[PDF] Filtrage actif des harmoniques dans les réseaux électriques

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RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTÈRE DE L"ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR

ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITÉ DES FRÈRES MENTOURI - CONSTANTINE

FACULTÉ DES SCIENCES DE LA TÉCHNOLOGIE

DÉPARTEMENT D"ELECTROTECHNIQUE

N oSérie :........................ N od"ordre :....................

THÈSE

Pour l"obtention du diplôme de Doctorat troisième Cycle LMD

En Électrotechnique

Option: ÉLECTROTECHNIQUE

Présentée Par

Abdelfettah BOUSSAID

Master en Électrotechnique

THÈMEFiltrage actif des harmoniques dans les réseaux électriques. Contribution à l"amélioration de l"énergie électriqueSoutenue le : 05n01n2017 devant le jury : PrésidentBENALLA HocineProf. U. F. M. Constantine RapporteurKHEZZAR AbdelmalekProf. U. F. M. Constantine ExaminateursCHAABI AbdelhafidProf. U. F. M. Constantine

BOUZEKRI HaceneMCA U. 20 Août 1955 Skikda

KRIM FatehProf. U. Setif 1

Avant propos

Les travaux présentés dans cette thèse ont été effectués au sein de l"équipe 4 du Laboratoire

d"Électrotechnique de Constantine (LEC) sous la direction du Professeur Abdelmalek KHEZZAR. J"exprime une très grande gratitude à Abdelmalek KHEZZAR le directeur de thèse d"avoir bien

voulu m"encadrer, un réel plaisir de travailler avec lui, ses conseils pendant toute la durée de ce

mémoire étaient toujours judicieux. Mes remerciements vont également au président du jury Monsieur Hocine BENALLA profes-

seur à l"université des frères Mentouri Constantine, pour m"avoir fait l"honneur de présider le jury.

Ainsi que Monsieurs : Abdelhafid CHAABI professeur à l"université des frères Mentouri Constan-

tine, Hacene BOUZEKRI maitre de conférence à l"université du 20 Août 1955 Skikda et Fateh

KRIM professeur à l"université du Setif 1 pour avoir accepté de consacrer du temps à mon travail

et pour avoir participé à mon jury. Je tiens à remercier vivement Monsieur Ahmed-Lokmane NEMMOUR maitre de conférence à

l"université des frères Mentouri Constantine pour sa disponibilité, ses conseils et nos discussions

qui ont été assez fructueuses ainsi que pour m"avoir fait bénéficier de ses connaissances.

J"exprime ma profonde reconnaissance à Monsieurs Mohamed BOUCHERMA, Mohamed El tine. J"adresse aussi mes remerciements à Abderaouf BOUMASSATA, Fatima BABAA et Yacine

MAOUCHE.

je remercie vivement tous les membres du laboratoire LEC spécialement tous mes collègues qui

ont contribué, chacune à sa manière, à l"accomplissement de cette thèse : Abdelbaki CHEROUANA,

Mohamed-Amine MOUSSA, Fekhr-Eddine HAMADOUCHE, Mehdi OUILI, Fouad MOUAL-

KIA, Abderezzak LESHAB et Seif CHELLI.

Ensuite, je voudrais remercier vivement Mes chers parents qui m"ont encouragé et soutenu dans

la poursuite de mes études pendants ces longues années, mes frères et soeurs, et toute ma famille

Enfin, je remercie tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à la réussite de ce travail.

iii

Je dédie ce mémoire

À ma femme

À mes chers parents

PHV IUqUHV HP V±XUV

À ma belle famille

Table des matières

Avant propos

iii

Table des matières

vi

Liste des tableaux

vii

Liste des figures

viii

Introduction générale

1

1 Généralités sur les perturbations des réseaux électriques.

5

1.1 Introduction

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2 Les perturbations des réseaux électriques

. . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.3 Les techniques de dépollution des réseaux électriques

. . . . . . . . . . . 11

1.4 Les solutions traditionnelles

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.5 Les solutions modernes

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.6 Les principaux types de filtres

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.7 Les principales combinaisons possibles

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.8 Le choix du filtre actif parallèle

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

1.9 Présentation du matériel expérimental

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.10 Conclusion

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2 Filtre actif parallèle, principe de contrôle et dimensionnement.

37

2.1 Introduction

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.2 Principe de filtrage actif parallèle

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.3 Description générale du filtre actif parallèle à structure tension

. . . . . . 39

2.4 Stratégies de commande du filtre actif parallèle

. . . . . . . . . . . . . . . 51

2.5 Simulation de l"ensemble réseau, filtre actif parallèle et charge polluante

51

2.6 Influence des paramètres

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

2.7 Conclusion

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3 Techniques d"extraction des courants harmoniques

