

AVout (r) correspond à la variation de la tension de sortie générée sur ladite phase de sortie par ledit bras de commutation entre ledit premier instant et ledit deuxième instant,AVout (r) corresponds to the variation of the output voltage generated on said output phase by said switching arm between said first instant and said second instant,

AVout (t) correspond à la variation de la tension de sortie estimée sur ladite phase de sortie entre ledit premier instant et ledit deuxième instant, vo correspond à un gain de convergence.AVout (t) corresponds to the variation of the estimated output voltage on said output phase between said first instant and said second instant, vo corresponds to a convergence gain.

Selon un troisième mode de réalisation, ledit module d'estimation exécute une boucle de régulation s'appuyant sur l'expression suivante :According to a third embodiment, said estimation module executes a regulation loop based on the following expression:

—[vZ?m5] = vq-[A5C]-( AVout (t) -AVout (t) ) dt- [vZ? M5] = vq- [A5C] - (AVout (t) -AVout (t)) dt

Dans laquelle :In which :

Vbus correspond à la tension de bus d'une cellule dudit bras de commutation, [ASC] correspond à la matrice des variations des ordres de commande appliqués aux cellules de puissance dudit bras de commutation entre un premier instant et un deuxième instant,Vbus corresponds to the bus voltage of a cell of said switching arm, [ASC] corresponds to the matrix of variations in control orders applied to the power cells of said switching arm between a first instant and a second instant,

AVout (t) correspond à la variation de la tension de sortie générée sur ladite phase de sortie par ledit bras de commutation entre ledit premier instant et ledit deuxième instant,AVout (t) corresponds to the variation of the output voltage generated on said output phase by said switching arm between said first instant and said second instant,

AVoiiHi) correspond à la variation de la tension de sortie estimée sur ladite phase de sortie entre ledit premier instant et ledit deuxième instant, déterminée lors de la transition d'un premier ordre de commande à un deuxième ordre de commande de la cellule, vo correspond à un gain de convergence.AVoiiHi) corresponds to the variation of the estimated output voltage on said output phase between said first instant and said second instant, determined during the transition from a first command order to a second command command of the cell, vo corresponds to a convergence gain.

L'invention concerne également un variateur de vitesse de type moyenne tension comprenant un transformateur, plusieurs phases de sortie connectées à un moteur électrique, ledit variateur de vitesse comprenant plusieurs bras de commutation, chaque bras de commutation comprenant plusieurs cellules de puissance connectées en série sur chaque phase de sortie, chaque cellule de puissance comprenant au moins un bus continu d'alimentation sur lequel est appliquée une tension de bus et un étage de commutation commandé par des ordres de commande pour générer une tension de sortie par cellule, chaque bras de commutation du variateur fournissant une tension de sortie au moteur électrique, résultant de la somme des tensions de sortie des cellules de puissance connectées en série sur le bras de commutation, ledit variateur comprenant un système de commande conforme à celui défini ci-dessus.The invention also relates to a medium voltage type speed controller comprising a transformer, several output phases connected to an electric motor, said speed controller comprising several switching arms, each switching arm comprising several power cells connected in series on each output phase, each power cell comprising at least one direct supply bus on which a bus voltage is applied and a switching stage controlled by control commands to generate an output voltage per cell, each switching arm of the variator supplying an output voltage to the electric motor, resulting from the sum of the output voltages of the power cells connected in series on the switching arm, said variator comprising a control system conforming to that defined above.

Brève description des figuresBrief description of the figures

D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit, faite en liaison avec les figures annexées listées ci-dessous :Other characteristics and advantages will appear in the detailed description which follows, made in conjunction with the appended figures listed below:

La figure 1A représente l'architecture d'un variateur de vitesse moyenne tension et son système de commande associé ;FIG. 1A represents the architecture of a medium voltage variable speed drive and its associated control system;

La figure 1B représente, de manière schématique, l'architecture du premier bras de commutation du variateur sur une phase de sortie reliée au moteur électrique ;FIG. 1B schematically represents the architecture of the first switching arm of the variator on an output phase connected to the electric motor;

La figure 2 représente l'architecture d'une cellule de puissance employée dans le variateur de vitesse moyenne tension ;FIG. 2 represents the architecture of a power cell used in the medium voltage variable speed drive;

Les figures 3A et 3B représentent les formes d'ondes de tension de sortie obtenues par un bras de commutation à trois cellules de puissance en série, respectivement lorsque toutes les tensions de bus des cellules sont identiques à 1000V et lorsque les tensions de bus des cellules sont variables ;FIGS. 3A and 3B show the waveforms of output voltage obtained by a switching arm with three power cells in series, respectively when all the bus voltages of the cells are identical to 1000V and when the bus voltages of the cells are variable;

La figure 4 représente l'architecture fonctionnelle d'un contrôleur central employé dans le système de commande de l'invention ;FIG. 4 represents the functional architecture of a central controller used in the control system of the invention;

Les figures 5A à 5C représentent, sous forme de diagrammes fonctionnelles, les différentes configurations du bloc observateur employé dans l'invention ;FIGS. 5A to 5C represent, in the form of functional diagrams, the different configurations of the observer block used in the invention;

Les figures 6A et 6B représentent des diagrammes illustrant le principe de fonctionnement du bloc observateur tel que représenté sur la figure 5C.FIGS. 6A and 6B represent diagrams illustrating the operating principle of the observer block as shown in FIG. 5C.

Description détaillée d'au moins un mode de réalisationDetailed description of at least one embodiment

L'invention s'applique à un variateur 10 de type moyenne tension, destiné à commander un moteur électrique et ayant une architecture telle que celle représentée sur la figure 1.The invention applies to a medium voltage type variator 10, intended to control an electric motor and having an architecture such as that shown in FIG. 1.

En références aux figures 1A à 3, cette architecture comporte les particularités suivantes :With reference to FIGS. 1A to 3, this architecture has the following particularities:

Un transformateur 100 comprenant un enroulement primaire destiné à être connecté à une source d'alimentation fournissant une tension alternative (AC) et plusieurs enroulements secondaires.A transformer 100 comprising a primary winding intended to be connected to a power source supplying an alternating voltage (AC) and several secondary windings.

Plusieurs phases de sortie (référencées 1, 2, 3 sur la figure 1A) connectées au moteur électrique M, par exemple trois phases de sortie.Several output phases (referenced 1, 2, 3 in FIG. 1A) connected to the electric motor M, for example three output phases.

Plusieurs bras de commutation reliés chacun à une phase de sortie (1, 2, 3) distincte et commandés pour y appliquer une tension de sortie.Several switching arms each connected to a separate output phase (1, 2, 3) and controlled to apply an output voltage to it.

