Filtre Actif de Puissance Parallèle : Compensation des Perturbations

COMPENSATION DES PERTURBATIONS DES
COURANTS ET DE LA PUISSANCE REACTIVE
PAR LE FILTRE ACTIF DE PUISSANCE
PARALLELE A TROIS BRAS

Chapitre II Filtre actif shunt à trois bras
- 1 -
Compensation des perturbations des courants et de la puissance réactive
par le Filtre Actif de Puissance Parallèle à trois bras
1 Introduction
Les principes de filtrage actif parallèle ont été présentés par Gyugyi et al. en 1976
[37],[70]. La figure 1 récapitule les concepts de base du filtrage actif parallèle ou shunt. Il a été
considéré que les courants harmoniques peuvent se présenter principalement en raison des deux
facteurs suivants:
• la présence des charges non linéaires;
• la présence des tensions harmoniques provenant au niveau du point de
connexion présentant ainsi la source d’énergie.
Figure.1. Principe de compensation du F.A.P.
Les harmoniques selon les deux facteurs sont représentés respectivement par
hL
I et
hS
I Fig. 1.
Il à été montré qu'un filtre actif parallèle peut compenser la distorsion harmonique de la source (
hS
I )
et de la charge (
hL
I ). Cependant, cette approche peut augmenter fortement la puissance nominale du
filtre actif parallèle. Par conséquent, une autre solution a été proposée pour compenser les
harmoniques du courant
hS
I en utilisant le filtre actif série.
Le filtre actif shunt peut être commandé proprement d’une manière à avoir une caractéristique
de compensation très sélective. En d'autres termes, il est possible de choisir quel courant devrait
être compensé (ou éliminé) des
hS
I et/ou des
hL
I . Normalement, les filtres actifs sont employés
pour compenser seulement les harmoniques générés par la charge sous une tension non perturbée
[44],[71-77].
Les objectifs que nous nous sommes fixés dans ce chapitre est de démontrer qu’il est possible
d’apporter une nette amélioration des performances de compensation du filtre actif shunt trois bras
dans le cas de conditions des perturbations du courant sévères, à savoir :
Z
V∆
I
I
I
hShLf
+
+
I
f
(
)
I
I
hLhS
+
−
V
L
V
V
hSF
+
Z

Chapitre II Filtre actif shunt à trois bras
- 2 -
 La présence des harmoniques dans le courant de charge;
 La présence du déséquilibre dans le courant de charge ;
 Un facteur de puissance relativement faible (compensation de la puissance réactive) ;
 Une source de tension déséquilibrée (compensation du courant seulement).
 Cependant la présence des harmoniques dans la source d’alimentation provoquant des
courants harmoniques même à la présence d’une charge linéaire, ces courants peuvent
être aussi compensés par le filtre qu’on présente, mais sa puissance apparente nominale
peut dépasser la puissance produite par la source : pour cela généralement ce type de
compensation et à éviter.
2 Description générale du F.A.P
La structure générale du filtre actif parallèle se présente en deux parties (Fig. II.2):
Fig. 2. Structure générale du F.A.P.
LG
V
/
inj
I
φ 3
Source
Charge
non-linéaire
Charge
linéaire
Elément de
stockage DC
Filtre de Sortie
Régulateur du
Courants injectes
ech
Iarg
Source
I
Identification des
perturbations des
Courants
Partie Puissance
Partie Commande
dc
I
3
3
2
2
1
1
,,,,, SSSSSS
Régulateur
du DC-Link
~
=
Filtre de
Sortie
Commande
Onduleur

Chapitre II Filtre actif shunt à trois bras
- 3 -
La partie puissance est constituée essentiellement de :
un onduleur de tension (VSI),
un filtre de sortie permettant d’éliminer les composantes de haute fréquence qui
peuvent en avoir lieu dans les courants de compensation : l’ensemble onduleur et
filtre de sortie joue le rôle d’une source de courant.
une source DC, constituée généralement par un condensateur de stockage. c’est
l’élément qui donne au filtre actif de puissance l’équivalent en puissance nécessaire
pour la compensation, par conséquent cet élément doit être chargé en permanence.
La partie contrôle-commande est constituée de trois éléments essentiels :
Elément d’identification des perturbations ;
Eléments de régulation (régulation du courant de compensation et de l’énergie
stockée dans la batterie du DC-Link) ;
Elément de commande de l’onduleur.
Le filtre de troisième ordre ( LCL)
Fig. 3. Filtre passif de sortie type LCL.
Le Filtre de sotie
LCL
1c
u
1c
u
2c
u
3c
u
1c
i
1c
R
2c
i
2c
R
1
C
2
C
3
C
3c
i
3c
R
dc
U
dc
I
1
e
Charge
nonlineaire
Source
Onduleur
A
Trois bras
11
i
21
i
1111
,RL
2121
,RL
12
i
22
i
1212
,RL
2222
,RL
13
i
23
i
1313
,RL
2323
,RL
1
u
2
u
3
u
2
e
3
e
1 s
i
2 s
i
3 s
i
3 L
i
2L
i
1L
i

Chapitre II Filtre actif shunt à trois bras
- 4 -
Fig. 4. Filtre passif de sortie type L.
3 La théorie p-q (La théorie de la puissance instantanée)
En 1983 Akagi et al [86] ont proposé « La théorie généralisée de la puissance réactive
instantanée dans les réseaux triphasés », aussi connue comme la théorie de la puissance instantanée
ou la théorie p-q. Cette théorie dans sa première version a été publiée dans la langue Japonaise
en 1982 lors d'une conférence locale, et plus tard dans (Transactions of the Institute of
Electrical Engineers of Japan). En 1983 a été publie en anglais dans une conférence
internationale ou les auteurs ont montre la possibilité de compenser la puissance réactive
instantanée sans éléments de stockage d'énergie. En 1984 cette théorie a été publie avec une
vérification expérimental [42]. Elle est basée sur le calcul des valeurs instantanées des puissances
dans un système triphasé avec ou sans fil neutre, elle est valable aux régimes permanent et
transitoire, aussi pour les formes d’onde de tension et de courant générées.
Cette théorie utilise la transformation algébrique de « Edite Clark » pour transformer les
systèmes triphasés des courants et des tensions présentés dans le repère cba
−
−
vers un nouveau
repère 0
−
−
β
α
de la manière suivante :
 Les composantes de tension :
−
−−=
c
b
a
v
v
v
v
v
v
.
2
3
2
3
0
2
1
2
1
1
2
1
2
1
2
1
3
2
0
β
α
( II.57 )
Le Filtre de sotie
L
dc
U
dc
I
1
u
2
u
3
u
1
e
2
e
3
e
1s
i
2s
i
3s
i
3 L
i
2 L
i
1 L
i
Charge
nonlineaire
Source
2
i
RL,
2
i
RL,
2
i
RL,
Onduleur
A
Trois bras