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Étude de topologies de convertisseurs pour l'interconnexion d'un système d'électrification ferroviaire à courant continu moyenne tension et du réseau public de transport d'électricité- Luc Bimmel
-Thèse présentée et soutenue, le 20 février 2026 par Luc BIMMEL École doctorale GEETS - Génie Electrique Electronique,Télécommunications et Santé : du système au nanosystème Spécialité Génie Electrique Unité de recherche LAPLACE - Laboratoire PLAsma et Conversion d'Énergie
RESUME
En France, 28 % des émissions de gaz à effet de serre proviennent du transport des personnes. A titre de comparaison, les émissions du transport ferroviaire par passager-kilomètre représentent en moyenne un cinquantième de celles du transport aérien. L’accroissement du trafic ferroviaire est donc le meilleur moyen de réduire les déplacements en avion sur les courtes et moyennes distances. Aujourd’hui, les lignes électrifiées en courant continu sont pénalisées par leur niveau de tension relativement bas, 1,5 kV ou 3 kV selon les pays. Pour des niveaux de puissance de quelques MW, les courants absorbés par les trains sont de plusieurs kA. Des travaux antérieurs ont conduit à proposer un renforcement du système d’électrification existant par des transformateurs électroniques alimentés par un feeder MVDC déployé le long de la ligne ferroviaire. Une partie de l’énergie électrique destinée à l’alimentation des trains transite alors par le feeder MVDC et permet de diminuer le courant dans la caténaire et de réduire ainsi les pertes. Le projet RACCOR-D (Réseau ferroviaire À Courant COntinu intelligent pour le veRdissement De l’énergie électrique) dans lequel s’est positionné ce travail de thèse a été financé dans le cadre du programme France 2030. Celui-ci repose sur l’utilisation du feeder MVDC pour interconnecter des sources d’énergie renouvelable et des systèmes de stockage d’énergie électrique avec le système d’électrification ferroviaire. Lors des périodes de faible trafic, ce « smart-grid ferroviaire » peut alors fournir de la puissance au réseau public de transport d’électricité à condition que les sous-stations d’alimentation du feeder MVDC soient équipées de convertisseurs réversibles. Le premier chapitre de cette thèse présente le principe de l’électrification ferroviaire et détaille les différents systèmes utilisés en Europe. Une attention particulière est portée sur l’élévation de la tension DC. Par la suite, le principe des sous-stations réversibles est introduit. Le deuxième chapitre présente une comparaison entre différentes topologies d’onduleurs trois niveaux susceptibles de réaliser la sous-station réversible alimentant le feeder MVDC. Compte du niveau de tension souhaité, entre 6 kV et 9 kV, une association série de deux onduleurs à IGBT est retenue. Une étude analytique portant sur le calcul des pertes est effectuée pour les topologies ANPC (Active Neutral Point Clamped) et FC (Flying Capacitor). Les limites de fonctionnement des onduleurs sont alors calculées et comparées. Les différents résultats amènent à retenir la topologie FC. Le troisième chapitre est consacré au fonctionnement de la sous-station réversible qui sera basée sur une association de redresseurs à diodes et d’onduleurs de tension FC. Une analyse du comportement dynamique de la sous-station est effectuée.
ORIGINAL LINK: https://hal.science/tel-05605028v1
LINK THESIS : https://theses.hal.science/tel-05605028v1/file/BIMMEL_Luc.pdf
