Synthèse des théories des définitions des puissances en régime non sinusoïdal Dr. Chellali BENACHAIBA Maître de conférences Samira BEDDIAR Maître assistante Ottmane ABDELKHALEK Maître assistant 1 Sommaire 1. Introduction 1 2. Théories des puissances en régime non sinusoïdal 1 2.1. Puissance instantanée en régime monophasé non sinusoïdal 1 2.2. Puissance apparente en monophasé 1 2.3. Définition de Budeanu 1 2.3.1. Puissance active P 2 2.3.2. Puissance réactive Q 2 3.3.3. Puissance harmonique D 2 2.3.4. Facteur de puissance 2 2.4. Définition de puissances de Fryze 2 2.4.1. Puissance active P 2 2.4.2. Facteur de puissance actif FPw 2 2.4.3. Facteur de la puissance réactif FPq 2 2.4.4. Courant et tension actives 2 2.4.5. Courant et tension réactives 2 2.4.6. Puissance réactive Q 3 2.5. Puissance instantanée en triphasé 3 2.6. Puissance apparente en triphasé 3 2.7. Définition de Fryze généralisée 3 2.8. Théorie IRP p-q 4 2.9. Définition de puissances de Czarnecki 7 2.9.1. Cas monophasé en régime non sinusoïdal 7 2.9.2. Cas triphasé en régime non sinusoïdal 9 2.10. Définition des puissances du groupe IEEE 12 2.10.1. Système monophasé non sinusoïdal 12 2.10.1.1. Puissance instantanée 12 2 2.10.1.2. Puissance active 12 2.10.1.3. Puissance réactive 12 2.10.1.4. Puissance apparente fondamentale 12 2.10.1.5. Puissance apparente non fondamentale 13 2.10.1.6. Puissance de déformation du courant 13 2.10.1.7. Puissance de déformation de tension 13 2.10.1.8. Puissance apparente harmonique 13 2.10.1.9. Puissance de déformation harmonique 13 2.10.1.11. Puissance déformante de Budeanu 13 2.10.1.12. Facteur de puissance fondamental 13 2.10.1.13. Facteur de puissance 13 2.10.2. Système triphasé non sinusoïdal équilibré 14 2.10.2.1. Puissance apparente avec la résolution de Budeanu 14 2.10.2.2. Puissance apparente efficace 14 2.10.3. Système triphasé non sinusoïdal déséquilibré 14 2.10.3.1. Puissance active 14 2.10.3.2. Puissance active d’ordre positif, d’ordre négative et d’ordre zéro 14 2.10.3.3. Puissance réactive 14 2.10.3.4. La puissance réactive d’ordre positif, d’ordre négatif et d’ordre zéro 15 2.10.3.5. Puissances apparentes par phase 15 2.10.3.6. Puissance apparente d’ordre positif, d’ordre négatif et d’ordre zéro 15 2.10.3.7. Facteur de puissance d’ordre positif 15 2.10.3.8. Puissance apparente efficace 15 2.10.3.9. Puissance de déséquilibre 15 2.10.3.10. Puissance apparente efficace et ses composantes 15 3. Simulations 16 3.1. Circuit monophasé avec tension non sinusoïdal/courant non sinusoïdal 16 3.2. Circuit monophasé avec tension sinusoïdale/courant non sinusoïdal 17 3 3.3. Autres circuits simulés 17 3.4. Système triphasé équilibré avec tensions non sinusoïdales/courants non sinusoïdaux (Taux de distorsion élevé) 18 3.5. Système triphasé équilibré avec tensions sinusoïdales/courants non sinusoïdaux (Taux de distorsion élevé) 19 3.6. Système triphasé équilibré avec tensions sinusoïdales/courants non sinusoïdaux (Taux de distorsion petit) 19 3.7. Système triphasé déséquilibré avec tensions non sinusoïdales /courants non sinusoïdaux 19 3.8. Système triphasé déséquilibré avec tensions sinusoïdales /courants non sinusoïdaux 20 4. Conclusion générale 20 References bibliographiques Tableaux 4 1. Introduction L’utilisation des convertisseurs statiques dans les installations de conversion d’énergie électrique a considérablement contribué à l’amélioration des performances et à l’efficacité de ces installations. En revanche, ils ont participé à la détérioration de la «qualité» des courants et des tensions. Et par conséquent, la dégradation de la qualité de l’énergie électrique. Pour en améliorer, il est indispensable de bien connaître tous les échanges d’énergie entre le réseau et les différentes charges de façon à pouvoir compenser les éventuelles perturbations. Par puissances, on entend toutes les formes d’échange. En régime continu ou alternatif sinusoïdal, les définitions des puissances sont uniques et claires. Cependant, en régime sinusoïdal lorsque la charge est déséquilibrée ou les tensions d'alimentation sont asymétriques et dans les conditions non sinusoïdales plusieurs théories de puissances peuvent être citées dans la littérature. Malheureusement, jusqu’à présent, aucun accord sur une définition d’utilisation universelle n’est arrêté [24]. Dans ce travail on va exposer ces théories, présenter les résultats de simulations de plusieurs circuits électriques dans les conditions non sinusoïdales, en monophasé, en triphasé équilibré, déséquilibré, avec différentes valeurs de taux de distorsion, avec et sans l’impédance interne de la source. À chaque fois, une étude comparative sera effectuée entre les théories des puissances exposées, afin d’y évaluer la validité, la précision et la rapidité. 2. Théories des puissances en régime non sinusoïdal 2.1. Puissance instantanée monophasé non sinusoïdal en régime La puissance instantanée dans un circuit monophasé est définie comme le taux d'écoulement d'énergie électrique W ( t ) de la source d'alimentation à la charge, à savoir: p( t ) d W ( t ) v( t )i( t ) dt (1) v( t ) 2 ∑Vh sin( ht h ) h 1 i( t ) 2 ∑I h sin( ht h ) h 1 (2) v(t), i(t): Tension et courant instantanés. La puissance instantanée à une interprétation physique claire. Quand ce taux est positif, la charge absorbe une certaine puissance. Par contre à valeur négative, la charge rend une certaine puissance au circuit. 2.2. Puissance apparente en monophasé Ce n'est pas une quantité physique, mais conventionnelle. Cette puissance n'est liée à aucun échange d'énergie entre la charge et la source. La puissance apparente permet de dimensionner les transformateurs ainsi que la section des conducteurs. (3) S VI Où: V et I: représentent respectivement la valeur efficace de la tension et du courant qui sont calculées par les formules suivantes: v V T 1 2 v ( t )dt T 0 T 1 2 i I i ( t )dt T 0∫ Vh2 (4) h ∑I h2 (5) h 2.3. Définition de Budeanu En 1927 Budeanu c’est le premier qui a établi la définition des puissances dans un circuit électrique monophasé. Cette définition est basée sur la décomposition en séries de Fourier de la tension et du courant. C’est lui aussi qui a proposé le terme «Puissance déformante ou harmonique D». Les équations suivantes traitent le circuit électrique dans les conditions non sinusoïdales comme la somme de plusieurs circuits indépendants excités à différentes fréquences. Par conséquent, elles ne fournissent aucune base pour la conception des filtres passifs ou des filtres actifs de puissance [24]. 1 2.3.1. Puissance active P 2.4. Définition de puissances de Fryze La puissance active P représente la valeur moyenne de la puissance instantanée pendant la période de la composante fondamentale. En autre terme, elle représente le rapport moyen du transfert d'énergie entre deux sousensembles électriques. Cette puissance décrit une signification physique claire [7] [11] [28]. Elle représente la puissance nécessaire (utile) facturée (puissance mécanique des moteurs, thermique des radiateurs). En 1932 Fryze a proposé la définition des puissances dans le domaine temporel (l’absence de l’analyse en série de Fourrier) pour un circuit monophasé. C’est lui aussi qui a proposé le concept de la décomposition du courant en deux composantes active et réactive [24]. Où: V et I sont calculés par les formules (4) (5). P Ph Vh I h cos h h (6) h Avec: h h h (7) 2.3.2. Puissance réactive Q 2.4.1. Puissance active P Elle représente la valeur moyenne de la puissance instantanée pour une période (la période de la composante fondamentale). Les valeurs efficaces du courant et de la tension sont calculés par les équations (4) et (5) respectivement. 1 P T T p(t )dt 0 T C’est l’augmentation de la puissance apparente due à l’oscillation d’énergie entre la source et la charge. Q ∑Qh ∑Vh I h sin h h (8) 1 v(t )i (t ) dt T 0 (11) V w I VI w 2.4.2. Facteur de puissance actif FPw h P S (12) 3.3.3. Puissance harmonique D FPw C’est l’augmentation de la puissance apparente due à la distorsion du courant et/ou tension. 2.4.3. Facteur de la puissance réactif FPq (9) D S P Q 2 2 2 2 FPq 1 FPw 2 La puissance réactive Q et la puissance harmonique D définies par Budeanu ont des interprétations fausses [6] [7] [11] [24]. 