Chaque bras de commutation comporte plusieurs cellules de puissance d'une topologie identique reliées en série entre elles. Sur les figures 1A et 1 B, les cellules de puissance sont référencées cellik avec i correspondant à la phase de sortie à laquelle la cellule de puissance est connectée et k la référence de la cellule de puissance sur le bras de commutation. Dans la suite de la description, de manière générale, chaque cellule de puissance est référencée cellk pour exprimer qu'elle peut faire partie de n'importe quel bras de commutation.Each switching arm comprises several power cells of identical topology connected in series with one another. In FIGS. 1A and 1B, the power cells are referenced cellik with i corresponding to the output phase to which the power cell is connected and k the reference of the power cell on the switching arm. In the following description, in general, each power cell is referenced cellk to express that it can be part of any switching arm.

- Chaque cellule de puissance cellk comporte une entrée connectée à un triplet d'enroulement secondaire distinct du transformateur 100.- Each cellk power cell has an input connected to a separate secondary winding triplet of the transformer 100.

- Chaque cellule de puissance comporte un bus continu d'alimentation comprenant au moins un condensateur de bus Cbus définissant une tension de bus continu Vbusk et un étage de commutation INVk.- Each power cell comprises a direct supply bus comprising at least one bus capacitor Cbus defining a direct bus voltage Vbusk and a switching stage INVk.

L'étage de commutation INVk de chaque cellule de commutation est un onduleur monophasé (type DC/AC) composé d'au moins quatre interrupteurs de puissance commandés pour convertir la tension de bus continu en une tension variable.The switching stage INVk of each switching cell is a single-phase inverter (DC / AC type) composed of at least four power switches controlled to convert the DC bus voltage into a variable voltage.

Les interrupteurs de puissance sont associés par paire pour former deux bras de commutation distincts, référencés bras R et bras L. Chaque bras est connecté en entrée à la source de tension continue formée par le condensateur de bus Cbus et le point milieu de chaque bras forme une borne de sortie de l'étage de commutation. Les deux interrupteurs d'un même bras sont toujours dans des états complémentaires.The power switches are associated in pairs to form two separate switching arms, referenced arm R and arm L. Each arm is connected as an input to the DC voltage source formed by the bus capacitor Cbus and the midpoint of each arm forms an output terminal of the switching stage. The two switches of the same arm are always in complementary states.

- Chaque cellule de puissance comporte avantageusement en entrée un étage redresseur RECk de type AC/DC, par exemple formé d'un pont de diodes, relié par l'entrée de la cellule de puissance à un triplet d’enroulement secondaire (sur la figure 2 trois phases d'entrée). L'étage redresseur RECk est chargé de convertir la tension alternative fournie par la source d'alimentation en une tension continue.- Each power cell advantageously comprises, at the input, a rectifier stage RECk of AC / DC type, for example formed by a diode bridge, connected by the input of the power cell to a secondary winding triplet (in the figure 2 three input phases). The rectifier stage RECk is responsible for converting the alternating voltage supplied by the power source into a direct voltage.

- Chaque cellule de puissance cellk est associé à un contrôleur local LC qui comporte notamment des circuits de protection, des moyens de dialogue avec un contrôleur central MC et des moyens d'alimentation.- Each cellk power cell is associated with a local controller LC which notably includes protection circuits, means of dialogue with a central controller MC and supply means.

Un contrôleur central MC est chargé de déterminer les ordres de commande Scellk des interrupteurs de chaque cellule de puissance cellk et les transmet à chaque contrôleur local LC pour application.A central controller MC is responsible for determining the Scellk control orders for the switches of each cellk power cell and transmits them to each local controller LC for application.

- Chaque contrôleur local LC transmet au contrôleur central MC des informations logiques sur l'état de fonctionnement de la cellule de puissance à laquelle il est associé.- Each local controller LC transmits to the central controller MC logical information on the operating state of the power cell with which it is associated.

L'étage de commutation INVk de chaque cellule de puissance est commandé selon les ordres de commande définis par le contrôleur centralThe switching stage INVk of each power cell is controlled according to the control orders defined by the central controller

MC de manière à générer une tension de sortie Vcellk entre ses deux bornes de sortie, désignée tension de sortie_cellule.MC so as to generate an output voltage Vcellk between its two output terminals, designated cell_output voltage.

- Selon l'état des interrupteurs de puissance de l'étage de commutation, la tension de sortie Vcellk d'une cellule de puissance peut prendre trois valeurs distinctes qui sont +Vbus, -Vbus et 0.- Depending on the state of the power switches of the switching stage, the output voltage Vcellk of a power cell can take three distinct values which are + Vbus, -Vbus and 0.

La tension de sortie Vout fournie au moteur M sur une phase de sortie par un bras de commutation résulte de la somme des tensions de sortie_cellule fournies par les cellules de puissance de ce bras de commutation (figure 1 B).The output voltage Vout supplied to the motor M on an output phase by a switching arm results from the sum of the cell output voltages supplied by the power cells of this switching arm (FIG. 1B).

Une commande décalée entre les cellules de puissance permet de générer une tension de sortie multiniveaux (voir également figures 3A et 3B).A command shifted between the power cells makes it possible to generate a multilevel output voltage (see also FIGS. 3A and 3B).

Le contrôleur central MC définit les ordres de commande Scellk à appliquer aux interrupteurs de puissance de l'étage de commutation de chaque cellule de puissance cellk en vue de respecter une consigne à appliquer au moteur M, cette consigne pouvant être une vitesse et/ou un couple. Pour cela, il tient compte du courant qui circule dans chaque phase de sortie et d'une valeur de tension de bus continu de chaque cellule de puissance cellk .The central controller MC defines the Scellk control orders to be applied to the power switches of the switching stage of each cellk power cell in order to comply with a set point to be applied to the motor M, this set point can be a speed and / or a couple. For this, it takes into account the current flowing in each output phase and a DC bus voltage value of each cellk power cell.

Le contrôleur central MC comporte au moins un microcontrôleur destiné à exécuter des modules logiciels, notamment pour mettre en oeuvre ses différents blocs fonctionnels, qui seront décrits ci-dessous en liaison avec la figure 4.The central controller MC includes at least one microcontroller intended to execute software modules, in particular for implementing its various functional blocks, which will be described below in conjunction with FIG. 4.

