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- 1. Filtrage actif parallèledans un réseau électrique Réalisé par : Ayman EDDEGDAG Houssam NEJJAR Safouane HADINE Nisrine EL ORF 4ème année Ingénierie des systèmes automatisés et contrôle qualité Encadré par : M. Ouadie 1 Année universitaire 2013/2014
- 2. Généralités sur l’analyseharmonique Charge non linéaire Effets des harmoniques des courants et du courant réactif Normes et recommandations Les filtres actifs parallèles Onduleur triphasé en pond à MLI Méthode des puissances instantanées Commande d’un onduleur par hystérésis Commande d’un onduleur par un régulateur PI+MLI 2 Conclusion
- 3. Généralités sur l’analyseharmonique Les charges linéaires Les charges non linéaires 3 Les charges
- 4. Exemples de chargesnon-linéaires 4
- 5. 5 Caractérisation d’unecharge "non linéaire" S=VI Apparente S : Active P : P=VI cosφ 1 1 Réactive Q : Q=VI sinφ 1 1 2 2 P Q =VI < S Il existe de la puissance déformante D 1 2 2 2 D= S P Q 2 2 D= S S 1 La puissance déformante est liée aux harmoniques de courant La puissance réactive Q sera donc :
- 6. 6 Caractérisation d’unecharge "non linéaire" Des grandeurs de caractérisation utiles Le facteur de déplacement : 1 P 2 2 cosφ P Q Le facteur de puissance fp : p P f= S 2 2 2 2 2 I I I I ....I 1 2 3 n dh 1 1 T I I Le taux de distorsion harmonique: facteur de crête (Fc):
- 7. 7 Effets desharmoniques des courants et du courant réactif
- 8. Normes et recommandationseuropéennes sur la qualité des réseaux NF EN 50160 Elle caractérise la qualité de la tension fournie par le réseau public de distribution basse tension dans des conditions normales l’exploitation. Ces critères de perturbation de l’énergie apportée par le réseau et constatable au poste de livraison du client concernent quatre familles : → La fréquence, → L’amplitude ou le niveau de tension, → La forme d’onde, → La symétrie des tensions triphasées. Par la suite ces familles peuvent se décliner en plusieurs critères élémentaires tels que : - creux de tension, - diminution de la valeur efficace, - surtension impulsionnelle ou transitoire, - fluctuation rapide de tension ou flicker, - déséquilibre du système triphasé, - harmoniques, - variation de fréquence. 8
- 9. Réglementation Les règlesde limitation des courants harmoniques recommandées aux clients par EDF à travers le contrat EMERAUDE sont données dans le tableau ci-dessous: Concernant la puissance réactive, EDF autorise ses clients à en consommer, sans être facturé, jusqu’à 40% de la puissance active absorbée. 9
- 10. Simulation de lacharge non-linéaire 10
- 11. Comment lutter contreles harmoniques • Filtrage passif : – techniquement simple. – non adaptatif aux variations de la – charge et du réseau. – lourd si beaucoup d’ harmoniques à filtrer. – phénomène de résonance • Filtrage actif : – Le volume physique du filtre est plus réduit. – La capacité de filtrage est supérieure. – La flexibilité et adaptabilité sont très supérieures. 11
- 12. Les filtres actifsparallèle 12
- 13. Analyse harmonique dessignaux 13
- 14. Onduleur triphasé enpont à MLI 14 La tension composée d’un onduleur :
- 15. Signaux de commandeet de sortie d'un onduleur 3 15
- 16. Validation de l’onduleurMLI Courant donnée un par onduleur MLI tension donnée par un onduleur MLI 16
- 17. Méthode des puissanceinstantanée En présence des harmoniques, la puissance apparente est composée de trois parties : La transformation triphasée permet d'écrire, la relation des tensions et courant suivante : 17 La puissance active instantanée, notée P(t), est définie par la relation suivante :
- 18. Méthode des puissanceinstantanée De la même manière, la puissance imaginaire instantanée peut s’écrire sous la forme suivante : 18 A partir des relations, nous pouvons établir la relation matricielle suivante : Dans le cas général, chacune des puissances p et q comporte une partie continue et une partie alternative, ce qui nous permet d'écrire l’expression ci-dessous :
- 19. Méthode des puissanceinstantanée Calcul des courants perturbateurs: 19 Les courants de référence , sont calculés à partir de la transformation inverse:
- 20. Validation de laméthode des puissances instantanées Structure de courants de références Simulation des courants de références Structure générale Schéma d’obtention ddees lcao muréatnhtos dhea rdmeso npiuqiusseasn dcee sr einpsètraen αta-nβées 20
- 21.
- 22. Simulation de lacommande à hystérésis sur Matlab 22
- 23. Description d’un protocolede simulation • Pour Y= 0.1 • Pour Y=1 23
- 24.
Notes de l'éditeur
- #4 Un réseau de distribution électrique permet d’alimenter des récepteurs ou des charges à l’aide de tensions monophasée ou triphasée dite sinusoïdales et de fréquence constante . L’énergie est produite par des centrales nucléaire, thermique, hydraulique ou à base de sources renouvelables et des réseaux de distribution assurent le transport jusqu’au lieu de consommation. une charge est dite "non linéaire" lorsque le courant qu'elle absorbe n'a pas la même forme que la tension qui l'alimente. Ce courant est riche en composantes harmoniques dont le spectre sera fonction de la nature de la charge
- #7 L’expression de la puissance réactive Q est définie comme la somme pondérée des réactions associées à chaque rang harmonique, à la différence de la puissance active. Elle s’exprime en volt Ampère Réactif (VAR) sous la forme suivante : L’une des caractéristiques permettant d’identifier un signal déformé et son facteur de crête (Fc). Dans le cas d’un signal sinusoïdal, non déformé, ce dernier correspond à :
- #11 La figure ci-dessus est constituée de trois sources de tension sinusoïdaux équilibré (déphasés de) et d’une charge non linéaire RL, ainsi d’un onduleur attaqué par un générateur de pulsation. La figure représente l’allure du courant harmonique à cause de la non-linéarité de la charge, même si la source de tension est parfaite. Ce courant va engendrer une détérioration de l’onde de tension au point de raccordement de la charge au réseau.