2.3.4. Facteur de puissance Est un paramètre qui représente l'efficacité du circuit. Le facteur de puissance a été proposé par l’ingénieur allemand F.Buchholz en 1922 et en 1933 a été expliqué par l’ingénieur américain W.M.Goodhue [16]. P FP S (13) 2.4.4. Courant et tension actives (14) I w FPw I Et V w FPwV (15) 2.4.5. Courant et tension réactives I q FPq I (16) Et Vq FPqV (17) (10) 2 2.4.6. Puissance réactive Q SG ∑ Pk2 Qk2 ∑Vk I k k Q S P Vq I VI q 2 2 (18) Fryze a défini la puissance réactive en tant que le comportement de toutes les parties de la tension et du courant qui ne contribuent pas à la puissance active. Fryze a vérifié en régime sinusoïdal que le facteur de puissance actif atteint son maximum ( FP 1 ) si et seulement si le courant et la tension sont proportionnels. Autrement FP<1. Cependant, dans les conditions non sinusoïdales, la proportionnalité entre le courant et la tension n'assure pas un flux de puissance optimal [11] [24]. k (23) Et l’autre qui considère le système comme une unité: S∑ ∑Vk2 ∑I k2 k k (24) Dans le cas d’un système triphasé équilibré avec des tensions et des courants sinusoïdaux les quatres puissances apparentes ont la même valeur numérique. Quand la charge est déséquilibrée ou dans les conditions non sinusoïdales la différence devient remarquable. Ces puissances ont des définitions mathématiques sans sens physique [27]. 2.5. Puissance instantanée en triphasé 2.7. Définition de Fryze généralisée Pour un système triphasé avec ou sans neutre, la puissance instantanée triphasée décrit l’énergie totale instantanée échangée entre deux sous ensembles [2] [24]. Elle est donnée par: p3 (t ) vR (t )iR (t ) vS (t )iS (t ) vT (t )iT (t ) (19) p 3 ( t ) v R2 v S2 vT2 Vk2 k R ,S ,T i ∑I k2 k R ,S ,T ik iwk iqk (25) (26) (19) (27) iwk , iqk : Les parties active et réactive du 2.6. Puissance apparente en triphasé Quatre définitions principales de puissance apparente ont été proposées [1] [9] [18] [26] [28]. Deux propositions sont basées sur la définition de Budeanu: S A , la puissance apparente arithmétique. k v (20) En régime sinusoïdal équilibré les deux équations (19) et (20) sont équivalentes. S A ∑S k ∑Vk I k Rossetto et Tenti [21] [22] ont proposé l’extension de la définition de Fryze pour un cas triphasé. Le courant et la tension efficaces sont données par: (21) ; k R,S ,T k courant. Cette méthode suppose la réduction du courant total de charge au minimum, mais sous la contrainte que les courants iqk ne génèrent aucune puissance active. La tache consiste à trouver le minimum de la fonction objective suivante: L( iqR ,iqS ,iqT ) ( i R iqR )2 ( iS iqS )2 ( iT iqT )2 (28) Et la puissance apparente vectorielle SV : Avec la condition: g( iqR ,iqS ,iqT ) vRiqR vS iqS vT iqT 0 SV ( ∑Pk )2 ( ∑Qk )2 ( ∑Dk )2 Le problème peut être résolu en appliquant la méthode du multiplicateur de Lagrange: k k (22) k (29) Deux autres notions sont basées sur la définition de Fryze, La puissance apparente géométrique: 3 0 v R i qR 2i R 2 0 2 0 v S i qS 2i S 0 0 0 2 v T i qT 2iT v R v S v T 0 0 Avec: 2( v .i v .i v .i ) 2p R R2 S2 S 2 T T 2 23 2 v R v S vT v R v S vT (30) (31) Remplaçant dans l’équation (30): iqR iR p3 iqS iS 2 2 2 vR vS vT i i qT T v R vS vT (32) Et d’après (27) et (32) les courants actifs minimisés sont: i wR p 3 i wS 2 2 2 v R v S vT i wT v R v S vT (33) Si: iqR , iqS et iqT sont compensés. Alors, il ne reste que iwR , iwS et iwT ce qui réduit les pertes de transmission. Des contribution semblables ont été présentées par Furuhashi et al, Van wyk et al [19], Depenbrock et al [25] [26]. En utilisant les équations (11), (18) on obtient les définitions de puissance active et réactive: P vk k R ,S ,T Q vk k R ,S ,T (34) i kw i kq (35) 2.8. Théorie IRP p-q En 1983 Akagi, Kanazawa, Nabae, ont proposé la théorie généralisée de la puissance réactive instantanée «The generalized Theory of the Instantaneous Reactive Power» ou «The Instantaneous Power Theory»IRPp-q [8] [14]. Elle est valide seulement en triphasé, en régime sinusoïdal avec charge triphasé déséquilibrée, en régime non sinusoïdal avec charge équilibrée ou non et en régime permanent ou transitoire. Cette approche fournit les principes mathématiques fondamentaux pour la commande des compensateurs de puissance (filtres actifs de puissance) [10] [24] [23]. Elle offre l’avantage d’identifier les courants perturbateurs afin de les compenser instantanément. La théorie IRPp-q est basée sur la transformation algébrique de Parc et Clarke des tensions et courants dans les coordonnées R- S -T vers les coordonnées orthogonales α-β-0. La transformation de Clarke des tensions est donnée par la formule suivante: 1 2 1 2 1 2 v R v0 2 v 3 1 1 2 1 2 v S 0 v 3 2 3 2 vT Et pour les courants 1 2 1 2 1 2 i R i0 2 1 2 1 2 i S i 3 1 0 i i 3 2 3 2 T (36) (37) L’avantage de cette transformation est la séparation de la composante homopolaire à l’axe-0 (v0 et i0 variables). Cette approche définit les puissances instantanées qui sont : p la puissance réelle instantanée, q la puissance imaginaire instantanée et p0 la puissance homopolaire instantanée. Elles sont données par la relation suivante: p 0 v 0 p 0 q 0 0 v v 0 i0 v i v i (38) La puissance triphasée instantanée est donnée comme suit: p3 vRiR vS iS vT iT v i v i v0i0 p p0 (39) 4 La puissance imaginaire instantanée peut être donnée par la relation suivante: Source d’alimen tation q v i v i 1 3 v R vS iT vS vT iR vT v R iS q q Charge T ~p 0 p0 (40) N q Chacune des puissances p0,, p et q comporte une partie continue et une partie alternative (Oscillante): p0 p0 p0 ~ ~ p p p q q q~ ~p R p S q (41) Le sens physique de ces dernières est donné comme suit (figure1) [20]: p 0 : La valeur moyenne de la puissance instantanée d’ordre zéro, correspond à l'énergie par unité de temps qui est transférée à partir de la source d'alimentation à la charge par les composantes d'ordre zéro de la tension et du courant. ~p : La valeur alternative (oscillante) de la 0 puissance instantanée d’ordre zéro. Elle indique l'énergie par unité de temps échangée entre la source d'alimentation et la charge par les composantes d'ordre zéro. p : La valeur moyenne de la puissance réelle instantanée. Elle correspond à l'énergie par unité du temps qui est transférée de la source vers la charge (c'est la composante désirée de la puissance). ~p : La valeur alternative de la puissance réelle instantanée. C'est l'énergie par unité de temps qui est échangée entre la source et la charge. q : Puissance imaginaire instantanée qui ne contribue pas au flux de puissance instantanée entre la source et la charge, mais il s’agit plutôt d’un échange d’énergie entre les différentes phases du système. Elle indique l'existence des courants indésirables, qui circulent entre les phases. Dans le cas des tensions sinusoïdales équilibrées et de charge équilibrée, avec ou sans harmoniques, q (la valeur moyenne de la puissance imaginaire instantanée) est égale à la puissance réactive conventionnelle. q Figure 1: Les puissances dans le cadre de la théorie p-q[20]. Les courants de référence du compensateur dans les coordonnées α-β-0 peuvent être calculés par les expressions suivantes: v ~p p0 v q iq v 1 v2 v2 v i q i0 q i0 (42) (43) Les courants de référence du compensateur dans les coordonnées R- S -T, sont donnés par la transformation inverse: 1 i Rq 2 1 i Sq 3 1 i Tq 2 2 2 i0 q 1 2 3 2 iq 1 2 3 2 i q 1 i Nq i Rq i Sq iTq 0 (44) (45) En utilisant la théorie des composantes symétriques. Les puissances p, p0 et q ont les expressions données ci-dessous. Les courants et les tensions non sinusoïdaux peuvent être décomposés en séries de Fourier comme suit:[18] [24]: v k (t ) 2Vkh sin( ht kh ) h 1 i (t ) 2 I kh sin( ht kh ) k h 1 (46) Et sous forme vectorielle sont: V k Vkh kh V kh h 1 h 1 I I kh kh I kh k h 1 h 1 (47) 5 V Rh 1 2 V Sh a V a Th 1 a a2 1 V h 1 V h 1 V 0h (48) Avec: ae j 2 3 (49) Les équations temporelles équivalentes sont: v Rh (t ) 2 Vh sin( ht h ) 2 Vh sin( ht h ) 2 Vh0 sin( ht h0 ) v Sh (t ) 2 Vh sin( ht h 120) 2 Vh sin( ht h 120) 0 0 2 Vh sin( ht h ) vTh (t ) 2 Vh sin( ht h 120) 2 Vh sin( ht h 120) 2 V 0 sin( ht 0 ) h h (50) La transformation inverse est donnée par: V 1 a h 1 2 V h 1 a 3 V 0 1 1 h a 2 V Rh a V Sh 1 V Th i 3 I h sin( ht h ) 3 I h sin( ht h ) h 1 h 1 i 3 I h cos( ht h ) 3 I h cos( ht h ) h 1 h 1 0 0 (55) i0 6 I h sin( ht h ) h 1 La partie continue p de la puissance active instantanée: ∞ ∞ h 1 h 1 p ∑3Vh I h cos( h h ) ∑3Vh- I h- cos( h- h- ) (56) Sa partie oscillante ~p est donnée par: (51) Avec: V V h h 1 V V h h 1 V 0 V 0h h 1 v 3Vh sin( ht h ) 3Vh sin( ht h ) h 1 h 1 v 3Vh cos( ht h ) 3Vh cos( ht h ) h 1 h 1 (54) v0 6Vh0 sin( ht h0 ) h 1 (52) Les équations temporelles équivalentes sont données comme suit : 1 2 V Rh sin( ht Rh ) 2 VSh sin( ht Sh 120) v h (t ) 0 0 3 2 VTh sin( ht Th 120) 1 2 VRh sin( ht Rh ) 2 VSh sin( ht Sh 120) v h (t ) 0 3 2 VTh0 sin( ht Th 120) 2 V