See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/346868691 Filtrage Passif Des Harmoniques Dans Un Réseaux Électrique Article · December 2020 CITATIONS READS 0 477 1 author: Amine Amar École de Technologie Supérieure 1 PUBLICATION 0 CITATIONS SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Distorsions Harmoniques (THD) View project All content following this page was uploaded by Amine Amar on 10 December 2020. The user has requested enhancement of the downloaded file. Amar Larbi Amine et al. Filtrage Passif Des Harmoniques Dans Un Réseau Électrique Filtrage Passif Des Harmoniques Dans Un Réseau Électrique (Novembre 2020) Amar Larbi Amine École de Technologie Supérieure de Montréal, UQAM, Montréal, Québec, Canada Email: [email protected] RÉSUMÉ—Cet article a pour objectif d’étudier le comportement d’une charge non linéaire installée sur un réseau électrique. Sachant que cette dernière est responsable de distorsions harmoniques, courants et tensions. L’étude et la simulation consistent à décrire la méthode utilisée pour résoudre le problème des harmoniques. Principalement cinquième, septième et onzième, treizième. En utilisant les filtres passifs, ça permet d’atténuer les harmoniques indésirables, d’améliorer le facteur de puissance et d’éviter le problème de résonance. La simulation est réalisée sous Matlab/Simulink, ce qui permet de tracer les formes d’ondes du courant et de la tension de la charge, ainsi que les spectres des harmoniques THD et de mesurer l’écoulement de la puissance active et réactive. Mots clés—Filtre passif, atténuation des harmoniques. distorsions harmoniques, C I. Introduction e document décrit la technologie utilisée afin d’atténuer des harmoniques, de courants et de tensions indésirables. Il existe trois grands types de filtres : Passif, actif et hybride [1]. L’article suivant résoudre la problématique des ondes harmoniques et principalement à l’aide des filtres passifs. Ils sont très utilisés en industries par contre ils ont certains inconvénients [2]. L’atténuation des harmoniques améliore la qualité d’onde, réduit les pertes dans le circuit, améliore le facteur de puissance et augmente la durée de vie du matériel [3]. Le choix du filtre passif est en fonction de l’application et des exigences techniques du fournisseur de l’énergie électrique. Le tableau 1 ci-dessous indique le taux de distorsion permis selon la valeur de la tension [1]. Tableau 1 Les limites de distorsion de tensions harmoniques en % de la fondamentale. II. FILTRE PASSIF Un filtre passif est une combinaison entre des composantes qui pourraient être capacitif, inductif ou résistif. Pour atténuer les harmoniques indésirables à l’aide ce type de filtre, on trouve deux types: filtres série et filtres parallèles. Ces derniers sont couramment utilisés à cause de leurs avantages, car ils consomment moins d’énergie. Concernant les filtres parallèles, il y a trois catégories : filtres à inductance antiharmonique, filtres résonants et filtres amortis [2], (voir les figures 1, 2 et 3). Amar Larbi Amine et al. Filtrage Passif Des Harmoniques Dans Un Réseau Électrique 2) Un système encombrant et surtout s’il y a plusieurs harmoniques à atténuer, Il faut installer un nombre élevé de branches. 3) Les paramètres d’un tel réseau électrique ne sont pas toujours connus, ce qui rend l’utilisation d’un filtre passif très délicate. 