- #12 Le filtre actif est un convertisseur qui injecte dans le réseau des harmoniques de même amplitude que celles générées par le process industriel, mais en opposition de phase. Les harmoniques générées par le filtre actif et le process s'annulent donc. Il s'agit d'une solution très onéreuse qui n'est applicable qu'en basse tension, pour des installations industrielles de faible puissance
- #13 Sur la figure apparaît le synoptique d’un filtre actif parallèle. Le filtre actif est constitué d’un onduleur de tension et d’un filtre inductif en sortie. Ainsi, l’inductance en sortie de l’onduleur donne la nature de source de courant au filtre actif. Dans le cas où le réseau alimente plusieurs charges polluantes, il est préférable d’utiliser un seul filtre actif pour toutes les charges car, dans ce cas, le coût du filtrage est moindre. Cependant, lorsque la puissance des charges polluantes est élevée, la solution d’un filtre actif par charge s’avère nécessaire. Cette dernière méthode est bien sûr plus coûteuse mais elle possède l’avantage d’éviter que la stabilité des harmoniques vienne perturber le réseau dans le cas ou un filtre actif est défectueux. Au cours de notre sujet nous allons filtrer les courants harmoniques prévenante de la charge NL, notre filtre actif parallèle vas jouer ce rôle afin d’aboutir à un courant linéaire non perturbé. La relations qui en découle sont : De la sorte, si le filtre actif parallèle assure un courant If qui sera celui des harmoniques appelés par la charge Ich, la source est préservée et fournit uniquement le fondamental du courant de la charge Icf :
- #14 Un filtre actif est un convertisseur statique qui permet d'injecter dans le réseau des harmoniques en opposition de phase et d'amplitude, telle que l'onde résultante soit sinusoïdale. Pour cela, il génère un courant qui est composé des seuls harmoniques du courant dans la charge.
- #15 L’onduleur de tension alimenté par une source de tension parfait impose à sa sortie, grâce au jeu d’ouverture des interrupteurs, une tension alternative formée d’une succession de créneaux rectangulaires à deux niveaux, la période de fonctionnement est fixée par la commande des interrupteurs. L’onduleur triphasé en pont est constitué de trois cellules de commutation. Ces tensions composées sont obtenus par la différence entre les trois bornes de sortie. L’onduleur triphasé doit évidement délivrer un système de tension dans les composants fondamentales qui forment un système. La composante alternative constitue une tension simple.
- #16 Les signaux de commande sont obtenus par comparaison d'un signal de référence d'amplitude Ar , avec un signal d'onde porteuse triangulaire d'amplitude Ac. La figure devant vous montre la génération des signaux de commande et de sortie d'un onduleur monophasé à pont complet utilisant la modulation MLI simple.
- #17 Selon les deux figures, on peut déduire que l’onduleur MLI nous mène à obtenir un signal plus proche au signal sinusoïdal. D’après la figure, on voit un onduleur alimenté par une tension continu et attaqué par un bloc MLI. Ce dernier est alimenté par 3 tensions sinusoïdales décalées de 2pi /3. Cet onduleur triphasé est relié à une charge RLC série triphasé.
- #18 Le calcul des puissances instantanées dans le domaine temporel se base sur le calcul des puissances harmoniques de la charge non linéaire dans le but de compenser à la fois les courants harmoniques et la puissance réactive Cette méthode exploite la transformation pour obtenir les puissances réelles et imaginaires. Notons par et les composantes orthogonales du repère associées respectivement aux tensions de raccordement du filtre actif parallèle (Vs) et aux courants absorbés par les charges polluantes (Is). La transformation triphasée permet d'écrire, la relation des tensions suivante : Les composantes avec l’indice (0) représentent les séquences homopolaires du système triphasé de courant et de tension.
- #20 Avec delta = Vs alpha carré + Vs beta carré supposé constant dans l'hypothèse d’une tension sinusoïdale équilibrée du réseau électrique. nous pouvons séparer le courant dans le repère alpha- beta en trois composantes, active et réactive à la fréquence fondamentale et les harmoniques. Ceci conduit à:
- #22 La commande par hystérésis, est une commande non linéaire qui utilise l’erreur existant entre le courant de référence et le courant produit par l’onduleur .L’erreur est comparée à un gabarit appelé bande d’hystérésis. Dès que l’erreur atteint la bande inférieure ou supérieure, un ordre de commande est envoyé de manière à rester à l’intérieur de la bande.
- #24 D’après les allures obtenus nous pouvons déduire que l’augmentation de l’action y ( la largeur d’impulsion ) qui engendre une déformation du courant provenant de l’onduleur ce qui fais que cette action doit avoir des valeurs faible pour obtenir un bon rendement.
- #25 Conclusion : Dans ce chapitre, nous avons illustré, en premier lieu, le phénomène des harmoniques, leurs caractéristiques, leurs sources, leurs conséquences et effets fonctionnement jusqu’à la destruction de ces équipements. Heureusement que face à cette dégradation de la qualité électrique du réseau, des experts et scientifiques ont imposé des normes d’immunité et d’émission pour non seulement protéger les consommateurs mais aussi les producteurs et distributeurs d’énergie. Par conséquent, un domaine de recherche a émergé pour les scientifiques afin d’élaborer des solutions de compensation pour cette pollution harmonique.