sin( h t ) 2 V sin( h t ) 1 0 Rh Rh Sh Sh v h (t ) 3 0 0 2 V sin( h t ) Th Th ∞ ∞ ∑[ ∑3Vm I h cos(( m h )t m h )] m 1 h 1 m ≠h ∞ ∞ ∑[ ∑3V - I - cos(( )t - - )] m h m h m 1 h 1 m h m ≠h ~ (57) p ∞ ∞ ∑[ ∑ 3Vm I h cos(( m h )t m h )] m 1 h 1 m ≠h ∞ ∞ ∑[ ∑ 3Vm- I h cos(( m h )t m- h )] m 1 h 1 m ≠h La partie continue q de la puissance imaginaire instantanée à l’expression suivante: ∞ ∞ h 1 h 1 q ∑ 3Vh I h sin( h h ) ∑3Vh- I h- sin( h- h- ) (58) Sa partie oscillante q~ est donnée par: (53) Et de la même façon pour les courants. Dans le cadre de la transformation 0 les tensions et les courants peuvent être obtenus respectivement comme suit: 6 ∞ ∞ ∑[ ∑ 3Vm I h sin(( m h )t m h )] m 1 h 1 m ≠h ∞ ∞ ∑[ ∑3V - I - sin(( )t - - )] m h m h m 1 h 1 m h (59) ~ m ≠h q ∞ ∞ ∑[ ∑3Vm I h sin(( m h )t m h )] m 1 h 1 m ≠h ∞ ∞ h )] ∑[ ∑ 3Vm- I h sin(( m h )t m m 1 h 1 m ≠h Pour la puissance homopolaire la partie continue sera p0 : p0 ∞ ∑3Vh0 I h0 cos( h0 h0 ) (60) h 1 Et la partie oscillante ~p0 est de l’expression suivante: ∞ ∞ 0 0 0 0 ∑[ ∑3Vm I h cos(( m h )t m h )] m 1 h 1 m ≠h ~ p0 ∞ ∞ 0 0 0 0 ∑[ ∑ 3Vm I h cos(( m h )t m h )] m 1 h 1 m ≠h (61) Autres contributions sur la théorie d’Akagi peuvent être citées dans la littérature, la théorie de vecteur croix «The cross_vector theory», la théorie p –q –r et la théorie de référence synchrone «Synchronous reference frame», leur objectif c’est l’amélioration des résultats du filtrage dans les systèmes électriques à quatre fils [29]. La théorie IRPp-q est très utilisée [10][11]. 2.9. Définition de puissances de Czarnecki La théorie de puissances de Czarnecki est adaptée à l'analyse dans le domaine fréquentiel. Elle est valide en régime monophasé, triphasé équilibré et déséquilibré, dans les conditions sinusoïdales et non sinusoïdales, en régime permanent [5][11][12]. 2.9.1. Cas monophasé en régime non sinusoïdal Les puissances actives harmoniques Ph peuvent être calculées individuellement pour chaque harmonique [10] [11]: Quand Ph 0 signifie que la puissance est absorbée par la charge. Quand Ph 0 signifie que la puissance est absorbée par la source. Figure 2: La structure générale d’une charge monophasée.La partie (A) regroupe la charge La partie (B) regroupe la source d’alimentation. Le signe de Ph nous permet de décomposer l’ensemble en N (N: l’ensemble des rangs des harmoniques considérées qui appartient à l’ensemble des nombres naturels) à deux sous ensembles N A et N B : Si: Ph 0 , donc h N A et: ih i A hN A vh v A hN A Ph PA hN A (62) Si Ph 0 , donc h N B et: ih i B hN B (63) v h v B h N B Ph PB hN B Le courant, la tension et la puissance active peuvent être données par: i i h i A i B hN v v h v A v B hN P Ph PA PB hN (64) Le système d’équations (64) peut être interprété comme suit: Le courant i contient une partie du courant d’origine source et une partie d’origine charge non linéaire. De même la tension v au point de 7 raccordement contient une partie générée par la source et une partie générée par la charge non linéaire. D’ailleurs la puissance active absorbée dans ce point est composée d’une partie de la source et une partie de la charge. Entre les courant i A et iB il n’y a pas des harmoniques communes. Donc: NA NB (65) Le produit scalaire ( i A ,iB ) 0 , donc i A et iB sont orthogonaux. i 2 iA 2 iB 2 (66) Pour les harmoniques h N A la charge est considérée comme charge passive de l’admittance: Y hA GhA S *h jBhA 2 Vh (67) GeA i aA PA (70) 2 vA PA vA (71) La partie restante du courant i A peut être décomposée à une composante réactive: irA 2 Re jBhA V h e jhωh (72) hN A Son concept a été proposé en 1972 par W.Shepherd et P.Zakikhani [16]. Sa valeur efficace est: irA B hN A Vh 2 hA (73) Et une composante dissipée: Où S h est la puissance apparente harmonique complexe. isA 2 Re (GhA GeA ) V h e jhωh S h Ph jQh V h I *h Ce courant a été recommandé par Czarnecki. Sa valeur efficace est: (68) Et pour les autres harmoniques la charge est considérée comme la source du courant j A ( t ) iB ( t ) connectée comme il est montré dans la figure (3). i sA j A ( t ) iB ( t ) i aA GeA .v A Avec : hN A hA GeA ) 2 Vh 2 (75) Ph vh BhA , 2 Qh vh 2 (76) Donc le courant de charge peut être décomposé en quatre composantes physiques CPC: (77) i i aA i sA i rA i B Qu’ils sont mutuellement orthogonaux: i Le courant actif est considéré comme la composante principale du courant de charge correspondant à la puissance active. Ce courant a été présenté par Fryze. Sa valeur est égale à: (G Avec: G hA Figure 3: Le circuit équivalent d’une charge non linéaire monophasée (A) alimentée par une source de tension non sinusoïdale. Pour les harmoniques h N A la charge est équivalente à une charge linéaire passive de l’admittance Y A . Pour les harmoniques h N B la charge est équivalente à une source de courant (74) hN A 2 iA iaA 2 2 iaA 2 i sA 2 i sA irA 2 2 irA iB 2 2 (78) (79) Les tensions v A et v B sont orthogonaux: v 2 vA 2 vB 2 (80) (69) 8 Et la puissance apparente au point de raccordement peut être écrite comme suit: S v i vA 2 vB 2 iA 2 S a2 S B2 S E2 iB 2 (82) (83) 2 vB 2 iA 2 (84) S a : La puissance apparente générée par la source, cette puissance est correspond de la charge. S B : La puissance apparente générée par la charge, cette puissance est correspond à la source d’alimentation, elle est produite si l’impédance interne est considérable. S E : La puissance apparente forcée. Le facteur de puissance FP est donné par: PA PB P FP (85) 2 2 S PA DsA Q A2 S B2 S E2 Dans le cas d’une charge linéaire alimentée par une source de tension non sinusoïdale N B (Fig.4). P Charge linéaire en régime permanent Figure 4: Le circuit équivalent d’une charge linéaire en régime permanent alimentée par une source de tension non sinusoïdale. La charge équivalente est une charge résistive. La formulation mathématique est donnée par les relations suivantes: Ge ia i 2 v (86) P v (87) ( G h Ge ) 2 Vh 2 ia FP (91) h 0 2 2 is D s2 2 2 ir Q (92) 2 (93) ia P P 2 S P Ds2 Q 2 ia 2 is 2 2 ir 2 (94) 2.9.2. Cas triphasé en régime non sinusoïdal De la même façon, les définitions des puissances pour un cas monophasé sont appliquées pour un cas triphasé, ceci en remplaçant les grandeurs i et v par les vecteurs i et v. [10] [11] Figure 5: La structure générale d’une charge triphasée, circuit à trois fils. La partie (A) regroupe la charge. La partie (B) regroupe la source d’alimentation. I Rh i( t ) i h( t ) 2 Re I Sh e jht 2 Re I h e jht hN hN hN I Th V Rh v( t ) v(h t ) 2 Re V Sh e jht 2 Re V h e jht hN hN hN V Th (95) (96) Les valeurs efficaces dans ce cas sont: i 1T T T i h ( t )i( t ) hN 0 i Rh hN i r 2 Re jBh V h e jht (89) S P P 2 2 h 0 2 iB Q V h h 1 h is S B vB iB h 1 (81) 2 S a v A i A PA2 DsA Q A2 vA B h V h 2 i s G0 Ge V0 2 Re ( Gh Ge ) V h e jht (81) (90) 2 Avec: SE ir 2 i Sh 2 I hT I*h hN iTh 2 hN 2 I Rh 2 I Sh 2 I Th (88) h 1 9 (97) v 1T hN T vTh ( t )v( t ) VhT Vh* v Rh hN 0 2 v Sh 2 hN vTh 2 V hN (98) 2 Rh 2 V Sh VTh2 Le signe de Ph nous permet de décomposer l’ensemble N à deux sous ensembles N A et N B . Donc, les courants, les tensions et les puissances actives sont comme suit: Si: Ph 0 , donc h N A et: ih i A hN A vh v A hN A Ph PA hN A L’admittance équivalente est: Y heA G heA jBheA S *h vh 2 (102) Où S h est la puissance apparente harmonique complexe et peut être calculée comme suit: (100) Le courant, la tension et la puissance de charge peuvent être données comme suit: i i h i A i B hN v v h v A v B hN P Ph PA PB hN courant avec j A i B . (99) Si: Ph 0 , donc h N B et: ih i B hN B v h v B hN B Ph PB hN B Figure 6: Le circuit équivalent d’une charge non linéaire triphasée (A) alimentée par une source de tensions non sinusoïdales. Pour les harmoniques h N A la charge est équivalente à une charge linéaire passive. Pour les harmoniques h N B la charge est équivalente à une source de S h Ph jQh V Th I *h (103) Et pour h N B , les harmoniques sont considérées comme harmoniques du courant de la source dans (A), ce qui signifie que la charge est considérée comme une source de courant: jA( t ) iB ( t ) . La conductance équivalente est égale à: (101) Pour h N A la charge triphasée est considérée comme charge passive montée en triangle représentée dans la Figure (6). GeA PA vA 2 (104) Qui fournit le courant actif: (105) i aA GeA v A De la valeur efficace iaA PA vA (106) La partie restante du courant i A peut être décomposée à une composante dissipée: 10 i sA 2 Re ( GheA GeA )V h e jht (107) hN A Sa valeur efficace est égale à: ( GheA GeA )2 Vh 2 i sA (108) hN A PA PB P FP 2 S PA2 DsA2 Q A2 DuA S B2 S E2 Dans le cas d’une charge linéaire