67

3.1 Introduction

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

3.2 Méthode des puissances active et réactive instantanées

. . . . . . . . . . 68

3.3 Méthode du référentiel synchrone (SRF)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

3.4 Méthode du filtre Notch

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

3.5 Méthode basée sur le filtre multi variable (FMV)

. . . . . . . . . . . . . . 89

3.6 Comparaison entre les méthodes d"identification des courants harmo-

niques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

3.7 Conclusion

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

4 Mise en oeuvre de la commande du filtre actif à structure de tension

97
vi

4.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

4.2 Détection des séquences positive et négative de tension

. . . . . . . . . . 97

4.3 La méthode proposée pour le calcul des références

. . . . . . . . . . . . . 100

4.4 Résultats de simulation avec le déséquilibre de la tension du réseau

. . . 108

4.5 Résultats expérimentaux avec le déséquilibre de la tension du réseau

. . 111

4.6 Commande du filtre actif parallèle par les différentes méthodes

. . . . . 114

4.7 conclusion

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Conclusion127

Bibliographie

129
A Discrétisation des différentes bloques utilisés . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Résumé143

Abstract145

Liste des tableaux

1.1 Quelques convertisseurs statiques et l"allure des courants engendrés [

1 . . 9

1.2 Limites IEEE pour la distorsion harmonique de la tension [

2 . . . . . . . . 11

1.3 Limites IEEE des émissions de courants harmoniques [

2 . . . . . . . . . . . 11

1.4 Catégories et caractéristiques typiques des phénomènes électromagnétiques

de système d"alimentation [ 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.1 Tensions en sortie de l"onduleur.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.1 Résultats de simulation : le THD des différentes méthodes obtenus pour le

même temps de réponse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

3.2 Résultats expérimentaux : le THD des différentes méthodes obtenus pour le

même temps de réponse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

3.3 Résultats de simulation : le temps de réponse de chaque méthode pour le

même THD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

3.4 Résultats expérimentaux : le temps de réponse de chaque méthode pour le

même THD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

3.5 Résultats de simulation : le THD de chaque méthode dans le cas d"un dés-

équilibre dans la tension d"alimentation.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

3.6 Résultats expérimentaux : le THD de chaque méthode dans le cas d"un dés-

équilibre dans la tension d"alimentation.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

4.1 Les paramètres du système simulé.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

4.2 Résultats de simulation : THDs des courant de la source et courants com-

pensés pour les différentes méthodes, cas d"un déséquilibre10%-.. . . . . 122

4.3 Résultats expérimentaux : THDs des courant de la source et courants com-

pensés pour les différentes méthodes-cas d"un déséquilibre10%-.. . . . . 123 vii viiiListe des figuresListe des figures

1.1 Conducteurs de neutres surchargés.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.2 Schéma de principe d"un redresseur à deux ponts décalés.

. . . . . . . . . . 13

1.3 Schéma de principe d"un filtre passif série-(a), filtre passif parallèle-(b).

. . . 14

1.4 Schéma de principe d"un filtre résonant.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.5 Schéma de principe d"un filtre amorti.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.6 Schéma de principe d"un filtre passif série.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.7 Schéma de principe d"un filtre actif.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.8 Schéma de principe d"un filtre actif à source de courant.

. . . . . . . . . . . . 19

1.9 Schéma de principe d"un filtre actif à source de tension.

. . . . . . . . . . . . 20

1.10 Schéma de principe d"un filtre actif monophasé.

. . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.11 Schéma de principe d"un filtre actif triphasé à trois fils.

. . . . . . . . . . . . 21

1.12 Schéma de principe d"un filtre actif triphasé à quatre fils.

. . . . . . . . . . . 23

1.13 Schéma de principe d"un filtre actif série.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.14 Schéma de principe d"un UPQC.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

1.15 Schéma de principe d"un filtre hybride (actif parallèle et passif parallèle).

. . 24

1.16 Schéma de principe d"un filtre hybride (actif série et passif parallèle).

. . . . 25

1.17 Schéma de principe d"un filtre hybride (Mise en série actif et passif).

. . . . 26

1.18 Redresseur triphasé à base de diodes.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1.19 L"architecture de la carte DS1104.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1.20 La carte analogique d"interface dSPACE Onduleur.

. . . . . . . . . . . . . . . 29

1.21 Schéma du premier essai expérimental.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

1.22 Résultat expérimental : courant de référenceifabcet le courant du filtre actif

i fabc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1.23 Schéma du deuxième essai expérimental.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1.24 Résultatexpérimental:tensionsd"alimentation,tensiondubuscontinu,cou-

rant de référence et l"erreur du courant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

1.25 Résultatexpérimental:tensionsd"alimentation,tensiondubuscontinu,cou-

rant de référence et l"erreur du courant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

1.26 Schéma du troisième essai expérimental.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

1.27 Résultat expérimental : courants de référence (à gauche) et courants du filtre

actif (à droite). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

1.28 Banc d"essai.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.1 Schéma de principe du filtre actif parallèle.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.2 Formes des courants de : A- la charge non linéaire, B- la source et C- de la

référence injectée. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.3 Structure générale d"un FAP à structure tension.

. . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.4 Filtre actif parallèle à structure tension.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.5 Interrupteurs équivalents.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Liste des figuresix2.6 Représentation vectorielle des vecteurs de tension fournis par l"onduleur de

tension. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.7 Schéma de la régulation des courants du filtre.

. . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.8 Schéma simplifié de la régulation des courants du filtre.

. . . . . . . . . . . . 45

2.9 Diagramme de Bode d"un régulateur PI.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.10 Diagramme de Bode d"un régulateur Pass Bas.

. . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.11 Boucle de régulation de la tension continue.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.12 Principe de contrôle du courant par MLI.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

2.13 Commande des interrupteurs par MLI.

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