CONTRIBUTION A LA COMPENSATION DE LA POLLUTION HARMONIQUE EN UTILISANT UN FILTRE ACTIF PARALLELE COMMANDE PAR LOGIQUE FLOUE

CONTRIBUTION A LA COMPENSATION DE LA POLLUTION

HARMONIQUE EN UTILISANT UN FILTRE ACTIF

PARALLELE COMMANDE PAR LOGIQUE FLOUE

INTRODUCTION

Les composantes de l’électronique de puissance ont connu une forte progression qui a favorisé une croissance du marché des convertisseurs. Ces derniers apportent une grande souplesse surtout dans la commande des machines électriques ; mais ils ont des effets importants.

Ces convertisseurs absorbent des courants non sinusoÃ�daux, donc ils se comportent comme des générateurs de courants harmoniques.

Au cas oÙ le fondamental du courant n’est pas en phase avec la tension, on a une consommation de puissance réactive, c’est à dire que la puissance consommée est supérieure à la puissance réellement active.

Les courants harmoniques crées par les convertisseurs statiques peuvent entrainer des pertes de référence lors d’une application qui nécessite une synchronisation de la tension du réseau. De plus, un échauffement supplémentaire des lignes des réseaux est engendré par ces mÊmes courants harmoniques.

Pour compenser ces perturbations, il existe plusieurs solutions parmi lesquelles on rencontre le filtrage passif.

Cette solution, connue depuis fort longtemps, est la plus répandue surtout en forte puissance et sous haute tension. Néanmoins, elle présente deux inconvénients majeurs : le phénomÈne de résonance avec le réseau qui est à l’origine de l’amplification de tout harmonique à des fréquences voisines de celle de la résonance.

La dépendance des performances du filtre passif des caractéristiques du réseau sur lequel il est connecté.

Le développement des semi-conducteurs de puissances entiÈrement commandables (les thyristors GTO et les transistors à IGBT) en particulier, a conduit à la conception de nouvelles solutions, le filtrage actif parallÈle notamment.

L’objet de notre étude est d’évaluer l’apport d’une commande à base de logique floue du compensateur parallÈle.

CARACTÉRISATION DES PERTURBATIONS

La perturbation harmonique est caractérisée par le taux de distorsion harmonique (THD) défini en tension ou en courant. Il nous permet de caractériser la déformation apportée par les harmoniques par rapport à une onde sinusoÃ�dale.

Pour faire intervenir la participation des harmoniques dans la puissance apparente, nous définissons la puissance déformante D :

(1)

Ainsi, la puissance apparente sera donnée par :

(2)

Et le facteur de puissance par :

(3)

Il est bien clair que le facteur de puissance est dégradé en présence des harmoniques.

CALCUL DES COURANTS HARMONIQUES

Le courant absorbé par la charge polluante est composé d’un fondamental et d’harmoniques. Le filtre actif sert à générer des courants harmoniques de mÊme amplitude mais en opposition de phase avec ceux existant dans la charge.

Pour cela, il faut identifier les courants harmoniques de la charge. Plusieurs méthodes d’identification existent:

la premiÈre est basée sur l’analyse spectrale de courant polluant.

la seconde utilise un filtre passe-bande pour filtrer le fondamental.

la troisiÈme utilise les notions des puissances réelle et imaginaire instantanées.

Cette derniÈre est la plus utilisée dans la plupart des filtres actifs car elle réalise le meilleur accord entre les performances statiques et dynamiques.

Afin de garder les puissances correspondant aux courants harmoniques, il faut filtrer la composante continue correspondant à la composante fondamentale. Pour ce faire, on utilise un filtre passe-haut ou passe-bas. Ce dernier est le plus utilisé car il ne présente pas une amplification aux fréquences voisines de la fréquence de résonance et son

résidu harmonique est moins important (figures 2). Le schéma global de l’identification des courants de référence est donné par la figure 1.

Figure 1 : Deux types de filtrage de p et q.

Pour le filtre (a) la fonction de transfert est:

Pour le filtre (b) la fonction de transfert est:

Figure 2 : Résidu harmonique en fonction de la fréquence pour les deux filtres

Figure 3: Schéma global d’obtention de tous les harmoniques de la charge

CONTROLE DE COURANT PAR HYSTERESIS À BANDE FIXE

La méthode est basée sur la comparaison de la différence entre les courants de références et les courants mesurés avec une bande fixe. Chaque violation de cette bande donne un ordre de commutation aux interrupteurs (figure 4). Pour chaque bras de l’onduleur on a le mÊme schéma.

Figure 4: Principe de contrôle du courant par hystérésis

CONTROLE DES COURANTS PAR UNE COMMANDE A BASE LOGIQUE FLOUE

Il s’agit de remplacer le régulateur PI qui pilote l’onduleur dans la commande MLI, par un régulateur flou comme il est montré en figure.5.

Figure 5: Principe de contrôle du courant à base logique floue.

Caractéristiques du réseau électrique

La tension du réseau est de 220V/380V.

La puissance nominale Sn = 400 kVA.

Les grandeurs réduites (pu) : Rs = 1 Xs = Ls.w = 5%.

Caractéristiques du redresseur

Le redresseur est branché sous une tension de 220V/380V. La puissance nominale est P = 100 kVA.

Le choix de L_d se fait d’aprÈs , on a l’indice du pulsation

Pour obtenir un courant lisse il faut que , donc on calcule Ld pour .

Dimensionnement du filtre actif

La valeur efficace du courant de charge est :

Dans ce cas, la valeur efficace de la somme des courants harmoniques (I_effe)_harm est définie par :

avec : I₁ : valeur efficace de la composante fondamentale du courant côté alternative.

Nous aurons donc :

Si l’objectif du filtre est la suppression de tous les harmoniques, la  puissance nominale de celui-ci sera égale à :

La puissance nominale de la chargé polluante est donnée par :

REMARQUE

La puissance du filtre actif représente 31% de celle de la charge polluante. Ce rapport relativement important est un obstacle à l’utilisation des filtres actifs. Les paramÈtres utilisés sont les suivants :

Réseau : Vs=220V ; f =50Hz ; Rs = 10.83m ; Ls = 115µF

Redresseur : Rd = 2.65 Ld = 8.73 mH

Rc = 1.2 m Lc = 50 µH

Filtre actif : Vc = 700 V C = 8.8 mF

Rf = 1 m Lf = 100 µH

Pour la commande à hystérésis : ∆I = 20 A

Pour la régulation de Vc : Kc = 827 et = c 3.8 ms

Pour le filtre passe bas : ordre n = 2 et fc = 65 Hz

Pour la commande par logique floue, nous avons choisi un régulateur flou à trois sous ensembles flous.