alimentée par une source de tensions non sinusoïdales N B (Fig.7) Ph jQh La composante réactive i rA 2 Re jBheA V h e jht Charge linéaire en régime permanent (109) hN A Sa valeur efficace est égale à: BheA Vh i rA 2 (110) hN A (110) Figure 7: Le circuit équivalent d’une charge linéaire triphasée en régime permanent alimentée par une source des tensions non sinusoïdal .la charge équivalente est une charge connectée en triangle. La composante de déséquilibre: i uA 2 Re bh Ah V h e jht Ge (112) (113) (114) Ou égale à : hN A is (120) 2 v P v (121) 2 2 G heA BheA vh 2 (115) ir Donc le courant de charge peut être décomposé en cinq composantes physiques CPC: i i aA i sA i rA i uA i B (116) i 2 (122) ( Ghe Ge )2 Vh 2 (123) jBhe V h e jht (124) hN hN Bhe Vh 2 (125) bh Ah V h e jht (126) hN i u 2 Re iu ( Ghe Ge )V h e jht hN i r 2 Re i uA Ah v h 2 ia (119) 2 P i s 2 Re a* : Le conjugué de a Sa valeur efficace est égale à: ih vh (111) hN A S *h Y he Ghe jBhe 1 0 0 * bh 0 a 0 0 0 a Et Ah Y STh aYTRh a* Y RSh i uA (118) hN ih hN 2 ia 2 is 2 2 Ghe Bhe vh 2 ir 2 iu 2 (127) 2 (128) S v i P 2 Ds2 Q 2 Du2 (129) P FP S (130) P P 2 Ds2 Q 2 Du2 Qu’ils sont mutuellement orthogonaux 2 2 i i aA i sA 2 i rA 2 2 iuA i B 2 (117) L’extension de l’utilisation de cette théorie en régime variable, c’est le but des futures contributions de Czarnecki [11]. Le facteur de puissance FP est donc: 11 2.10. Définition des puissances du groupe IEEE Ce terme contient toutes les composantes qui ont une valeur moyenne différente de zéro: La définition du groupe IEEE est une prolongation de la théorie de Budeanu pour les circuits électriques triphasés [16], elle est valide en régime non sinusoïdal équilibré et déséquilibré, en plus, lorsque les tensions d'alimentation sont asymétriques en régime sinusoïdal. p q ∑Vh I h sin h sin( 2ht ) Est un terme qui ne contribue pas au transfert d'énergie c à d sa valeur moyenne est nulle. 2.10.1. Système monophasé non sinusoïdal 2.10.1.2. Puissance active Dans les conditions non sinusoïdales la tension instantanée (ou le courant instantané) à deux composantes différentes. Une composante fondamentale: 1 P kT v1 2 V1 sin( t 1 ) i1 2 I 1 sin( t 1 ) (131) I sin (mt m ) sin (ht h ) m h kT ∫pdt P P1 PH Avec: P1 1 kT (138) kT ∫v1 i1 dt V1 I 1 cos 1 (139) (140) 2.10.1.3. Puissance réactive Q ∑Vh I h sin h h Q1 Q H Avec: Q1 kT (133) (141) 1 kT kT v1 dt dt ∫i1 ∫ V1 I 1 sin 1 (142) Et: QH ∑Vh I h sin h (143) h≠1 2.10.1.4. Puissance apparente fondamentale (134) La puissance apparente fondamentale S 1 et ses composantes P1 et Q1 sont des quantités réelles qui aident à définir la quantité d'énergie associée à la tension et le courant de 60/50 Hz. Elle a un intérêt très important pour le producteur et l’utilisateur. 2.10.1.1. Puissance instantanée p vi Avec: pw ∑Vh I h cos h 1 cos ( 2 ht ) ∑2V m ≠h m,h ≠ 1 h≠1 v H 2 ∑Vh sin( ht h ) h ≠1 (132) i H 2 ∑I h sin( ht h ) h ≠1 Les valeurs rms correspondantes sont comme suit: p pw pq PH ∑Vh I h cos h P P1 Et une composante harmonique: 2 1 v 2 dt V12 V H2 V ∫ kT kT 1 2 i 2 dt I 12 I H2 I kT ∫ Où: V H2 ∑Vh2 V 2 V12 h ≠1 2 2 2 2 I H ∑I h I I 1 h ≠1 (137) h (135) (136) S 1 V1 I 1 (144) S 12 P12 Q12 (145) h 12 2.10.1.5. Puissance fondamentale apparente non Cette puissance mesure la quantité globale des pollutions harmoniques produite ou absorbée par une charge, elle mesure également la capacité exigée de compensateurs dynamiques ou du filtres actifs utilisées seulement pour la compensation. La séparation du courant et de tension efficaces en composantes fondamentales et harmoniques, permet la décomposition de la puissance apparente de la façon suivante: THDV VH ( V V1 ) 2 1 V1 2.10.1.8. Puissance apparente harmonique Cette puissance représente la puissance apparente due seulement aux tensions et courants harmoniques. C’est la plus petite composante de S N . S H V H I H S 1 ( THD I )( THDV ) (155) SH (156) PH2 D H2 S 2 ( VI ) 2 ( V12 V H2 )( I 12 I H2 ) (146) S 2 ( V1 I 1 ) 2 ( V1 I H ) 2 ( V H I 1 ) 2 ( V H I H ) 2 (147) S Avec: (148) D H S H2 PH2 (149) 2.10.1.10. Puissance non active 2 S 12 S N2 S N S 2 S 12 S N : La puissance apparente non fondamentale peut être décomposée en trois termes distincts: S N2 D I2 DV2 S H2 (150) 2.10.1.6. Puissance de déformation du courant Définit une partie de la puissance non active non fondamentale due à la déformation du courant, c’est habituellement la composante 2.10.1.9. Puissance harmonique 2.10.1.7. Puissance tension (158) D S 2 P2 Q2 2.10.1.12. Facteur fondamental (159) de puissance P1 S1 (160) Ce rapport aide à estimer séparément les conditions fondamentales du flux de puissance, Il est souvent désigné également sous le nom du facteur de puissance de déplacement. 2.10.1.13. Facteur de puissance Elle représente une partie de la composante non active non fondamentale de la puissance S N due à la déformation de tension. DV V H I 1 S 1 ( THDV ) Avec: (157) 2.10.1.11. Puissance déformante de Budeanu (151) de déformation de déformation A l’époque, cette puissance est appelée la puissance fictive. FP1 cos 1 (152) de N S 2 P2 dominante de S N . Elle est donnée par: D1 V1 I H S 1 ( THD I ) Avec: I THDI H ( I I 1 )2 1 I1 (154) (153) FP FP ( P S )[ 1 ( PH P1 )] P P1 PH 1 1 2 2 S S1 SN 1 ( S N S1 )2 [ 1 ( PH P1 )] FP1 1 THDI2 THDV2 ( THDI THDV ) 2 (161) (162) 13 2.10.2. Système triphasé non sinusoïdal équilibré [16] Dans un système à quatre fils, la puissance apparente et S Se 2.10.2.1. Puissance apparente résolution de Budeanu FP ( P S ) FPe P S e . La puissance S e à deux composantes. avec S 3VI P 2 Q 2 D 2 Ou: P P1 PH Et : P1 3V1 I 1 cos 1 PH 3 ∑Vh I h cos h h≠1 la (163) (164) (165) (166) Et: Q Q1 Q H Ou: Q1 3V1 I 1 sin( - 1 ) QH 3 ∑Vh I h sin h h ≠1 (167) (168) (169) S e2 P 2 N 2 (177) 2.10.3. Système triphasé non sinusoïdal déséquilibré [16] 2.10.3.1. Puissance active (178) P PR PS PT Ou: PR V Rh I Rh cos Rh , Rh Rh Rh h 1 PS V Sh I Sh cos Sh , Sh Sh Sh h 1 PT VTh I Th cos Th , Th Th Th h 1 (179) 2.10.3.2. La puissance active d’ordre positif, d’ordre négative et d’ordre zéro Et: D S 2 P2 Q2 (170) Soit V ,V - et V 0 les composantes 2.10.2.2. Puissance apparente efficace Cette puissance est liée à la tension et le courant équivalents. Elle est donnée comme suit: S e 3Ve I e Pour un système équilibré à quatre fils, Ve V Et: Ie 3 I 2 I h2 I 2 ∑I h2 3 h 0 ,3 ,6 ,.. (171) (172) Où: P P P - P0 (180) (181) 2.10.3.3. Puissance réactive (182) (174) U 3 Ie I Et: S e S 3UI P 3 Vh I h cos h , h h h h 1 - , h h h P 3 Vh I h cos h h 1 P 0 3 Vh0 I h0 cos h0 , h0 h0 h0 h 1 (173) Pour un système à trois fils, Ve symétriques des tensions et I , I - et I 0 les composantes des courants. Les trois composantes de la puissance active sont: (175) (176) Q Q R QS QT Ou: Q R V Rh I Rh sin Rh h 1 Q S V Sh I Sh sin Sh h 1 QT VTh I Th sin Th h 1 (183) 14 2.10.3.4. Puissance réactive d’ordre positif, d’ordre négatif et d’ordre zéro Les trois puissances réactives sont comme suit: Q 3 Vh I h sin h h 1 - Q 3 Vh I h sin h h 1 Q 0 3 Vh0 I h0 sin h0 h 1 (184) Où: Q Q Q - Q0 (185) 2.10.3.8. Puissance apparente efficace S e ( S ) 2 ( SU ) 2 (191) 2.10.3.9. Puissance de déséquilibre SU ( S e ) 2 ( S ) 2 Elle indique l'asymétrie et le déséquilibre des tensions de la charge. 2.10.3.10. Puissance apparente efficace et ses composantes 2.10.3.5. Puissances apparentes par phase S R V R I R S S V S I S S V I T T T (186) Précédemment, la puissance apparente S e a été divisée en puissance active P et puissance non active N [3], [17]. 