Tenant compte de l'architecture décrite ci-dessus, l'invention vise à proposer une solution pour estimer la tension de bus continu Vbusk de chaque cellule de puissance cellk du variateur de moyenne tension tel que défini ci-dessus. Comme décrit dans la partie introductive de la description, le contrôleur central MC se base généralement sur une valeur moyenne préétablie de tension de bus continu qui est identique pour toutes les cellules de puissance d'un même bras de commutation. Cependant, il s'avère que cette tension de bus n'est pas toujours constante. La tension de sortie Vout appliquée par chaque bras de commutation au moteur se trouve donc être erronée et non conforme à la valeur attendue. Par ailleurs, la non connaissance de la tension de bus de chaque cellule de puissance ne permet pas d'assurer un contrôle satisfaisant de la tension lors des phases de régénération de l'énergie électrique résultant de la décélération du moteur. La figure 3A représente une forme d'onde de tension de sortie obtenue par un bras de commutation à trois cellules en série, avec une tension de bus identique de 1000V pour chaque cellule de puissance. La figure 3B représente une forme d'onde pour la même structure mais avec une tension de bus variable entre chaque cellule de puissance. On comprend de ces deux figures 3A et 3B qu'il est impératif de tenir compte de la variation de la tension de bus Vbusk de chaque cellule de puissance. Le contrôleur central MC doit donc être apte à utiliser une valeur de tension de bus pour chaque cellule qui soit la plus précise possible pour assurer des tensions de sortie adaptées à la consigne.Taking into account the architecture described above, the invention aims to propose a solution for estimating the DC bus voltage Vbusk of each power cell cellk of the medium-voltage variator as defined above. As described in the introductory part of the description, the central controller MC is generally based on a pre-established average value of DC bus voltage which is identical for all the power cells of the same switching arm. However, it turns out that this bus voltage is not always constant. The output voltage Vout applied by each switching arm to the motor is therefore found to be incorrect and not in accordance with the expected value. Furthermore, not knowing the bus voltage of each power cell does not ensure satisfactory control of the voltage during the phases of regeneration of the electrical energy resulting from the deceleration of the motor. FIG. 3A represents an output voltage waveform obtained by a switching arm with three cells in series, with an identical bus voltage of 1000V for each power cell. FIG. 3B represents a waveform for the same structure but with a variable bus voltage between each power cell. It is understood from these two figures 3A and 3B that it is imperative to take into account the variation of the bus voltage Vbusk of each power cell. The central controller MC must therefore be able to use a bus voltage value for each cell which is as precise as possible to ensure output voltages adapted to the setpoint.

Pour cela, l'invention utilise le principe que la tension de sortie Vout appliquée sur une phase de sortie est continûment une combinaison des tensions de bus de chaque cellule de puissance et des ordres de commande appliqués aux cellules.For this, the invention uses the principle that the output voltage Vout applied to an output phase is continuously a combination of the bus voltages of each power cell and the control orders applied to the cells.

Dans la suite de la description, l'invention s'applique à une cellule k d'un bras de commutation du variateur. II faut comprendre que la tension de sortie Vout générée par ce bras de commutation résulte de la commutation de l'ensemble des cellules k reliées en série sur ce bras de commutation. La cellule de puissance présente une tension de bus Vbusk. Le contrôleur central MC est destiné à mettre en oeuvre le procédé de commande de l'invention pour estimer la tension de bus Vbusk de chaque cellule kdu variateur 10.In the following description, the invention applies to a cell k of a switching arm of the variator. It should be understood that the output voltage Vout generated by this switching arm results from the switching of all the cells k connected in series on this switching arm. The power cell has a Vbusk bus voltage. The central controller MC is intended to implement the control method of the invention for estimating the bus voltage Vbusk of each cell k of the variator 10.

Pour chaque cellule de puissance cellk, nous pouvons noter la tension de sortie_cellule Vcellk générée en fonction de sa tension de bus Vbusk et des ordres de commande des bras de son étage de commutation :For each cellk power cell, we can note the cell_ output voltage Vcellk generated as a function of its bus voltage Vbusk and the control commands of the arms of its switching stage:

Vcel^ ~ (Sc-Lk~Sc-Rk)*Vbusk= Scellk*Vbusk Vcel ^ ~ (S c -Lk ~ S c -Rk) * Vb us k = Scell k * Vbus k

Avec :With:

- Sc_x les ordres de commande des deux bras L et R de l'étage de commutation INVk d'une cellule de puissance k et indiqués Scellk pour la cellule de puissance k ;- Sc_x the control orders of the two arms L and R of the switching stage INVk of a power cell k and indicated Scellk for the power cell k;

Vbusk la tension de bus de la cellule k ;Vbus k the bus voltage of cell k;

La tension de sortie Vout d’un bras de commutation du variateur, incluant N cellules de puissance k reliées en série, s’écrit :The output voltage Vout of a switching arm of the drive, including N power cells k connected in series, is written:

k=N k=Nk = N k = N

Vout(t) = ^Vcel^t) = '^Scellk(t)*Vbusk(t) k=l k=lVout (t) = ^ Vcel ^ t) = '^ Scell k (t) * Vbus k (t) k = lk = l

Donc la tension de sortie Vout générée par un bras de commutation est directement dépendante des tensions de bus Vbusk des cellules de puissance du bras et des ordres de commandes Scell, appliqués aux cellules de puissance du bras sachant que [Scel/ =(Sc_Lk -Sc_Rk )] ne peut prendre que les valeurs -1,1 ou 0.Therefore the output voltage Vout generated by a switching arm is directly dependent on the bus voltages Vbusk of the power cells of the arm and of the Scell command orders, applied to the power cells of the arm knowing that [Scel / = (Sc_L k - Sc_R k )] can only take the values -1,1 or 0.

Pour une application triphasée et pour chaque phase de sortie, nous pouvons écrire les tensions simples des trois bras (ou tensions composées phase-neutre) :For a three-phase application and for each output phase, we can write the simple voltages of the three arms (or phase-neutral compound voltages):

Vi(0 = ^Sceliyt/Vbusyt) k=l k=N V i (0 = ^ Sceliyt / Vbusyt) k = lk = N

V2(r) = (t)*Vbus2k (r) ffc=l k=NV 2 (r) = (t) * Vbus 2k (r) ffc = lk = N

V3(i) = y\Scell3k(f)*Vbus3k(f) k=lV 3 (i) = y \ Scell 3k (f) * Vbus 3k (f) k = l

Selon l'invention, la tension de bus Vbusk de chaque cellule de puissance est estimée de manière individuelle. Cette estimation est avantageusement réalisée par le contrôleur central MC qui dispose déjà de l'information des ordres de commande Scellk de chaque cellule de puissance k et qui doit connaître la tension de bus de chaque cellule de puissance pour générer chaque tension de sortie.According to the invention, the bus voltage Vbusk of each power cell is estimated individually. This estimation is advantageously carried out by the central controller MC which already has the information of the Scellk control orders for each power cell k and which must know the bus voltage of each power cell to generate each output voltage.

