pre-design methodologyby deterministic optimization inPower electronics: Application toa three-phase aeronautical rectifier

This thesis deals with the sizing of power electronics using deterministicoptimization. In this way, methods to integrate the ElectroMagnetic Compatibilityconstraints in such process were studied. The case of a three-phase rectifier with EMCfilters on both AC and DC sides was considered. A common-mode path creates aninteraction between the two filters, thus they have to be sized together. Models of theconverter and its components were developed for their sizing by deterministicoptimizations. In such conception problem, all the parameters used for describing thesystem configuration (functional elements values, PWM command strategy and theswitching frequency) influence the conducted EMC emissions. Therefore, the modeling ofthe EMC constraints was integrated in the optimization procedure, which aims the overallweight reduction. Thanks to that, a global approach where EMC filters are sized along withthe converter was achieved, whereas it is usually done after the converter conception.The main challenge was the variation of the switching frequency in optimization.Strategies were developed regarding the automatic surveillance of the EMC spectrums inorder to drastically reduce their computation times. An innovative formulation of the EMCconstraints enabled the optimizations to converge. An automatic procedure for launchingmultiple deterministic optimizations with random initial parameters allowed us to obtaingood optimization results, regarding the constraints and the global weight of the system.In this work, genericity of the modelling approach was a main concern, regarding EMCand the different sizing models. Therefore, the adaptation of the developed methods toother applications should be convenient
Ce travail s’inscrit dans l’optique de prédimensionnement par optimisationdéterministe en électronique de puissance. Nous nous focalisons principalement sur laproblématique de la Compatibilité ElectroMagnétique que nous désirons inclure dans ladémarche. Pour cela, nous considérons l’exemple d’un redresseur triphasé comportantdes filtres CEM à la fois du côté triphasé et du côté continu. Un couplage de mode communa lieu entre les deux filtres, ils doivent donc être conçus simultanément. Des modéles dedimensionnement du convertisseur et de ses différents composants (passifs,interrupteurs, refroidisseur) ont été élaborés. Dans la procédure d’optimisation,l’ensemble des variables de cette modélisation globale du convertisseur (valeur deséléments fonctionnels, stratégie de commande MLI et fréquence de découpage) impacteles émissions CEM conduites. Ainsi, le modèle de calcul CEM est intégré dans ledéroulement du processus, qui vise à minimiser la masse du convertisseur. Grâce à celanous obtenons une approche globale où les filtres CEM sont dimensionnés en parallèleavec le convertisseur, et non une fois que la conception de ce dernier soit terminée,comme c’est classiquement le cas.La variation de la fréquence de découpage durant l’optimisation a constitué leproblème majeur. Nous avons dû développer des stratégies concernant la surveillance desspectres CEM pour arriver à diminuer drastiquement les temps de calcul. Nous avonsaussi développé une formulation de la contrainte CEM et une stratégie de lancementautomatique d’optimisations déterministes avec paramétrage initial aléatoire qui apermis aux dimensionnements d’aboutir. Tout au long de la thèse, l’accent a été mis sur lagénéricité des modèles, qu’ils touchent à la CEM ou aux autres points dudimensionnement, en vue de leur adaptabilité à d’autres cas d’application.