4) Le filtrage de l’harmonique correspondant à la fréquence de résonance peut introduire d’autres résonances, cela peut détruire le matériel. Figure 1. Filtres à inductance anti-harmonique. B. Le Fonctionnement Du Circuit Le circuit électrique consiste d’une ligne de distribution triphasée, de 11 KV/60 HZ. Elle alimente un transformateur abaisseur, 11 KV/400V. Du côté basse tension se trouve une charge inductive de 5 KVAR, 10 KW ainsi qu’une deuxième charge non linéaire composée d’un pont de diodes qui alimente une charge purement résistive de 5 KW. Cette dernière est la source des harmoniques indésirables qu’il faut absolument les atténuer (voir la figure 4). Figure 2. Filtres résonants. Figure 4. Schéma du circuit électrique à simuler. Figure 3. Filtres amortis. (a) filtre du 1er ordre (b) filtre du 2e ordre (c) filtre du 3e ordre. La simulation est réalisée sous Matlab/Simulink en ajoutant des instruments pour mesurer les puissances actives et réactives, les taux de distorsion THD et l’oscilloscope pour visualiser les ondes des courants et des tensions. Pour atténuer les harmoniques indésirables et diminuer le taux de distorsions THD, la bibliothèque de Simulink offre des filtres passifs, il suffit de sélectionner un filtre, ensuite faire configurer la fréquence du spectre. Chacun des filtres parallèles présente un ensemble des avantages et des inconvenants, le choix de la topologie du filtre est en fonction du mode de fonctionnement et de la performance recherchée [1]. Les harmoniques impaires sont atténuées grâce à des filtres passifs composés d’un ensemble d’inductances et capacitances selon l’équation suivante [4]. √ A. Les Avantages Et Les Inconvénients Des Filtres Passifs Les avantages : 1) Faible cout. 2) Adaptation facile dans le milieu industriel. Les inconvénients : 1) Le vieillissement des éléments du filtre tel que les inductances, dégrade leurs qualités et cela influence la précision des harmoniques à filtrer. Figure 5. Le circuit électrique avec les filtres passifs. Le schéma de la figure 5, montre le circuit avec les filtres passifs afin de filtrer les harmoniques . Amar Larbi Amine et al. Filtrage Passif Des Harmoniques Dans Un Réseau Électrique III. CALCUL THÉORIQUE Le calcul concerne l’étude du réseau sans filtrage et avec filtrage. A. Sans Filtrage La figure (6), contient les données des valeurs des différents courants harmoniques. Les h5, h7, h11 et h13 sont les harmoniques les plus importantes. Figure 7. Les valeurs numériques des différentes tensions harmoniques avant le filtrage. Le THD de la tension : √∑ (2) √ Figure 6. Les valeurs numériques des différents courants harmoniques avant le filtrage. Le THD du courant : √∑ (1) Facteur de déplacement: (3) √ Facteur de puissance: | La figure (7) contient les données des valeurs des différentes tensions harmoniques. Les h5, h7, h11 et h13 sont les harmoniques les plus importantes. || | | | Facteur de distorsion : √ (5) Facteur de déséquilibre : √ | | || || (4) Facteur de puissance généralisé : (6) Amar Larbi Amine et al. Filtrage Passif Des Harmoniques Dans Un Réseau Électrique | | (7) Selon les données de la figure (13) B. Avec Filtrage La figure (8) contient les données des valeurs des différents courants harmoniques après avoir installé les filtres. Figure 9. Les valeurs numériques de différentes tensions harmoniques après le filtrage. Le THD de la tension selon l’équation (2) : √ Figure 8. Les valeurs numériques des différents courants harmoniques après le filtrage. Selon l’équation (1) : Le THD du courant : Le facteur de déplacement selon l’équation (3): Facteur de puissance selon l’équation (4): Facteur de distorsion selon l’équation (5) : √ √ Facteur de déséquilibre selon l’équation (6) : √ | | || || La figure (9) contient les données des valeurs des différentes tensions harmoniques après avoir installé les filtres. Facteur de puissance généralisé selon l’équation (7) et les données de la figure (13): | | IV. SIMULATION Le circuit est simulé sous Matlab/Simulink, en utilisant l’oscilloscope et l’analyseur d’énergie afin d’avoir les courbes des courants et des tensions, ainsi que les spectres des harmoniques et le taux de distorsion THD. Les paramètres mesurés sont entre la source et la charge comme le montre la Amar Larbi Amine et al. Filtrage Passif Des Harmoniques Dans Un Réseau Électrique figure (4). Parmi les choses mesurées durant la simulation, l’écoulement des puissances actives et réactives (voir figure 13). A. Simulation Sans Filtrage La figure (10) montre la courbe des trois