En référence à la figure 4, le contrôleur central MC présente la structure fonctionnelle ci-dessous. II comporte :With reference to FIG. 4, the central controller MC presents the functional structure below. It includes:

Un bloc B1 calculateur des tensionsA block B1 calculating voltages

Ce bloc a pour objectif de fournir les tensions de référence à appliquer au moteur à travers une réalisation par l’électronique de puissance. II représente classiquement ce qui est appelé la loi de commande du moteur.The purpose of this block is to provide the reference voltages to be applied to the motor through an implementation by power electronics. It classically represents what is called the motor control law.

Un bloc B2 gestion du potentiel neutreA block B2 management of neutral potential

Ce bloc a pour objectif d’utiliser le degré de liberté supplémentaire fourni par la structure triphasée pour maximiser l’amplitude de tension de sortie, optimiser des critères de conversion de puissance.The purpose of this block is to use the additional degree of freedom provided by the three-phase structure to maximize the amplitude of the output voltage, optimize power conversion criteria.

Un bloc B3 de normalisationA standardization block B3

Ce bloc a pour objectif de transformer la valeur de tension à réaliser en pourcentage de temps de cycle à réaliser sur les différents niveaux de tensions de sorties des cellules de puissance.The purpose of this block is to transform the voltage value to be achieved into a percentage of cycle time to be achieved on the different output voltage levels of the power cells.

Un bloc B4 de génération MLI (Modulation de Largeur d'impulsions)A B4 block of PWM generation (Pulse Width Modulation)

Ce bloc a pour objectif de réaliser les ordres de commande des interrupteurs de puissance des cellules de puissance.The purpose of this block is to carry out the control commands for the power switches of the power cells.

Un bloc B5 de contrôle de puissanceA B5 power control block

Ce bloc a pour objectif de protéger les cellules de puissance par un contrôle des transferts d’énergie entre le système mécanique et le système électrique.The purpose of this block is to protect power cells by controlling energy transfers between the mechanical system and the electrical system.

Un bloc observateur OBSAn OBS observer block

Ce bloc observateur a pour objectif de fournir des observations (au sens automatique) des tensions bus des cellules de puissance tandis que ces grandeurs ne sont pas mesurées. Ces observations se basent sur les mesures de tensions aux bornes du moteur, ainsi que la connaissance des ordres de commande envoyés aux cellules de puissance.The purpose of this observer block is to provide observations (in the automatic sense) of the bus voltages of the power cells while these quantities are not being measured. These observations are based on the voltage measurements at the motor terminals, as well as the knowledge of the control commands sent to the power cells.

Selon l'invention, le bloc observateur OBS peut être mis en oeuvre suivant plusieurs configurations distinctes qui sont décrites ci-dessous.According to the invention, the observer block OBS can be implemented according to several distinct configurations which are described below.

La réalisation du bloc observateur est décrite de manière détaillée dans le cas d’un bras de commutation du variateur mais le principe est généralisable à un nombre quelconque de bras.The implementation of the observer block is described in detail in the case of a dimming switching arm, but the principle can be generalized to any number of arms.

Le bloc observateur comporte avantageusement un ou plusieurs modules logiciels exécutés par le contrôleur central pour mettre en oeuvre le procédé de commande de l'invention. Le bloc observateur s'appuie ainsi au moins sur un module d'acquisition des valeurs de tension de sortie Vout mesurées sur chaque phase de sortie du variateur de vitesse et sur un module d'estimation de la tension de bus de chaque cellule de puissance des bras de commutation du variateur. Le module d'estimation comporte lui-même plusieurs modules de calcul et de détermination détaillés ci-dessous pour les différentes boucles de régulation mises en oeuvre selon la configuration du bloc observateur OBS qui est adoptée.The observer block advantageously includes one or more software modules executed by the central controller to implement the control method of the invention. The observer block is thus based at least on a module for acquiring the output voltage values Vout measured on each output phase of the variable speed drive and on a module for estimating the bus voltage of each power cell of the dimmer switching arm. The estimation module itself comprises several calculation and determination modules detailed below for the different regulation loops implemented according to the configuration of the observer block OBS which is adopted.

Bloc Observateur - 1ere configurationBlock Watcher - 1 st configuration

Cette première configuration s'appuie sur l'expression de la tension de sortie estimée en fonction des tensions de bus estimées des cellules de puissance (le caractère Λ pour indiquer l’aspect estimation de la grandeur) :This first configuration is based on the expression of the estimated output voltage as a function of the estimated bus voltages of the power cells (the character Λ to indicate the estimate aspect of the quantity):

k=NK = N

Vout(t) - © Scellk xVbusk k=l qui s’écrit sous forme matricielle : Vout(t) = [5’C]7x[v7?u.s]Vout (t) - © Scell k xVbus k k = l which is written in matrix form: Vout (t) = [5'C] 7 x [v7? Us]

Avec T qui dénote l’opération de transposition ; Il With T which denotes the transposition operation; he

Les deux matrices sont les suivantes :The two matrices are:

Scelf Scelf Vbusx Vbus x [sc] = [sc] = [Wu/.s] = [Wu / .s] = ScellN Seal n VbusN Vbus N

Il vient l'expression générale suivante :The following general expression comes:

— [vriu.s] = v<9· [sc]· ( Vout(t) -Vout(f) ) dt- [vriu.s] = v <9 · [sc] · (Vout (t) -Vout (f)) dt

Avec vo un gain réglable de convergence entre les grandeurs estimées et réelles.With vo an adjustable gain of convergence between the estimated and real quantities.

Cette première configuration du bloc observateur se présente ainsi sous la forme de la boucle de régulation représentée dans sa forme générale en figure 5A. Dans cette boucle, le bloc observateur OBS est explicité pour un bras de commutation du variateur, destiné à générer une tension de sortie Vout. La boucle de régulation comporte les particularités suivantes :This first configuration of the observer block is thus in the form of the regulation loop shown in its general form in FIG. 5A. In this loop, the observer block OBS is explained for a switching arm of the variator, intended to generate an output voltage Vout. The regulation loop has the following special features:

Elle comporte un module de détermination de la différence Vout(t) -Vout(t) entre la tension de sortie mesurée générée par le bras de commutation et la tension de sortie estimée générée par le bras ;It comprises a module for determining the difference Vout (t) -Vout (t) between the measured output voltage generated by the switching arm and the estimated output voltage generated by the arm;

