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Filtrage Passif Des Harmoniques Dans Un Réseaux Électrique
Article · December 2020
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Amine Amar
École de Technologie Supérieure
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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.
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