tensions triphasées (courbe en haut), légèrement déformées. La courbe d’en bas c’est celle des courants et qui sont largement déformés à cause des harmoniques. Figure 10. Courbes des tensions et des courants avant filtrage. Les harmoniques des tensions, les plus importantes sont Comme le montre la figure (11), ils sont significatifs mais leurs taux de distorsion THD=1.90% n’est pas assez nuisible pour le circuit. Figure 13. Mesure des puissances actives et réactives avant filtrage. B. Simulation Avec Filtrage La figure (14) montre la courbe des trois tensions triphasées (courbe en haut). La courbe d’en bas c’est celle des courants. Leurs formes d’ondes été améliorée grâce aux filtres qui ont atténué les harmoniques . Figure 11. Les spectres des harmoniques des tensions avant filtrage. Les harmoniques des courants les plus importantes sont Comme le montre la figure (12), ils sont significatifs avec un taux de distorsion THD=13.05%. Ils doivent être atténués. Figure 14. Courbes des tensions et des courants après filtrage. Après avoir installé les filtres passifs, le taux de distorsion THD des tensions s’est diminué. Il est passé de 1.90% à 1.31% (voir la figure 15). Figure 12. Les spectres des harmoniques des courants avant filtrage. Amar Larbi Amine et al. Filtrage Passif Des Harmoniques Dans Un Réseau Électrique Figure 15. Les spectres des harmoniques des tensions après filtrage. Les harmoniques des courants sont atténuées comme il est indiqué sur la figure (16), le taux de distorsion THD est passé de 13.05% à 4.48%. Figure 17. Les spectres des harmoniques des courants après filtrage. V. RÉSULTATS Les calculs théoriques et les valeurs simulés sont presque identiques. L’ajout des filtres baisse les valeurs des harmoniques perturbantes et réduit les taux de distorsion THD, ainsi que la puissance réactive, elle est diminuée, cela veut dire l’amélioration du facteur de puissance du circuit. Le tableau 2 ci-dessous résume les résultats avant et après filtrage passif. Tableau 2 Les résultats avant et après le filtrage des harmoniques. Paramètres Avant filtrage Après filtrage 1.87 1.26 (%) (%) Q (KVAR) P (KW) 13.08 4.49 5.9 18.82 0.9 18.93 Figure 16. Les spectres des harmoniques des courants après filtrage. L’installation des filtres passifs réduit la puissance réactive consommée par le circuit. Cela veut dire l’amélioration du facteur de puissance du réseau (voir la figure 17). VI. CONCLUSION Cet article permet d’avoir une idée générale à-propos des distorsions harmoniques, ainsi que la façon pour corriger cette problématique à l’aide des filtres passifs. Le taux de distorsion THD des ondes harmoniques baisse lorsque des filtres bien appropriés sont installés. Cette amélioration économise une part non négligeable d’énergie et augmente la durée de vie des équipements. Vu les inconvenants de ce type de filtre, la mise en œuvre de dispositifs d’électronique de puissance, donc autres types de filtres, actifs ou hybrides, corrigent davantage les problèmes des harmoniques dans certaines contraintes. Mais l’utilisation Amar Larbi Amine et al. Filtrage Passif Des Harmoniques Dans Un Réseau Électrique des filtres passifs contribue à résoudre pas mal de problèmes dans le milieu industriel. RÉFÉRENCES [1] Ambrish, Chandra. Qualité d’énergie électrique. (Notes de cours, École de Technologie Supérieure de Montréal, Montréal). [2] SANAE RECHKA (2002). ÉTUDE DE MÉTHODES DE FILTRAGE DES HARMONIQUES DANS LES RÉSEAUX ÉLECTRIQUES DE DITRIBUTION. (MAITRISE EN GÉNIE ÉLECTRIQUE, l' Université du Québec à Trois-Rivière, TroisRivière). [3] Shi, Qingxin & Liang, Hao & Hou, Tianyi & Bai, Linquan & Xu, Wilsun & Li, Fangxing. (2017). Passive filter installation for harmonic mitigation in residential distribution systems. 10.1109/PESGM.2017.8273994. [4] Georges Rizk, Stéphanie Salameh, Hadi Y. Kanaan and Elias A. RachidSaint-Joseph University, Faculty of Engineering – ESIB, Mar Roukoz, Mkalles, Lebanon. View publication stats