Elle comporte un module de calcul de l'expression de — \vb us] selon dt l'expression définie ci-dessus en tenant compte des ordres de commande appliqués à chaque cellule k du bras de commutation ;It includes a module for calculating the expression of - \ vb us] according to dt the expression defined above, taking into account the control orders applied to each cell k of the switching arm;

Elle comporte un module d'intégration afin d'obtenir la tension de busIt includes an integration module in order to obtain the bus voltage

Λ estimée Vbus k recherchée pour chaque cellule k ;Λ estimated Vbus k sought for each cell k;

La tension de sortie estimée Vout(t) d'un bras de commutation est obtenue à partir des ordres de commande [SC] appliqués aux cellules de puissance cellk de ce bras de commutation et de la tension de bus estimée Vbus k de chaque cellule k du bras de commutation considéré et obtenue en sortie de la boucle de régulation ;The estimated output voltage Vout (t) of a switching arm is obtained from the control orders [SC] applied to the power cells cellk of this switching arm and the estimated bus voltage Vbus k of each cell k the switching arm considered and obtained at the output of the regulation loop;

Bloc Observateur - 2eme configurationBlock Watcher - 2nd configuration

De même, cette deuxième configuration s'appuie également sur l'expression de la tension de sortie estimée :Likewise, this second configuration is also based on the expression of the estimated output voltage:

k=NK = N

Vout(t) - © Scellk xVbusk k=i qui s’écrit sous forme matricielle : Vout(t) = [5’ΰ] Λχ[ν7?ί/.ν] avec T qui dénote l’opération de transposition,Vout (t) - © Scell k xVbus k k = i which is written in matrix form: Vout (t) = [5'ΰ] Λ χ [ν7? Ί / .ν] with T which denotes the transposition operation ,

Scellx Seal x Vbusx Vbus x [sc] = [sc] = [Wn/.s] = [Wn / .s] = ScellN Seal n VbusN Vbus N

Dans cette configuration, l'observation n'est plus instantanée mais réalisée entre deux instants t et Ts. On a ainsi :In this configuration, the observation is no longer instantaneous but carried out between two instants t and Ts. We thus have:

EVout(t)=Vout(t)-Vout(t -Ts) = [SC(/)-SC(/-rs)]rx[l^us(Y)]EVout (t) = Vout (t) -Vout (t -Ts) = [SC (/) - SC (/ - rs)] r x [l ^ us (Y)]

AvecWith

ASC = SC(t)-SC(t-Ts)ASC = SC (t) -SC (t-Ts)

AVout(t) =Vout(t) -Vout(t-Ts)AVout (t) = Vout (t) -Vout (t-Ts)

II vient l'expression générale suivante :The following general expression comes:

— [ASC]·( AVout(t) -&Vout(t) ) dt- [ASC] · (AVout (t) - & Vout (t)) dt

Avec vo un gain réglable de convergence.With vo an adjustable gain of convergence.

Cette deuxième configuration du bloc observateur se présente ainsi sous la forme de la boucle de régulation représentée dans sa forme générale en figure 5B. La boucle comporte ainsi les particularités suivantes :This second configuration of the observer block is thus in the form of the regulation loop shown in its general form in FIG. 5B. The loop thus has the following particularities:

Elle comporte un module de détermination de la différence ASC entre les ordres de commande appliqués aux cellules de puissance à l'instant t et les ordres de commande appliqués aux cellules de puissance à l'instant tTs;It includes a module for determining the difference ASC between the control orders applied to the power cells at time t and the control orders applied to the power cells at time tTs;

Elle comporte un module de détermination de la variation de tension AVout (r) entre la tension de sortie mesurée à l'instant t pour le bras de commutation et la tension de sortie mesurée à l'instant t-Ts pour ce même bras de commutation ;It includes a module for determining the voltage variation AVout (r) between the output voltage measured at time t for the switching arm and the output voltage measured at time t-Ts for this same switching arm ;

Elle comporte un module de détermination de la variation de tension de sortie estimée AVout (t) à partir de ASC et de la tension de bus estiméeIt includes a module for determining the variation of the estimated output voltage AVout (t) from ASC and the estimated bus voltage

ΛΛ

Vbus k pour chaque cellule de puissance et obtenue en sortie de la boucle de régulation ;Vbus k for each power cell and obtained at the output of the regulation loop;

Elle comporte un module de détermination de la différence entre AVout (t) ot AVout (r) ;It includes a module for determining the difference between AVout (t) ot AVout (r);

Elle comporte un module de calcul de l'expression de — \vb us] selon dt l'expression définie ci-dessus :It includes a module for calculating the expression of - \ vb us] according to dt the expression defined above:

—[vfcu.s] = [A5C]-( AVout(t) -AVout(t) );- [vfcu.s] = [A5C] - (AVout (t) -AVout (t));

dtdt

Bloc Observateur - 3eme configurationBlock Watcher - 3rd configuration

Cette troisième configuration se base sur le principe développé pour la deuxième configuration ci-dessus, c'est-à-dire :This third configuration is based on the principle developed for the second configuration above, that is to say:

AVout(j) = Vout(j)-Vout(t -Ts) = [SC(/)-SC(/-Ts)]5<[w?us(i)]AVout (j) = Vout (j) -Vout (t -Ts) = [SC (/) - SC (/ - Ts)] 5 <[w? Us (i)]

La plupart du temps, les ordres de commande sont constants, ce qui rend le système inobservable.Most of the time, the order orders are constant, making the system unobservable.

Sur changement d'un ordre de commande, il est cependant possible de disposer d'une mesure directe de la tension bus de la cellule de puissance cellk pour laquelle le changement d'ordre de commande a lieu.Upon change of a control order, it is however possible to have a direct measurement of the bus voltage of the power cell cell k for which the change of control order takes place.

Sans perte de généralité, en considérant une commutation de la cellule de puissance k, on obtient au moment de la transition :Without loss of generality, considering a switching of the power cell k, we obtain at the time of the transition:

AV ont (r) = Vout (t) - Vout (t - Ts) = ± 1 x \vbusk (f) JAV ont (r) = Vout (t) - Vout (t - Ts) = ± 1 x \ vb us k ( f ) J

Dans laquelle le signe + ou - dépend du type de transition (front montant ou front descendant).In which the sign + or - depends on the type of transition (rising edge or falling edge).

La variation de la tension de sortie estimée AVout(t) est alors directement impactée par la commutation de la cellule de puissance k.The variation of the estimated output voltage AVout (t) is then directly impacted by the switching of the power cell k.

Nous parlons ici de valeur instantanée pour Vout(t) et Vout(t-Ts) .We are talking here about instantaneous value for Vout (t) and Vout (t-Ts).

