Modélisation sur FPGA de convertisseurs de puissance modulaires pour les centres de données : études d'interconnexion et d'intégration des systèmes

Les centres de données constituent l’une des charges électriques dont la croissance est la plus rapide dans les réseaux électriques modernes, les futures installations devant atteindre des puissances nominales de plusieurs centaines de mégawatts. Une intégration à si grande échelle pose des défis importants pour la stabilité du réseau et nécessite des études approfondies afin d’évaluer les stratégies d’atténuation. Par ailleurs, afin d’optimiser les coûts d’investissement et de réduire les pertes, les centres de données de nouvelle génération envisagent des infrastructures basées sur le courant continu (CC) et le recours à des topologies électroniques de puissance avancées pour se raccorder au réseau. Les convertisseurs modulaires, tels que les transformateurs à semi-conducteurs (SST), se sont imposés comme une solution prometteuse à cet effet. Cependant, l’analyse de l’interaction dynamique entre ces convertisseurs et le réseau est complexe et nécessite des modèles spécialisés de transitoires électromagnétiques (EMT), compte tenu de la complexité introduite par des centaines de commutateurs à semi-conducteurs et de leur fonctionnement à moyenne fréquence. Cet article propose une approche de modélisation basée sur un FPGA. Ce cadre prend en charge la simulation EMT en temps réel et l’ Simulation HIL, facilitant ainsi des études détaillées sur l’intégration des centres de données. Le modèle proposé est validé à travers une étude de cas portant sur un centre de données connecté à un réseau électrique à deux zones. Les résultats de simulation démontrent la capacité de l’approche de modélisation proposée à étudier l’impact de l’intégration d’un centre de données sur les performances du réseau, y compris la modélisation détaillée de l’électronique de puissance. Les résultats révèlent comment le profil de charge du centre de données influence la tension et la fréquence du réseau, et comment des stratégies de contrôle avancées des convertisseurs peuvent atténuer ces effets.