2 I e I e21 I eH (193) 2 Ve Ve21 VeH (194) 2.10.3.6. La puissance apparente d’ordre positif, d’ordre négatif et d’ordre zéro Pour un système à quatre fils: Les puissances apparentes sont comme suit: Ie S S h Ph j Qh h 1 h 1 h 1 S S h Ph j Qh h 1 h 1 h 1 S 0 S h0 Ph0 j Qh0 h 1 h 1 h 1 (187) I R2 I S2 I T2 I N2 ( I ) 2 ( I - ) 2 4( I 0 ) 2 3 I e1 I R21 I S21 I T21 I N2 1 3 I eH 2 2 2 2 I RH I SH I TH I NH I e2 I e21 3 SV S S S - 0 Et: S A ≠S S - S 0 (195) (196) (197) Et: Ve 1 3(VR2 VS2 VT2 ) VRS2 VST2 VTR2 18 Où: (192) (188) (189) 2.10.3.7. Facteur de puissance d’ordre positif P (190) FP S Il a la même signification que le facteur de puissance fondamentale FP1 . (V ) 2 (V - ) 2 Ve1 VeH ( I 0 )2 2 1 2 2 2 3( VR21 VS21 VT21 ) VRS 1 VST 1 VTR1 18 (198) 1 2 2 2 2 2 3(VRH VSH VTH2 ) VRSH VSTH VTRH 18 Ve2 Ve21 (199) (200) Pour les systèmes à trois fil I N 1 I NH 0 , et les expressions deviennent plus simple. Ie I R2 I S2 I T2 3 (201) 15 I e1 I eH I R2 1 I S21 I T21 3 (202) 2 2 2 I RH I SH I TH I e2 I e21 3 2 2 2 VRS VST VTR 9 Ve (203) (204) Ve1 2 2 2 VRS 1 VST 1 VTR1 9 (205) VeH 2 2 2 VRSH VSTH VTRH Ve2 - Ve21 9 (206) 2 S e2 S e21 S eN S e1 3Ve1 I e1 2 S eN S e2 S e21 (207) DeI2 2 DeV 2 S eH (208) (209) La puissance déformante des courants, la puissance déformante des tensions, et la puissance apparente harmonique sont respectivement comme suit: De1 3Ve1 I eH DeV 3VeH I e1 S eH 3VeH I eH (221) S 1 ( P1 ) 2 ( Q1 ) 2 (222) P1 3V1 I 1 cos 1 (223) Q1 3V1 I 1 sin 1 (224) Le facteur de puissance fondamental d’ordre positif est donné comme suit: P (225) FP1 1 S1 Il a la même signification que le facteur de puissance du fondamental FP1 . Il aide à évaluer l’état du flux de puissance d'ordre positif. Le facteur de puissance est: FP P Se (226) (210) 3. Simulations (211) 3.1. Circuit monophasé avec tension non sinusoïdal /courant non sinusoïdal (212) Et: 2 2 DeH S eH PeH SU 1 S e21 ( S 1 ) 2 Où: (213) Le circuit simulé est composé d’une source d’alimentation avec tension non sinusoïdale et une charge non linéaire. Le tableau (1) contient la décomposition en série de Fourier de la tension et du courant. Les taux de distorsion équivalents sont: V THDeV eH Ve1 I THDeI eH I e1 Aussi: 2 S eN S e1 THDeI2 THDeV ( THDeI THDeV ) 2 (214) (215) (216) DeI S e1 ( THDI ) (217) DeV S e1 ( THDV ) (218) (219) S eH S e1 ( THD I )( THDV ) Pour les systèmes avec THD eV ≤ 5% et THD eI ≥40% , on peut écrire [17]: (220) S eN ≈ S e1 ( THD eI ) Le déséquilibre de la charge peut être estimé par: Remarque: on suppose que toutes les composantes résultantes de la décomposition en sérié de Fourier des grandeurs tension /courant sont considérées, et à chaque fois lorsque l’approche utilise ces grandeurs temporellement, on fait la composition en prenant les valeurs données dans les tableaux, ceci, pour reproduire les mêmes conditions. Calculons les puissances en utilisant les théories adaptées en monophasé, qui sont: La définition de Budeanu. La définition de Fryze. La définition du groupe IEEE. La définition de Czarnecki. Les résultats des simulations sont présentés dans l’ensemble des figures (A): Le tableau (2) regroupe les valeurs des grandeurs simulées. 16 3.2. Circuit monophasé avec sinusoïdale/courant non sinusoïdal tension Y 1 0.1 j0.3 0.316 e j71,56 Y 3 0.9 j0.3 0.95 2e j18.44 I 1 Y1V1 31.6 A I 3 Y3V3 95 A , V V12 V32 Q S 2 P2 v i’ 20 F 1 4 H 3 H F 9 20 1 3 1 1 H H 2 2 2 F Y ’ 3 (a) F 3 (b) Figure 8: Deux circuits monophasés avec des charges déférentes alimentées par la même tension non sinusoïdale au présence des compensateurs. 14,1592 102 10,02 k var Ce qui montre que la théorie de Fryze ne diffère pas entre deux charges différentes. Gardons les mêmes circuits de la figure (8), en injectant pour chaque circuit le compensateur adéquat. On injecte un compensateur shunt dans le circuit (a) de la figure (8) dont ses admittances: Y 1 j0.5 L’admittance équivalente est: Y équi1 Y équi3 0.5 D’où le courant efficace est: I'1 Yéqui1V1 50 A ; I'3 Yéqui3V3 50 A Donc: 2 Y’ 0.9V32 FPw P S 0.71 Y 3 0.5 j0.5 0.5 2e j 45 4 141.42 V P P1 10 kW S VI 141.42 100,12 14,159 kVA Y 1 0.5 j0.5 0.5 2e j 45 i 100,12 A 1002 1002 P3 0.1V12 Afin de montrer la fausse interprétation de quelques définitions, autres simulations ont été effectuées. En simulant les deux charges différentes représentées dans la figure (8). Elles sont alimentées par la même tension: v( t ) 100 2 sin t sin 3t Les admittances de la charge (a) de la figure (8) sont: 1 31.6 2 952 I I 12 I 32 3.3. Autres circuits simulés i’ 10 kVar Le facteur de puissance actif est: FPw P S 0.71 Des calcules similaire pour la charge (b) de la figure (8) nous donne: Gardons le même circuit simulé précédemment. On considère que la tension d’alimentation est filtrée. Le même travail comparatif a été effectué. Les résultats des simulations sont présentés dans l’ensemble des figures (B). Le tableau (3) regroupe les valeurs des grandeurs simulées. i 14,1422 102 Q S 2 P2 I' 502 502 70.71 A La puissance apparente est: S' I' V 141 .2 70.71 10 kVA La puissance réactive est: 2 2 V V12 V32 1002 1002 141.42 V Donc, la puissance apparente est: S VI 141 .42 100 14.142 kVA La puissance active est: Q' S' 2 P 2 10 .103 10 .103 0 Le facteur actif de puissance est : FP' w P S' 1 On remarque dans ce cas que l’application de la théorie de Fryze après la compensation, nous donne un facteur de puissance égal à 1. On injecte un compensateur shunt dans le circuit (b) de la figure (8) dont ses admittances Y 1 j0.3 , Y 3 j0.3 L’admittance équivalente est: Y équi1 0.1 , Y équi3 0.9 P P1 P3 0.5V12 0.5V32 10 kW Donc la puissance réactive est: D’où le courant efficace est: I'1 Yéqui1V1 10 A ; I'3 Yéqui3V3 90 A I 1 Y1V1 70.71 A ; I 3 Y3V3 70.71 A Le courant efficace est: I I 12 I 32 70.712 70.712 100 A Et a tension efficace est: 17 Donc: instantanée à une forme oscillante. Ce qui démontre la fausse interprétation de Budeanu concernant la puissance réactive [15]. Les figures (15) et (16) représentent l’allure de la tension et du courant du circuit électrique de la figure (14). I' 10 90 90.55 A La puissance apparente est: S' I' V 141 .42 90.55 12.806 kVA La puissance réactive est: 2 2 Q' S' 2 P 2 12.806.10 3 10.10 2 3 2 8 k var i(t) Le facteur actif de puissance est : FP' w P S' 0.78 On constate que, malgré la compensation, la théorie de Fryze nous donne une puissance réactive non nulle et un facteur de puissance différent de 1. Ce qui démontre que, QFryze comporte v(t) 3 1 F F 4 4 Figure 14: Circuit monophasé en régime non sinusoïdal également une partie correspond à l’oscillation du courant et de tension. Et par conséquent, l’interprétation de Fryze pour la puissance réactive est fausse [20]. Le circuit simulé dans ce cas est représenté dans la figure (9) Si la tension est: v( t ) 2 100 sin t 25 sin 3t Alors le courant est: i( t ) 2 50 sin t 12.5 sin 3t 3. 2 2 Fig.15: L’allure de la tension Fig.16 : L’allure du courant THD I 0.25 THDV 0.25 i(t) Forme de tension Forme du courant 150 80 60 100 40 F 50 20 H 32 57 i[A] v(t) 32 v[V] 29 0 0 -20 -50 -40 -100 -60 -150 Figure 9: Circuit monophasé en régime non sinusoïdal. 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Temps[s] 0.025 0.03 0.035 -80 0.04 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Temps[s] 0.025 0.03 0.035 0.04 Figure 17 : La puissance déformante. La puissance déformante en fonction du temps 3000 Si la tension est v( t ) 2 100 sin t 25 sin 3t Alors le courant est: i( t ) 2000 D[Var] 1500 1000 2 25 sin t 100 sin 3t 2 2 Fig. 10 : Tension non sinusoïdale. 500 0 -500 Fig.11 : Courant non sinusoïdal Forme de tension 150 2500 Forme du courant 200 150 100 100 50 i[A] v[V] 50 0 0 -50 -50 -100 -100 -150 -150 0 0.005 0.01 0.02 Temps[s] 0.025 0.03 0.035 0.04 Fig.12 : La puissance instantanée. 4 2 0.015 -200 0 0.005 0.01 0.02 Temps[s] 0.025 0.03 0.035 0.04 Fig.13: La puissance réactive. La puissance instantanée x 10 0.015 La puissance réactive en fonction du temps 1500 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Temps[s] 0.025 0.03 0.035 0.04 Malgré que la tension et le courant ont le même taux de distorsion THDV THD I 0.25 , on constate que la puissance déformante Figure (17) n’est pas nulle D 2500 Var ,ce qui démontre la fausse interprétation de Budeanu concernant la puissance déformante[15]. 1.5 1000 1 3.4. Système triphasé équilibré avec tensions non sinusoïdales/courants non sinusoïdaux (Taux de distorsion élevé) 500 Q[Var] p[W] 0.5 0 0 -0.5 -500 -1 -1000 -1.5 -2 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Temps[s] 0.025 0.03 0.035 0.04 -1500 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Temps[s] 0.025 0.03 0.035 0.04 On constate que la puissance réactive dans ce circuit est nulle. Malgré que la puissance Le tableau (4) contient la décomposition en série de Fourier des courants et des tensions du circuit simulé. 18 Calculons les puissances en appliquant les approches adaptées en régime triphasé équilibré, qui sont: La définition du groupe IEEE. La méthode de Fryze généralisée. L’approche d’Akagi. La théorie de Czarnecki. Supposant que le courant dans la cadre de la théorie IRPp-q, peut être décomposé de la façon suivante: i actif v v p 1 v2 v2 v v 0 i actif 1 2 i R actif 1 0 0 2 3 2 i actif 1 2 1 2 i S actif 3 1 2 1 2 3 2 i i T actif actif I k actif T 1 2 i ( t )dt T 0 k actif I actif I R actif I S actif I T actif Et de la même façon pour les autres courants efficaces. i reactif v 1 v2 v2 i v reactif 1 2 i R reactif 2 1 2 i S reactif 3 1 2 i T reactif v 0 v q 1 0 3 2 i reactif 3 2 i reactif 0 1 2 1 2 Encore i harm onique 1 v2 v2 i harm onique i R harmonique i S harmonique i T harmonique 1 2 1 3 1 v ~ p ~ v q v v 2 1 2 1 2 2 1 2 0 3 2 i harmonique 3 2 i harmonique 0 Et i desequilibre v 1 v2 v2 i v desequilibre v p0 v 0 1 i R déséquilibré 2 1 i S déséquilibré 3 1 i T déséquilibré 2 2 2 i0 1 2 3 2 i déséquilibré 1 2 3 2 i déséquilibré 1 0 Les résultats des simulations sont présentés dans l’ensemble des figures (C). Le tableau (5) regroupe les valeurs des grandeurs simulées. 