Mais il est entendu que :But it is understood that:

Vout(t-Ts) peut être toute représentation de la tension moteur entre la dernière transition sur le signal SC et la transition en cours de traitement. Vout(t) peut être toute représentation de la tension moteur entre la prochaine transition sur le signal SC et la transition en cours de traitement.Vout (t-Ts) can be any representation of the motor voltage between the last transition on the signal SC and the transition being processed. Vout (t) can be any representation of the motor voltage between the next transition on the signal SC and the transition being processed.

Lors d’une commutation de la cellule k, le signal Vbusk(t) est calculé par la formule suivante :When switching cell k, the signal Vbus k (t) is calculated by the following formula:

Vbusk (t') = ± 1 x [Vout (t) - Vout (t - Ts) ]Vbus k (t ') = ± 1 x [Vout (t) - Vout (t - Ts)]

Dans laquelle l’instant de calcul t’ peut varier entre t pour le cas des valeurs instantanées, et t+Ts pour le cas des valeurs moyennées sur une période d’échantillonnage Ts.In which the instant of calculation t ’can vary between t for the case of instantaneous values, and t + Ts for the case of values averaged over a sampling period Ts.

Les figures 6A et 6B illustrent le principe d'une observation instantanée de la commutation entre les instants t-Ts et l'instant t, respectivement dans le cas où la variation de tension de sortie résulte de la différence de tension mesurée sur une transition à deux instants déterminés et dans le cas où la variation de tension résulte de la différence de tension entre deux valeurs moyennes déterminées sur une période d'échantillonnage Ts. Les figures 6A et 6B montrent chaque transition, dans le cas d'un front de tension descendant et d'un front montant (illustrés par les flèches).FIGS. 6A and 6B illustrate the principle of an instantaneous observation of the switching between the instants t-Ts and the instant t, respectively in the case where the variation of output voltage results from the difference in voltage measured on a transition to two determined instants and in the case where the voltage variation results from the voltage difference between two average values determined over a sampling period Ts. FIGS. 6A and 6B show each transition, in the case of a falling tension front and a rising edge (illustrated by the arrows).

Cette troisième configuration du bloc observateur se présente ainsi sous la forme de la boucle de régulation représentée dans sa forme générale en figure 5C. Elle reprend les mêmes principes que celle de la deuxième configuration décrite ci-dessus, en y ajoutant un module M1 de détection de transition des ordres de commande pour déterminer la variation de la tension de sortie estimée AVomî(î) .This third configuration of the observer block is thus in the form of the regulation loop shown in its general form in FIG. 5C. It uses the same principles as that of the second configuration described above, by adding a module M1 for detecting the transition of control orders to determine the variation of the estimated output voltage AVomî (î).

L'invention présente ainsi de nombreux avantages. Elle permet, dans une architecture telle que celle d'un variateur de moyenne tension à plusieurs cellules de puissance, de s'affranchir de l'emploi de capteurs de tension au niveau de chaque cellule pour déterminer la tension de bus. Ainsi, aucune solution de communication n'est à prévoir pour le transfert de cette information vers le contrôleur central.The invention thus has many advantages. It allows, in an architecture such as that of a medium voltage variator with several power cells, to dispense with the use of voltage sensors at the level of each cell to determine the bus voltage. Thus, no communication solution is to be provided for the transfer of this information to the central controller.

Claims (13)

