Commande d’un filtre actif parallèle

Étude de la partie puissance

Un onduleur est un convertisseur statique assurant la conversion continue-alternative à partir d’une source de tension continue, on peut obtenir à sa sortie une tension alternative. La configuration la plus répandue est le filtre actif de puissance parallèle à trois bras. Cet onduleur est connecté au réseau électrique par un filtre dit de découplage. Son schéma de principe est illustré à la figure 1.2. [02] Il existe d’autres topologies, telle que les onduleurs qui sont constitués de quatre interrupteurs réversibles en courant « formant deux bras ». Le troisième bras est « remplacé » par deux condensateurs reliés à la troisième phase du réseau électrique. Chacune des deux capacités joue le rôle d’une source de tension continue. La tension à leurs bornes est égale à /2, et est également maintenue à une valeur positive quasi-constante. [3] et [4] Figure 1.3. Onduleur triphasé à deux bras avec condensateur à point milieu. Ce type d’onduleur est nommé Onduleur triphasé à deux bras avec condensateur à point milieu.

Ces deux topologies doivent impérativement avoir un système de stockage de l’énergie et la fourniture d’une tension continue dont le rôle est affecté au condensateur . Le choix des paramètres du système de stockage n’est pas arbitraire car ils ont une influence sur la dynamique et la qualité de compensation du filtre actif parallèle. En effet, le choix de la tension se répercute en grande partie sur le choix des interrupteurs, et l’augmentation de améliore la dynamique du filtre actif de puissance [1]. Le choix de se fait de manière à ce que les ondulations de la tension causées par les courants engendrés par le filtre actif soient limitées, car plus ces ondulations sont importantes plus l’amplitude du courant du filtre est grande. Ainsi on peut estimer que seuls les premières harmoniques sont prisent en compte dans le choix des paramètres de stockage. Un autre éléments important constituant les filtres actif de puissance parallèle sont les filtres de découplage qui permettent la connexion de l’onduleur de tension au réseau électrique et qui est très souvent considéré comme une source de courant qui génère des courants harmoniques à partir de la différence des tensions entre la sortie du pont onduleur et le réseau électrique. Ces filtres limitent la dynamique du courant mais réduit en même temps la propagation des composantes harmoniques dues aux commutations sur le réseau électrique. Nous avons utilisé pour notre étude un filtre de premier ordre entre l’onduleur et le réseau électrique qui se compose d’une inductance et de sa résistance interne.

Méthodes d’identification

Dans la littérature, différentes méthodes d’identification des courants perturbés ont été développées [12]. Ces méthodes d’identification des composantes harmoniques se font en général, soit dans l’espace des courants, soit dans l’espace des puissances [13]. Une des méthodes d’identification les plus anciennes est l’utilisation de la transformée de Fourier rapide qui nécessite une grande puissance de calcul afin de réaliser toutes les transformations en temps réel. Cette méthode est bien adaptée aux charges où le contenu harmonique varie lentement, son avantage est qu’elle offre la possibilité de sélectionner les harmoniques individuellement et de ne choisir de compenser que les plus prépondérantes. Les deux autres méthodes d’identification en temps réel, les plus utilisées sont : la méthode de détection synchrone et la méthode des puissances instantanées [14], elles sont fondées sur le principe de la séparation de l’harmonique fondamentale par filtrage. II.1. Identification par la méthode des puissances instantanées classique avec Filtre Passe Haut : Cette méthode a été introduite par H. Akagi en 1983 [26] qui est une méthode temporelle.

Elle est utilisée afin d’éviter les difficultés dues au nombre élevé de calcul lors de la mise en oeuvre de méthodes fréquentielles telle que les transformées de Fourier rapide ou discrète. Cette méthode exploite la transformation de Concordia de tensions simples et courantes de ligne, afin de calculer les puissances réelles, imaginaires et homopolaires instantanées. Elle permet de transformer la composante fondamentale en une composante continue et les composantes harmoniques en composantes alternatives. Cette transformation est nécessaire si nous voulons éliminer facilement la composante continue. [1] [15] Soient respectivement les tensions simples et les courants de ligne d’un système triphasé avec homopolaire, vs1(t), vs2(t), vs3(t) et ic1(t), ic2(t), ic3(t). La transformation de Concordia permet de ramener ce système triphasé des axes 1-2-3 aux axes α-β-0, comme le montre les deux relations suivantes :