3.5. Système triphasé équilibré avec tensions sinusoïdales /courants non sinusoïdaux (Taux de distorsion élevé) On simule le même circuit électrique considéré précédemment. Considérons que les tentions sont filtrées (Tensions sinusoïdales). On fait le même travail comparatif. Les résultats des simulations sont présentés dans l’ensemble de figures (D). Le tableau (6) regroupe les valeurs des grandeurs simulées. 3.6. Système triphasé équilibré avec tensions sinusoïdales/courants non sinusoïdaux (Taux de distorsion petit) Le tableau (7) contient la décomposition en série de Fourier des courants et des tensions du circuit simulé. Les résultats de simulations sont présentés dans l’ensemble des figures (E). Le tableau (8) regroupe les valeurs des grandeurs simulées. 3.7. Système triphasé déséquilibré avec tensions non sinusoïdales /courants non sinusoïdaux Le tableau (9) contient la décomposition en série de Fourier des courants et des tensions du circuit simulé. Calculons les puissances en appliquant les approches adaptées pour le cas déséquilibré, qui sont: La définition du groupe IEEE. La méthode de Fryze généralisée. L’approche d’Akagi. La théorie de Czarnecki. Les résultats de simulations sont présentés dans l’ensemble des figures (F). Le tableau (10) regroupe les valeurs des grandeurs simulées. 19 3.8. Système triphasé déséquilibré avec tensions sinusoïdales /courants non sinusoïdaux Considérons que les tentions (du circuit précédent) sont filtrées (Tensions sinusoïdales). Les résultats de simulations sont présentés dans l’ensemble des figures (G) et les résultats obtenus sont regroupés dans le tableau (11). 4. Conclusion générale L’utilisation des convertisseurs statiques dans les installations électriques en a considérablement contribué à l’amélioration des performances et à l’efficacité. Ils ont engendré des perturbations au niveau des courants et tensions. Plusieurs théories pour le calcul de puissances en régime non sinusoïdal peuvent être citées dans la littérature. Et jusqu'à nos jours, aucun consensus n'est défini pour une approche standard. Par puissances, on entend toutes les formes d’échanges d’énergies entre la source et la charge. Dans ce travail une étude comparative a été effectuée entre les différentes définitions suscitées. Nous avons simulé plusieurs circuits électriques, en régime monophasé, triphasé équilibré et déséquilibré, avec tensions/courants non sinusoïdaux, tensions sinusoïdales et courants non sinusoïdaux, avec différents taux de distorsion, ceci pour estimer l’approche la mieux adaptée pour chaque régime de fonctionnement, en prenant en compte certains critères techniques et économiques. Les définitions des puissances peuvent être regroupées en deux familles. La première est basée sur la décomposition en série de Fourier des grandeurs courants /tensions«la définition de Budeanu, IEEE et de Czarnecki ». La deuxième est basée sur l’utilisation des grandeurs courants/tensions temporellement «la théorie d’Akagi et de Fryze et Fryze généralisée». Les définitions dans le domaine temporel sont précises que ceux dans le domaine fréquentiel, où on ne considère que les composantes les plus prépondérantes. L’inconvénient des définitions dans le domaine fréquentiel réside dans le fait qu’elles utilisent des compensateurs. Les définitions dans le domaine temporel sont utilisées dans les compensateurs actifs parallèles. En effet, ces filtres s’adaptent aux évolutions de la charge et du réseau électrique. Et par conséquent, la compensation des éventuelles perturbations instantanément. Les définitions dans le domaine temporel valide en régime permanent ainsi qu’en régime transitoire, cependant, les définitions dans le domaine fréquentiel sont valides seulement en régime permanent. La théorie de Budeanu est valide en monophasé, et malgré que la puissance réactive et déformante aient des interprétations fausses, elle est supportée par le groupe IEEE, et prolongée pour les cas triphasés équilibrés et déséquilibrés en régime non sinusoïdal permanent. La définition de Fryze est valide en monophasé, acceptable en triphasé, en prenant les tensions et les courants sous forme des vecteurs (théorie de Fryze généralisée), elle ne donne aucune idée sur les harmoniques. L’approche de Czarnecki valable en régime monophasé, triphasé équilibré ainsi qu’en circuit déséquilibré. Cette définition offre la possibilité de compenser chaque paramètre séparément (le réactif, les harmoniques et le déséquilibre). l’utilisation de la méthode de compensation la plus avancée«la compensation hybride» est conseillée afin de réduire le dimensionnement ce qui réduit le coût du filtre actif parallèle. La définition d’Akagi est inapplicable en monophasé, valide en triphasé équilibré et déséquilibré. Elle ne donne aucune idée sur les harmoniques. La précision des méthodes d’identification dépend du taux de distorsion des tensions. Les tensions du réseau doivent être sinusoïdales. Les définitions dans le domaine fréquentiel demandent une grande puissance de calcul en temps réel. A l’heure actuelle, aucune définition n'est universelle. Espérons que, notre travail servira comme référence aux futures contributions qui devraient être: Adaptées pour tous les régimes de fonctionnement du système électrique. Valides pour les systèmes monophasés, triphasés équilibrés et déséquilibrés. Valides pour les formes d’onde sinusoïdale ou non sinusoïdale. Fournissent aux puissances des interprétations physiques claires. Précises. Rapides. Faciles à implémenter dans la pratique. 20 Fiables pour la conception des appareils de mesures électriques universels. References bibliographiques [1] A.E.Emanuel,‘‘Apparent and reactive power in three phases systems in search of physical meaning and a better resolution’’ , ETEP-Eur. Trans. Elect. Power Eng., Vol.3, n° 1, pp: 7-14, Jan. /Feb. 1993. [2] A. E Emanuel,“Apparent Power Definitions for Three-Phase Systems,”IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 14, No. 3, pp. 767–72, July 1999. [3] A. E Emanuel, “On the Assessment of Harmonic Pollution,” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 10, No. 3, pp.1693–98. July 1995. [4] C.I.Budeanu, ‘‘Puissances réactives et fictives ’’, Ins. Romaine de l’énergie pub.n° 2.Bucharist, 1927. [5] Czarnecki.L.S, ‘‘Harmonics and power phenomena’’, Weley enceclopidia of electrical and electronics engineering, John wiley and sons, Inc., supplement 1. pp.195-218,2000. [6] Czarnecki.L.S, ‘‘What is wrong with the Budeanu concept of reactive and distortion power why it should be abandoned’’, IEEE Transaction on instrumentation and measurement, vol IM-36, n° 3, pp: 834-837, March 1987. [7] Czarnecki.L.S, ‘‘Misinterpretations of some power properties of electric circuits’’, IEEE Transaction power Delivery,, vol. 9, n° 4,pp:1760-1769,October 1994. [8] Czarnecki.L.S, ‘‘Compensation of power definitions for current with non sinusoidal waveforms’’, IEEE Tutorial course on non sinusoidal situations, pp.43-50, 90 EH03277.1990. [9] Czarnecki.L.S, ‘‘Power related phenomena in three phase unbalanced systems’’, IEEE Trans. power Delivery, vol. 10, n° 3, pp: 11681176, July. 1995. [10] Czarnecki.L. ‘‘On some misinterpretations of the instantaneous reactive power p-q theory’’, IEEE Trans. on power electronics vol. 19, n° 3, pp: 828-836, 2004. [11] Czarnecki.L. ‘‘Harmonics and power phenomena’’, Louisiana State University 2006. [12] Czarnecki.L. ‘‘Currents Physical Components (CPC) in circuits with nonsinusoidal voltages and currents’’. Part 1: Single phase linear circuits, Electric Power Quality and Utilisation Journal, vol. XI, n° 2, pp: 3-14, 2005. [13] F.GHASSEMI ‘‘Should the theory of power be reviewed?’’, L’energia electrica, Vol.81,pp: 85-90, 2004. [14] H.Akagi,Y.Kazanawa and A.Nabae, ‘‘Instantaneous reactive power compensator copresing switching Devices without energy storage components’’ , IEEE Trans. power Ind.Appl., vol. IA-20, n° 3,pp:625-630,1984. [15] H.Akagi and A.Nabae,”the p-q theory in three-phase systems under non-sinusoidal conditions’’,Europ.Trans.on Electrical Power,ETEP,vol. 3 No. 1, pp.27–31. January/February 1993. [16] : IEEE Power engineering society, ‘‘IEEE Trial use standard definitions for the measurement of