REVENDICATIONS 1. Procédé de commande appliqué à un variateur de vitesse (10) de type moyenne tension destiné à la commande d'un moteur électrique et comprenant un transformateur (100), plusieurs phases de sortie (1, 2, 3) connectées à un moteur électrique (M), ledit variateur de vitesse comprenant plusieurs bras de commutation, chaque bras de commutation comprenant plusieurs cellules de puissance (cellk) connectées en série sur chaque phase de sortie, chaque cellule de puissance comprenant au moins un bus continu d'alimentation sur lequel est appliquée une tension de bus (Vbusk) et un étage de commutation (INVk) commandé par des ordres de commande (Scellk) pour générer une tension de sortie (Vcellk) par cellule, chaque bras de commutation du variateur fournissant une tension de sortie (Vout) au moteur électrique, résultant de la somme des tensions de sortie des cellules de puissance connectées en série sur le bras de commutation, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de :1. Control method applied to a medium voltage type speed controller (10) intended for controlling an electric motor and comprising a transformer (100), several output phases (1, 2, 3) connected to a motor electric (M), said variable speed drive comprising several switching arms, each switching arm comprising several power cells (cellk) connected in series on each output phase, each power cell comprising at least one direct supply bus on which is applied a bus voltage (Vbusk) and a switching stage (INVk) controlled by control commands (Scellk) to generate an output voltage (Vcellk) per cell, each switching arm of the drive supplying an output voltage (Vout) to the electric motor, resulting from the sum of the output voltages of the power cells connected in series on the switching arm, said method being characterized in that it includes steps to: - Acquisition de la tension de sortie (Vout) appliquée au moteur électrique sur au moins une phase de sortie ;- Acquisition of the output voltage (Vout) applied to the electric motor on at least one output phase; Estimation de la tension de bus (Vbusk) de chaque cellule de puissance (cellk) à partir de la tension de sortie (Vout) acquise pour ladite au moins une phase de sortie et des ordres de commande (Scellk) appliqués audites cellules de puissance pour obtenir ladite tension de sortie mesurée.Estimation of the bus voltage (Vbusk) of each power cell (cellk) from the output voltage (Vout) acquired for said at least one output phase and control commands (Scellk) applied to said power cells for obtaining said measured output voltage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de mesure de la tension de sortie (Vout) sur ladite au moins une phase de sortie à l'aide d'un capteur de tension.2. Method according to claim 1, characterized in that it comprises a step of measuring the output voltage (Vout) on said at least one output phase using a voltage sensor. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite étape d'estimation est mise en oeuvre en tenant compte de l'expression suivante :3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that said estimation step is implemented taking into account the following expression: „ k=N „„K = N„ Vout(t) - Σ Scella *Vbusk k-\Vout (t) - Σ Scella * Vbusk k- \ Dans laquelle :In which : - N correspond au nombre de cellules de puissance k du bras de commutation connectée à ladite phase de sortie du variateur de vitesse, Vout(t) correspond à la tension de sortie estimée sur ladite phase de sortie,N corresponds to the number of power cells k of the switching arm connected to said output phase of the variable speed drive, Vout (t) corresponds to the estimated output voltage on said output phase, Scellk correspond à l'ordre de commande appliqué à chaque cellule de puissance k du bras de commutation connecté sur ladite phase de sortie, Vbusk correspond à la tension de bus d'une cellule de puissance k du bras de commutation connecté sur ladite phase de sortie.Scell k corresponds to the command order applied to each power cell k of the switching arm connected to said output phase, Vbus k corresponds to the bus voltage of a power cell k of the switching arm connected to said phase Release. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite étape d'estimation est mise en œuvre en appliquant une boucle de régulation s'appuyant sur l'expression suivante :4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that said estimation step is implemented by applying a regulation loop based on the following expression: — [w?«.s] = v0'[SC]-( Vout(t) -Vout(t) ) dt- [w? ". S] = v0 '[SC] - (Vout (t) -Vout (t)) dt Dans laquelle :In which : Vbus correspond à la tension de bus d'une cellule dudit bras de commutation, [sc] correspond à la matrice des ordres de commande appliqués aux cellules de puissance dudit bras de commutation,Vbus corresponds to the bus voltage of a cell of said switching arm, [sc] corresponds to the matrix of control orders applied to the power cells of said switching arm, Vout (t) correspond à la tension de sortie générée sur ladite phase de sortie par ledit bras de commutation,Vout (t) corresponds to the output voltage generated on said output phase by said switching arm, Vout(t) correspond à la tension de sortie estimée sur ladite phase de sortie, vo correspond à un gain de convergence.Vout (t) corresponds to the estimated output voltage on said output phase, vo corresponds to a convergence gain. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite étape d'estimation est mise en œuvre en appliquant une boucle de régulation s'appuyant sur l'expression suivante :5. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that said estimation step is implemented by applying a regulation loop based on the following expression: -^-[vbus] = [ASC]·( AVout(t) -AVout(t) )- ^ - [vbus] = [ASC] · (AVout (t) -AVout (t)) Dans laquelle :In which : Vbus correspond à la tension de bus d'une cellule dudit bras de commutation, [ASC] correspond à la matrice des variations des ordres de commande appliqués aux cellules de puissance dudit bras de commutation entre un premier instant et un deuxième instant,Vbus corresponds to the bus voltage of a cell of said switching arm, [ASC] corresponds to the matrix of variations in control orders applied to the power cells of said switching arm between a first instant and a second instant, AVout (t) correspond à la variation de la tension de sortie générée sur ladite phase de sortie par ledit bras de commutation entre ledit premier instant et ledit deuxième instant,AVout (t) corresponds to the variation of the output voltage generated on said output phase by said switching arm between said first instant and said second instant, AVout(t) correspond à la variation de la tension de sortie estimée sur ladite phase de sortie entre ledit premier instant et ledit deuxième instant, vo correspond à un gain de convergence.AVout (t) corresponds to the variation of the estimated output voltage on said output phase between said first instant and said second instant, vo corresponds to a convergence gain. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite étape d'estimation est mise en oeuvre en appliquant une boucle de régulation s'appuyant sur l'expression suivante :6. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that said estimation step is implemented by applying a regulation loop based on the following expression: —[W/.s] = ιγ) [A5C]-( AVout(t)-AVout(t) ) dt- [W / .s] = ιγ) [A5C] - (AVout (t) -AVout (t)) dt Dans laquelle :In which : Vbus correspond à la tension de bus d'une cellule dudit bras de commutation, [ASC] correspond à la matrice des variations des ordres de commande appliqués aux cellules de puissance dudit bras de commutation entre un premier instant et un deuxième instant,Vbus corresponds to the bus voltage of a cell of said switching arm, [ASC] corresponds to the matrix of variations in control orders applied to the power cells of said switching arm between a first instant and a second instant, AVW (r) correspond à la variation de la tension de sortie générée sur ladite phase de sortie par ledit bras de commutation entre ledit premier instant et ledit deuxième instant,AVW (r) corresponds to the variation of the output voltage generated on said output phase by said switching arm between said first instant and said second instant, AVout(t) correspond à la variation de la tension de sortie estimée sur ladite phase de sortie entre ledit premier instant et ledit deuxième instant, déterminée lors de la transition d'un premier ordre de commande à un deuxième ordre de commande de la cellule, vo correspond à un gain de convergence.AVout (t) corresponds to the variation of the estimated output voltage on said output phase between said first instant and said second instant, determined during the transition from a first command order to a second command order of the cell, vo corresponds to a convergence gain. 7. Système de commande d'un variateur de vitesse (10) de type moyenne tension comprenant plusieurs phases de sortie (1, 2, 3) connectées à un moteur électrique (M), ledit variateur de vitesse comprenant plusieurs bras de commutation, chaque bras de commutation comprenant plusieurs cellules de puissance (cellk) connectées en série sur chaque phase de sortie, chaque cellule de puissance comprenant au moins un bus continu d'alimentation sur lequel est appliquée une tension de bus (Vbusk) et un étage de commutation (INVk) commandé par des ordres de commande (Scellk) pour générer une tension de sortie (Vcellk) par cellule, chaque bras de commutation du variateur fournissant une tension de sortie (Vout) au moteur électrique, résultant de la somme des tensions de sortie des cellules de puissance connectées en série sur le bras de