Méthode du référentiel lié au synchronisme (SRF) Cette méthode introduite par Bhattacharya [16], exploite également la transformation de Concordia mais appliquée uniquement aux courants de charge ic1, ic2 et ic3. Une seconde transformation est alors opérée pour passer aux courants de ligne selon les axes d-q en utilisant une P.L.L. Ceci permet de transformer la composante fondamentale du courant en une composante continue et les composantes harmoniques du courant en des composantes alternatives. La composante continue du courant de charge peut alors être éliminée à l’aide d’un simple Filtre Passe Haut. L’avantage majeur de cette méthode, comparativement à la précédente, réside dans le fait que les éventuelles tensions harmoniques n’ont plus d’influence sur les courants identifiés. Ainsi, soient les courants de charge d’un système triphasé sans composante homopolaire, notés ic1, ic2, ic3. La transformation de Concordia permet de ramener ce système triphasé équilibré à un système diphasé, comme illustré précédemment par la relation suivante :

commande sélective d’un filtre actif parallèle 48 Introduction Dans les deux chapitres précédents, nous avons étudié la compensation globale des courants harmoniques par un filtre actif de puissance parallèle, l’objectif principal étant d’extraire tous les courants harmoniques, puis de les injecter en opposition de phase dans le réseau électrique. L’avantage de cette technique c’est qu’elle compense tous les courants harmoniques, ce qui fait réduire le THD, et par conséquent le courant de la source deviendra presque sinusoïdal parfait d’après les résultats obtenus en deuxième chapitre. Ce chapitre est consacré à l’utilisation d’une autre technique de compensation sélective. L’idée principale de cette technique est de générer un courant de référence par la méthode habituelle, ensuite traiter les harmoniques individuellement. Un nouveau courant de référence est alors produit avec des informations sur les harmoniques causant des problèmes sur le réseau et qui doivent être éliminées. Avec cette technique, la bande passante actuelle du contrôle, et les interactions dangereuses avec les résonances du système sont tous réduits. A partir de la transformée de Fourier du courant de charge nous obtenons un THD de courant pour cette charge égale à 28.03 %, en plus les harmoniques de courant les plus importantes sont la cinquième et la septième harmonique. Pour améliorer le réseau ces harmoniques doivent être supprimées, par la suite nous proposons trois méthodes pour l’élimination de ces harmoniques.

Identification sélective des harmoniques à base du FMV : La première commande que nous allons proposer consiste à utiliser un filtre multi variable. L’avantage premier c’est sa très bonne sélectivité [25]. Pour cela nous avons appliqué ce filtre afin d’éliminer la cinquième et la septième harmonique (voir le schéma bloc de la figure 3.5). Fig. 3.5. Identification sélective des harmoniques de courant grâce au filtre multi variable. Remarque : D’après [1], [3] un système triphasé ayant des courants harmoniques peut se décomposer en deux sous-systèmes directe et inverse. Pour le système directe comporte la composante fondamentale et les harmoniques 7, 13, 19, et pour le système inverse nous avons les harmoniques 5, 11, 17,…etc. L’identification d’une harmonique d’ordre h exige la connaissance du sens de propagation de ce dernier. Si le système de courant de rang h est direct, la pulsation de cette harmonique est définie par: (III.1) Si le système de courant de rang h est inverse, la pulsation de cet harmonique est définie comme suit : (III.2) Dans notre cas nous avons identifié deux harmoniques, 5 et 7. Pour cela l‘utilisation de quatre filtres multi variables, les deux premiers utilisés pour éliminer la composante continue de la tension et du courant, le troisième et le quatrième filtre sont appliqués pour l’élimination de la cinquième et la septième harmonique

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : STRUCTURE GENERALE DU FILTRE ACTIF PARALLELE
Introduction
I. STRUCTURE GÉNÉRALE DU FILTRE ACTIF PARALLÈLE
I.1 Topologie
I.2 Étude de la partie puissance
I.3 Étude de la partie commande
II. Méthodes d’identification
II.1. Identification par la méthode des puissances instantanées classique avec Filtre Passe Haut
II.2.Identification par la méthode des puissances instantanées avec
Filtre Multi Variable
II.3.Méthode du référentiel lié au synchronisme (SRF
Conclusion
Chapitre II : commande d’un filtre actif parallèle
Introduction
II.1 Description du système
II.2. Étude et simulation d’un filtre Actif de puissance
II.2.1. Partie puissance
II.2.2. Partie commande
II.2.2.1. Identification des courants de référence
a. La méthode des puissances instantanées avec filtre passe haut
b. Méthode du référentiel lié au synchronisme (SRF
c. La méthode du filtre multi variable
II.2.2. Interprétation des résultats
Conclusion
Chapitre III : commande sélective d’un filtre actif parallèle
Introduction
I. Identification sélective d’un filtre actif parallèle
1 – Identification sélective des harmoniques à base du FMV
2- Identification sélective à base d’un filtre passe bande
3- Identification sélective utilisant la méthode d-q
III-Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie
Annexe