electric power qualities under sinusoidal, non sinusoidal, Balanced or unbalanced conditions ’’, USA, June 2000. [17] IEEE Working Group on Nonsinusoidal Situations, “Practical Definitions for Powers in Systems with Nonsinusoidal Waveforms and Unbalanced Loads,” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 11, No. 1, pp.79–101 ,Jan. 1996. [18] Ion ETXEBERRIA-OTADUI,”Les systèmes de l’électronique de puissance dédies à la distribution électrique -application a la qualité de l’énergie’’ ,Laboratoire d’Electrotechnique de Grenoble ,Mondragon, Espagne, septembre 2003. [19] J.H.R.Enslin,J.D.Van Wyk, ‘‘Measurements and compensation of fictitious power under non sinusoidal voltage and current conditions’’ , IEEE Trans. on instr. and meas.,vol IM-37, n° 3,pp:403-405,1988. [20] Joao Afonso,Carlos Couto,Julio Martins,‘‘ Active filters with control based on p-q theory’’, IEEE Industrial Electronics Society Newsletter ,Vol.47,n°3,ISSN:07461240, pp:5-10,sep.2000 [21] L.Malesani,L.Rossetto,P.Tenti,‘‘Active filter for reactive power and harmonic compensation’’ , IEEE –PESC 86-Power Electronics spect.conf.,86CH2310-1, pp:321330. [22] L.Rossetto,P.Tenti, ‘‘Evaluation of instantaneous power terms in multi-Phase systems: Techniques and application to power conditioning equipments’’ , ETEP- Eur.Trans. Elect. Power Eng., Vol.4, n° 6, pp: 7-14, Nov. /Dec. 1994. [23] M.A.E. Alali, ‘‘Contribution à l’Etude des Compensateurs Actifs des Réseaux Electriques 21 Basse Tension’’, Thèse de doctorat, l’Université Louis Pasteur – Strasbourg I, 12 Septembre 2002. [24] Mauricio Aredes, ‘‘Active power line conditioners’’. Berlin, Mars 1996. [25] M.Depenbrock,D.A.Marshall,J.D.Van Wyk, ‘‘Formulating requirements for a universally applicable power theory as control algorithm in power compensators’’ ,ETEPEur.Trans.Elect.Power Eng.,Vol.4 , n° 6,pp:445-455,Nov./Dec. 1994. [26] M.Depenbrock,‘‘The FBD-Method, a generally applicable tool for analysing power relations’’ , IEEE Trans. on power systems, Vol.8 , n° 2,pp:381-387,May 1993. [27] Michael Jantke, ‘‘An Investigation into the Accurate Measurement of Three Phase Power’’, the University of Queensland, October, 1998. [28] P.Filipski,R.Arseneau, ‘‘Definition and measurment of apparent power under distorted waveform conditions’’ ,IEEE Tutorial cours on non sinusoidal situations,pp.37-42.90 EH03277.1990 [29] S.Saadate,M.C.Benhabib , “New control approach for four wire active power filter based on the use of synchronous reference frame Tableau (1) h 47,11 -154,82 216,68 -139,91 103,99 229,04 -143,34 235,59 h -23.31 I h % 100.00 115.70 -43.38 161.30 16.11 -141.80 82.66 -79.19 51.20 12.78 12.47 5.38 5.51 3.10 3.10 Vh % h I h A 11.17 23.80 100.00 5.71904 1.427526 1.392819 0.600946 0.615467 0.34627 0.339568 -39.12 173.30 21.39 -120.10 87.24 -60.68 156.40 Vh V 110.09 5.98 1.74 2.00 1.15 1.14 0.85 0.89 6.583382 1.915566 2.201800 1.266035 1.255026 0.935765 0.979801 f [Hz] h 60 1 180 300 420 540 660 780 900 3 5 7 9 11 13 15 Tableau (4) h 1 3 5 7 9 f [Hz] 60 180 300 420 540 Vlh V 277.25 36.7634 3.7152 4.1033 9.6483 100.00 13.36 1.34 1.48 3.48 -2.35 7.76 83.54 -163.20 -42.74 99.98 68.8262 34.8930 27.8344 5.9388 100.00 68.84 34.90 27.84 5.94 -22.00 100.00 -175.00 -65.01 47.99 19.65 -92.24 258.54 -98.19 -90.73 Vlh % lh I lh A I lh % lh lh 22 Tableau (7) 5 300 7 420 11 660 13 780 Vlh V 277.25 0 0 0 0 Vlh % 100.00 0 0 0 0 lh 0 0 0 0 I lh A 61.14 9.64 3.33 1.483 0.737 I lh % 100.00 15.77 5.45 2.425 1.205 lh -30.31 17.24 -24 -63.31 -94.35 lh 27.96 -17.24 24 63.31 94.35 h f HZ 1 60 -2.35 Tableau (9) h 1 f HZ 60 V Rh V 271.03 V Rh % 100.00 Rh -0.74 I Rh A 99.98 I Rh % 100.00 Rh -22.00 VSh V 283.1992 V Sh % 104.49 Sh -121.20 I Sh A 93.4713 I Sh % 93.49 Sh -120.80 VTh V 281.1394 VTh % 103.73 Th 121.30 I Th A 0 3 5 7 9 180 300 420 540 27.8619 13.3347 20.16464 23.4170 10.28 4.92 7.44 8.64 6.76 142.3 146.7 -47.40 68.8262 34.8930 27.8444 5.9288 68.84 34.9 27.85 5.93 100.00 -175.00 -65.00 7.00 28.5395 15.6926 23.2544 29.9488 10.53 5.79 8.58 11.05 6.28 167.4 125.20 -49.19 79.7540 42.2915 45.8008 40.5819 79.77 42.3 45.81 40.59 99.49 65.09 -167.9 41.89 23.5525 11.6543 17.8338 22.2787 8.69 4.3 6.58 8.22 9.70 157.7 136.5 -47.35 0 0 0 0 21 Tableau (2) Paramètres V [V ] Budeanu 110.35 Fryze 110.348 V1 [ V ] 110.09 110.09 VH [V ] 7.54 7.54 Vw [ V ] 62.5 Vq [ V ] 90.9 IEEE 110.35 Czarnecki 110.35 V A [V ] 110.09 VB [ V ] I [ A] 7.54 12.74 I1 [ A] 11.17 11.17 I H [ A] 6.135 6.135 12.745 I w [ A] 7.221 I q [ A] 10.502 12.74 12.74 I A [ A] 11.17 I B [ A] 6.137 I aA [ A ] 7.602 I rA [ A ] 8.184 I sA [ A ] 0 10.23 2 2 I rA I sA I B2 [ A ] S [ VA] 1406.4 1406.4 1406.4 1406.4 S B [ VA ] 46.3 S E [ VA ] P[ W ] Q[Var ] D[ Var ] 680.8 DsA [ Var ] N [ Var ] FP 796.8 796.8 796.8 796.8 879.8 1159 879.8 901 754.4 754.4 0 1158.8 0.5665 0.5665 0.5665 0.5665 IEEE 84.85 Czarnecki 84.85 Tableau (3) Paramètres V [V ] Budeanu 84.854 Fryze 84.85 V1 [ V ] 84.854 84.854 VH [V ] 0.01 0.01 Vw [ V ] 50.61 Vq [ V ] 68.105 V A [V ] 84.85 VB [ V ] I [ A] 0.01 12.74 I1 [ A] 11.17 11.17 I H [ A] 6.137 6.137 I w [ A] 12.74 12.74 12.74 7.602 22 10.22 I q [ A] I A [ A] 11.17 I B [ A] 6.137 I aA [ A ] 7.603 I rA [ A ] 8.184 I sA [ A ] 0 2 2 I rA I sA I B2 [ A ] S [ VA] 10.29 1081.5 1081.5 1081.5 1081.5 S B [ VA ] 0.05 S E [ VA ] P[ W ] Q[Var ] D[ Var ] 520.75 645.1 645.07 645.1 694.44 867.95 694.44 520.75 694.44 520.75 0 DsA [ Var ] N [ Var ] FP 868.05 0.596.5 0.596.5 0.596.5 0.596.5 Tableau (5) Paramètres V [V ] Fryze généralisée 484.8 IEEE Ve [ V ] 278.6 Ve1 [ V ] 277.25 VeH [ V ] 27.44 Vw [ V ] 347.352 Vq [ V ] 338.19 Czarnecki 484.8 VA [ V ] 480.2 VB [ V ] 66.55 I [ A] 224.23 224.24 Ie [ A] 176.29 I e1 [ A ] 99.98 I eH [ A ] 145.19 I w [ A] 160.67 I q [ A] 156.42 I A [ A] 173.17 I B [ A] 142.45 I aA [ A ] 163.08 I rA [ A ] 58.23 I sA [ A ] 0 I uA [ A ] * 2 2 I sA I uA [ A] * 2 2 2 I rA I sA I uA I B2 [ A ] 153.9 I actif [ A ] Akagi 484.8 224.24 162.88 23 I réactif [ A ] 58.34 I harmonique[ A ] 76.57 I déséquilibré [ A ] 119.68 I perturbateur [ A ] 153.6 S [ VA] 1.0871 10 5 1.0871 10 5 1.4734 10 5 S e [ VA ] S B [ VA ] 9478 S E [ VA ] 6.938 10 4 P[ W ] 1.0871 10 5 7.7889 10 4 7.7883 10 4 7.789 10 4 7.8316 10 4 Pa [ W ] p[ W ] 7.8187 10 4 p0 [ W ] -299 Q[Var ] 7.5835 10 4 1.9488 10 4 2.7965 10 4 q [ Var ] 2.8004 10 4 D[ Var ] 7.3285 10 4 DsA [ Var ] 0 DuA [ Var ] * N [ Var ] FP 1.2507 10 5 0.7165 0.5286 0.7165 0.7192 Tableau (6) Paramètres V [V ] Fryze généralisée 480.21 IEEE Ve [ V ] 277.25 Ve1 [ V ] 277.25 VeH [ V ] 0.05 Vw [ V ] 349.25 Vq [ V ] 329.57 Czarnecki 480.213 V A [V ] 480.216 VB [ V ] I [ A] 0.06 224.24 224.24 Ie [ A] 176.285 I e1 [ A ] 99.98 Akagi 480.21 224.26 145.192 I eH [ A ] I w [ A] 163.08 I q [ A] 153.9 I A [ A] 173.17 I B [ A] 142.43 I aA [ A ] 163.09 I rA [ A ] 58.235 I sA [ A ] 0 I uA [ A ] * 24 * 2 2 I sA I uA [ A] 153.91 2 2 2 I rA I sA I uA I B2 [ A ] I actif [ A ] 163.065 I réactif [ A ] 58.24 I harmonique[ A ] 77.15 I déséquilibré [ A ] 119.6 I perturbateur [ A ] 153.81 S [ VA ] 1.0768 10 5 1.0768 10 5 1.4663 10 5 S e [ VA ] S B [ VA ] 10 S E [ VA ] 6.8409 10 4 P[ W ] 1.076 10 5 7.8315 10 4 7.8315 10 4 7.8316 10 4 7.8314 10 4 PA [ W ] p[ W ] 7.83 10 4 p0 [ W ] Q[Var ] 0 7.3915 10 4 2.7969 10 4 2.7963 10 4 q [ Var ] 2.795 10 4 D[ Var ] 6.8419 10 4 DsA [ Var ] 0 DuA [ Var ] N [ Var ] * FP 1.2507 10 5 0.7273 0.5341 0.7273 0.7275 Tableau (8) Paramètres V [V ] Fryze généralisée 381.05 IEEE Ve [ V ] 119.99 Ve1 [ V ] 220.001 VeH [ V ] 0.02 Vw [ V ] 331.87 Vq [ V ] 187.25 Czarnecki 381.05 V A [V ] 381.05 VB [ V ] I [ A] 0.05 107.4 107.4 Ie [ A] 62.01 I e1 [ A ] 61.14 I eH [ A ] 10.33 I w [ A] 93.54 I q [ A] 52.78 I A [ A] 105.9 I B [ A] 17.895 I aA [ A ] 93.535 Akagi 381.05 107.4 25 I rA [ A ] 49.65 I sA [ A ] 0 I uA [ A ] * 2 2 I sA I uA [ A] * 2 2 2 I rA I sA I uA I B2 [ A ] 52.78 I actif [ A ] 93.54 I réactif [ A ] 49.665 I harmonique[ A ] 17.86 I déséquilibré [ A ] 0 I perturbateur [ A ] 52.79 S [ VA] 4.0925 10 4 4.0925 10 4 4.0955 10 4 4.0924 10 4 S e [ VA ] S B [ VA ] * S E [ VA ] P[ W ] 6820 3.5642 10 4 3.5642 10 4 3.5642 10 4 3.5642 10 4 PA [ W ] p[ W ] 3.5648 10 4 p0 [ W ] Q[Var ] 0 2.0111 10 4 1.8919 10 4 1.8919 10 4 q [ Var ] 1.8907 10 4 D[ Var ] 6820 DsA [ Var ] 0 DuA [ Var ] N [ Var ] * 2.0111 10 4 0.8709 FP 0.8709 0.8709 0.8708 Czarnecki Akagi 488.48 488.48 Tableau (10) La théorie Fryze généralisée IEEE Le paramètre V [V ] 488.45 Ve [ V ] 280.25 Ve1 [ V ] 278.45 VeH [ V ] 31.72 Vw [ V ] 266.8 Vq [ V ] 409.05 V A [V ] 482.97 VB [ V ] I [ A] 73.16 193.65 193.37 Ie [ A] 164.66 I e1 [ A ] 107.4 I eH [ A ] 124.8 I w [ A] 193.45 105.88 