commutation, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comporte :7. Control system for a variable speed drive (10) of medium voltage type comprising several output phases (1, 2, 3) connected to an electric motor (M), said variable speed drive comprising several switching arms, each switching arm comprising several power cells (cellk) connected in series on each output phase, each power cell comprising at least one direct supply bus on which a bus voltage (Vbusk) is applied and a switching stage ( INVk) controlled by control commands (Scellk) to generate an output voltage (Vcellk) per cell, each switching arm of the drive supplying an output voltage (Vout) to the electric motor, resulting from the sum of the output voltages of the power cells connected in series on the switching arm, said system being characterized in that it comprises: Un module d'acquisition de la tension de sortie (Vout) appliquée au moteur électrique sur au moins une phase de sortie ;A module for acquiring the output voltage (Vout) applied to the electric motor on at least one output phase; Un module d'estimation la tension de bus (Vbusk) de chaque cellule de puissance (cellk) à partir de la tension de sortie (Vout) acquise pour ladite au moins une phase de sortie et des ordres de commande (Scellk) appliqués audites cellules de puissance pour obtenir ladite tension de sortie mesurée.A module for estimating the bus voltage (Vbusk) of each power cell (cellk) from the output voltage (Vout) acquired for said at least one output phase and control orders (Scellk) applied to said cells of power to obtain said measured output voltage. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure de la tension de sortie (Vout) sur ladite au moins une phase de sortie comportant au moins un capteur de tension.8. System according to claim 7, characterized in that it comprises means for measuring the output voltage (Vout) on said at least one output phase comprising at least one voltage sensor. 9. Système selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ledit module d'estimation est exécuté en tenant compte de l'expression suivante :9. System according to claim 7 or 8, characterized in that said estimation module is executed taking into account the following expression: „ k=N „„K = N„ Vout(t) - Σ Scellk xVbuSk k-\Vout (t) - Σ Scellk xVbuSk k- \ Dans laquelle :In which : - N correspond au nombre de cellules de puissance k du bras de commutation connectée à ladite phase de sortie du variateur de vitesse, Vout(t) correspond à la tension de sortie estimée sur ladite phase de sortie,N corresponds to the number of power cells k of the switching arm connected to said output phase of the variable speed drive, Vout (t) corresponds to the estimated output voltage on said output phase, Scellk correspond à l'ordre de commande appliqué à chaque cellule de puissance k du bras de commutation connecté sur ladite phase de sortie, Vbusk correspond à la tension de bus d'une cellule de puissance k du bras de commutation connecté sur ladite phase de sortie.Scellk corresponds to the command order applied to each power cell k of the switching arm connected on said output phase, Vbus k corresponds to the bus voltage of a power cell k of the switching arm connected on said output phase exit. 10. Système selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ledit module d'estimation exécute une boucle de régulation s'appuyant sur l'expression suivante :10. System according to one of claims 7 to 9, characterized in that said estimation module executes a regulation loop based on the following expression: — [w?«.s’] = V(9-[SC]-( Vout(t) -Vout(t) ) dt- [w? ". S’] = V (9- [SC] - (Vout (t) -Vout (t)) dt Dans laquelle :In which : Vbus correspond à la tension de bus d'une cellule dudit bras de commutation, [sc] correspond à la matrice des ordres de commande appliqués aux cellules de puissance dudit bras de commutation,Vbus corresponds to the bus voltage of a cell of said switching arm, [sc] corresponds to the matrix of control orders applied to the power cells of said switching arm, Vout (t) correspond à la tension de sortie générée sur ladite phase de sortie par ledit bras de commutation,Vout (t) corresponds to the output voltage generated on said output phase by said switching arm, Vout(t) correspond à la tension de sortie estimée sur ladite phase de sortie, vo correspond à un gain de convergence.Vout (t) corresponds to the estimated output voltage on said output phase, vo corresponds to a convergence gain. 11. Système selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ledit module d'estimation exécute une boucle de régulation s'appuyant sur l'expression suivante :11. System according to one of claims 7 to 9, characterized in that said estimation module executes a regulation loop based on the following expression: -^-[vbus] = [ASC]·( AVout(t) -AVout(t) )- ^ - [vbus] = [ASC] · (AVout (t) -AVout (t)) Dans laquelle :In which : Vbus correspond à la tension de bus d'une cellule dudit bras de commutation, [ASC] correspond à la matrice des variations des ordres de commande appliqués aux cellules de puissance dudit bras de commutation entre un premier instant et un deuxième instant,Vbus corresponds to the bus voltage of a cell of said switching arm, [ASC] corresponds to the matrix of variations in control orders applied to the power cells of said switching arm between a first instant and a second instant, AVout (r) correspond à la variation de la tension de sortie générée sur ladite phase de sortie par ledit bras de commutation entre ledit premier instant et ledit deuxième instant,AVout (r) corresponds to the variation of the output voltage generated on said output phase by said switching arm between said first instant and said second instant, AVout (t) correspond à la variation de la tension de sortie estimée sur ladite phase de sortie entre ledit premier instant et ledit deuxième instant, vo correspond à un gain de convergence.AVout (t) corresponds to the variation of the estimated output voltage on said output phase between said first instant and said second instant, vo corresponds to a convergence gain. 12. Système selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ledit module d'estimation exécute une boucle de régulation s'appuyant sur l'expression suivante :12. System according to one of claims 7 to 9, characterized in that said estimation module executes a regulation loop based on the following expression: —[Ww.s] = vo · [aô'C]· ( AVout (t) -AVout (t) ) dt- [Ww.s] = vo · [aô'C] · (AVout (t) -AVout (t)) dt Dans laquelle :In which : Vbus correspond à la tension de bus d'une cellule dudit bras de commutation, [ASC] correspond à la matrice des variations des ordres de commande appliqués aux cellules de puissance dudit bras de commutation entre un premier instant et un deuxième instant,Vbus corresponds to the bus voltage of a cell of said switching arm, [ASC] corresponds to the matrix of variations in control orders applied to the power cells of said switching arm between a first instant and a second instant, AVout (t) correspond à la variation de la tension de sortie générée sur ladite phase de sortie par ledit bras de commutation entre ledit premier instant et ledit deuxième instant,AVout (t) corresponds to the variation of the output voltage generated on said output phase by said switching arm between said first instant and said second instant, AVouKi) correspond à la variation de la tension de sortie estimée sur ladite phase de sortie entre ledit premier instant et ledit deuxième instant, déterminée lors de la transition d'un premier ordre de commande à un deuxième ordre de commande de la cellule, vo correspond à un gain de convergence.AVouKi) corresponds to the variation of the estimated output voltage on said output phase between said first instant and said second instant, determined during the transition from a first command order to a second cell command order, vo corresponds to a convergence gain. 13. Variateur de vitesse (10) de type moyenne tension comprenant un transformateur (100), plusieurs phases de sortie (1, 2, 3) connectées à un moteur électrique (M), ledit variateur de vitesse comprenant plusieurs bras de commutation, chaque bras de commutation comprenant plusieurs cellules de puissance (cellk) connectées en série sur chaque phase de sortie, chaque cellule de puissance comprenant au moins un bus continu d'alimentation sur lequel est appliquée une tension de bus (Vbusk) et un étage de commutation (INVk) commandé par des ordres de commande (Scellk) pour générer une tension de sortie (Vcellk) par cellule, chaque bras de commutation du variateur fournissant une tension de sortie (Vout) au moteur électrique, résultant de la somme des tensions de sortie des cellules de puissance connectées en série sur le bras de commutation, caractérisé en ce qu'il comporte un système de commande conforme à celui défini dans les revendications 7 à 12.13. Medium voltage type variable speed drive (10) comprising a transformer (100), several output phases (1, 2, 3) connected to an electric motor (M), said variable speed drive comprising several switching arms, each switching arm comprising several power cells (cellk) connected in series on each output phase, each power cell comprising at least one direct supply bus on which a bus voltage (Vbusk) is applied and a switching stage ( INVk) controlled by control commands (Scellk) to generate an output voltage (Vcellk) per cell, each switching arm of the drive supplying an output voltage (Vout) to the electric motor, resulting from the sum of the output voltages of the power cells connected in series on the switching arm, characterized in that it comprises a control system in accordance with that defined in claims 7 to 12. 1/41/4
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