Analysis and control of multilevel converters for a grid connected photovoltaic generator

Ces travaux de thèse préparés au laboratoire SATIE, s’inscrivent dans la promotion de l’énergie solaire photovoltaïque (PV). Dans ces travaux, nous nous intéressons particulièrement au dimensionnement et au contrôle-commande du système PV connecté au réseau dans un contexte d’utilisation au Tchad où l’on doit tenir compte des problématiques du coût, du rendement, de fiabilité du système et de la qualité de l’énergie. Le réseau considéré est un réseau basse tension BT (220 V) avec une fréquence égale à 50 Hz mais susceptible de varier, auquel on injecte une puissance de 5,2 kW. Une méthode de dimensionnement des éléments passifs du filtre, a été préposée en premier lieu. Dans le but de réduire le coût de fabrication et le volume du filtre passif, une technique de fragmentation en plusieurs petites inductances en série a été adoptée. Cette technique optimise le volume et le coût du système PV classique. Ensuite, nous avons proposé une nouvelle architecture du système PV connecté au réseau utilisant un onduleur multi-niveaux. L’adaptation de cet onduleur à structure innovante a permis de réduire le coût de fabrication du filtre passif d’environ 40 % par rapport au système classique optimisé, tout en augmentant le rendement. Enfin, une commande PQ découplée, utilisant une boucle à verrouillage de phase PLL pour synchronisation, a été conçue et appliquée aux deux systèmes PV. Elle est bien adaptée au système avec onduleur multi-niveaux.This PhD work, prepared at SATIE laboratory, is part of the promotion of solar photovoltaic (PV) energy. In this work, we are particularly interested in design and control of the grid-connected PV system in a context of use in Chad where cost, reliability, efficiency, and energy quality issues of the system should be taken into account. The considered grid is a low voltage grid (220 V) with a frequency equal to fifty hertz (50 Hz) but likely to vary, in which a power of five point two ( 5.2 kW) is injected. A design method of the filter passive to reduce the filter elements is proposed firstly. In order to reduce manufacturing cost and volume of the passive filter, we apply a technique consisting of dividing each inductance value and making it in several small inductances in series. This technique optimizes the conventional PV system. Then, we proposed a new grid-connected PV system architecture using a multi-level inverter. The adaptation of this innovative structure has reduced the manufacturing cost of passive filter by nearly 40 % compared to the classical optimized system. Finally, a decoupled PQ control, using a phase locked loop for sysnchronization, has been designed and applied for both systems. It is well adapted to the system with multilevel inverter