26 I q [ A] 192.15 I A [ A] 147.44 I B [ A] 125.11 I aA [ A ] 107.51 I rA [ A ] 24.44 I sA [ A ] 3.2 I uA [ A ] 97.85 97.9 2 2 I sA I uA [ A] 160.73 2 2 2 I rA I sA I uA I B2 [ A ] I actif [ A ] 107.005 I réactif [ A ] 21.51 I harmonique[ A ] 102.82 I déséquilibré [ A ] 121.13 I perturbateur [ A ] 160.3 S [ VA] 9.4585 10 4 9.4458 10 4 1.3844 10 5 S e [ VA ] S B [ VA ] 9150 S E [ VA ] 6.138 10 4 P[ W ] 9.4499 10 4 5.17 10 4 5.16 10 4 5.16 10 4 5.192 10 4 PA [ W ] p[ W ] 5.155 10 4 p0 [ W ] Q[Var ] 104 3157.7 7.9208 10 4 1.1805 10 4 q [ Var ] 1.04 10 4 D[ Var ] 5.5577 10 4 DsA [ Var ] 1500 DuA [ Var ] 4.725 10 4 N [ Var ] FP 1.2846 10 5 0.5461 0.3727 0.5462 0.5457 Czarnecki 417.48 Akagi 417.47 Tableau (11) Paramètres V [V ] Fryze généralisée 417.48 IEEE Ve [ V ] 241.03 V e1 [ V ] 241.03 VeH [ V ] 0.03 Vw [ V ] 232.6 Vq [ V ] 346.65 VA [ V ] 417.47 VB [ V ] I [ A] 0.05 193.48 193.36 193.3 27 Ie [ A] 164.66 I e1 [ A ] 107.41 I eH [ A ] 124.81 Iw [ A] 108.09 Iq [ A] 160.5 IA[ A] 136.87 IB [ A] 136.6 I aA [ A ] 107.76 I rA [ A ] 20.98 I sA [ A ] 0 I uA [ A ] 81.73 2 2 I sA I uA [ A] 81.75 2 2 2 I rA I sA I uA I B2 [ A ] 160.56 I actif [ A ] 107.74 I réactif [ A ] 20.92 I harmonique[ A ] 103.42 I déséquilibré [ A ] 121.1 I perturbateur [ A ] 160.58 S [ VA ] 8.0795 10 4 8.0725 10 4 1.1906 10 5 S e [ VA ] S B [ VA ] 6.55 S E [ VA ] P[ W ] 5.7025 10 4 4.503 10 4 4.5 10 4 4.5 10 4 4.5 10 4 Pa [ W ] p[W ] p0 [ W ] Q[ Var ] 4.5 10 4 0 6.705 10 4 8760.1 8762 -8750 q [ Var ] D [ Var ] 4.6115 10 4 DsA [ Var ] 0 DuA [ Var ] N [ Var ] 3.412 10 4 FP 8.072 10 4 1.1024 10 5 0.5576 0.3778 0.5573 0.5575 * : indique que la grandeur est différente de zéro et de forme oscillante. 28 La puissance active Groupe (A) L’allure de la tension l’allure du courant La puissance réactive la puissance active en fonction du temps la puissance réactive en fonction du temps 800 1200 Budeanu Fryze Czarnecki IEEE 700 1000 La tension en fonction du temps Le courant en fonction du temps 200 600 25 Budeanu Fryze Czarnecki IEEE 20 150 500 15 800 100 50 i[A] v[V] 5 0 300 600 400 0 200 -5 -50 400 Q,QA[Var] P,Pw[W] 10 200 -10 100 -100 -15 0 -150 -200 0 -20 -25 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 La puissance instantanée 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 -100 La puissance apparente la puissance instantanée en fonction du temps 3500 Budeanu Fryze Czarnecki IEEE 3000 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 -200 0.06 Comparaison entre les puissances QFryze et NIEEE 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 Le facteur de puissance Facteur de puissance 1 la puissance apparente en fonction du temps 1800 0.8 Comparaison entre les puissances Q de Fryze et N de IEEE Budeanu Fryze Czarnecki IEEE 1600 1200 Q Fryze N IEEE 0.6 2500 1000 1400 0.4 Budeanu Fryze Czarnecki IEEE 2000 1200 0.2 Q,N[Var] 800 1000 FP 1000 S[VA] p[W] 800 1500 0 600 -0.2 600 400 -0.4 500 400 -0.6 200 0 200 -0.8 -500 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0 0.06 La puissance active 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0 0.06 900 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 -1 L’allure du courant et de la tension de la phase R la puissance réactive en fonction du temps Budeanu Fryze Czarnecki IEEE 1400 Budeanu Fryze Czarnecki IEEE 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 L’allure du courant et de la tension de la phase S 1200 Le courant et la tension de la phase S Les grandeurs courant et tension de la phase R 400 400 Courant Tension Courant Tension 1000 500 300 300 200 200 800 Q[var] 600 300 200 100 100 100 400 200 iS[A],vS[V] 400 iR[A],vR[V] P[W] 0.06 Groupe(C) 1600 800 600 0.01 La puissance réactive la puissance active en fonction du temps 700 0 0 -200 -200 0 0 -300 -300 -100 0 -100 -100 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 -200 0.06 Comparaison entre les puissances QFryze et NIEEE 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 -400 Le facteur de puissance Facteur de puissance -400 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 0 0.01 L’allure du courant et de la tension de la phase T. 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 Courant du neutre. 1 Budeanu Fryze Czarnecki IEEE 0.8 Comparaison entre les puissances Q et N 1600 Q Fryze N IEEE le courant du neutre 400 Le courant et la tension de la phase T 400 Courant Tension 0.6 1400 300 300 0.4 1200 200 200 0.2 1000 100 iN[A] Q,N[Var] 0 iT[A],vT[V] FP 100 800 0 600 -0.2 400 -0.4 -100 -0.6 -200 0 -100 200 -200 0 -0.8 -200 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 -1 -300 -300 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 -400 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 Le facteur de puissance. Groupe (B) L’allure de la tension -400 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 Facteur de puissance en fonction du temps 15 Comparaison entre les puissances S et Se x 10 14 (Se) IEEE (S) Akagi (S) Czarnecki (S) Fryze généralisée (FPe) IEEE (FP) Akagi (FP) Czarnecki (FPw) Fryze généralisée 12 0.06 les puissances apparentes 4 l’allure du courant Le courant en fonction du temps La tension en fonction du temps 25 150 10 20 10 15 8 S,Se[VA] 100 FP 10 50 i[A] 5 v[V] 0 6 0 4 0 5 -5 2 -10 -50 -15 0 -100 -20 -25 -150 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 -2 0.06 0 0 0.01 0.02 0.06 La puissance instantanée La puissance apparente la puissance apparente en fonction du temps 1400 Budeanu Fryze Czarnecki IEEE la puissance instantanée 3000 Budeanu Fryze Czarnecki IEEE 2500 1200 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 Comparaison entre les puissances actives et la puissance réelle continue x 10 0.04 0.05 0.06 les puissances Q et q continue en fonction du temps 4 IEEE Akagi Czarnecki Fryze généralisée 6 S[VA] 800 x 10 400 500 4 Q,q continue[Var] 600 1000 IEEE Akagi Czarnecki Fryze généralisée 6 5 P,P continue[W] p[W] 0.03 Temps[s] 7 2000 4 3 2 2 0 1 200 0 0.02 Comparaison entre les puissances réactives et la puissance imaginaire continue 8 1500 0.01 les puissances P et P continue en fonction du temps 4 8 1000 0 -2 0 -500 0 0 0.01 0.02 0.03 temps[s] 0.04 0.05 0.06 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 -1 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 -4 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 29 Comparaison entre les courants i R actif Comparaison entre Les courants i R ref Comparaison entre les courants i R actif d’Akagi Comparaison entre les courants i R ref d’Akagi d’Akagi THD 0.02 et d’Akagi THD 2.438 t i qR de Fryze THD 2.486 THD 0.014 et i wR de Fryze THD 0.003 THD 2.445 et iqR de Fryze i wR de Fryze THD 0.14 Comparaison entre les courants iR ref et iqR Comparaison entre les courants iR actif et iwR 150 300 150 iR actif 50 100 100 200 50 100 iR actif,iwR[A] iqR iR ref,iqR[A] iR actif,iwR[A] iR ref 0 0 0 -100 -50 -50 -200 -100 -300 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 iR ref,iqR[A] 200 0 iR ref iqR iR actif iwR iwR 100 -150 -100 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 -150 0.06 L’allure du courant et de la tension de la phase R 0 -100 -200 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 -300 0.06 Groupe (D) 0 0.01 Le courant et la tension de la phase R L’allure du courant et de la tension de la phase R 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 L’allure du courant et de la tension de la phase S Le courant et la tension de la phase S 400 Courant Tension Le courant et la tension de la phase S Le courant et la tension de la phase R Courant Tension 300 400 400 Courant Tension Courant Tension 300 200 300 300 200 200 100 100 200 0 -100 -200 -200 -300 iS[A],vS[V] 0 iR[A],vR[V] 100 iS[A],vS[V] 100 -100 0 0 -100 -100 -200 -200 -300 -300 -300 -400 0.02 Groupe(E) L’allure du courant et de la tension de la phase S 400 iR[A],vR[V] THD 2.446 Comparaison entre les courants iR ref et iqR Comparaison entre les courants iR actif et iwR 300 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 -400 0.06 L’allure du courant et de la tension de la phase T 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 -400 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 -400 0.06 0 0.01 L’allure du courant et de la tension de la phase T Courant du neutre le courant du neutre 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 Courant du neutre -13 400 4 Le courant et la tension de la phase T le courant du neutre x 10 400 Le courant et la tension de la phase T Courant Tension 300 400 3 Courant Tension 300 300 200 2 200 200 100 1 0 iT[A],vT[V] 0 iN[A] 100 iN[A] iT[A],vT[V] 100 -100 0 0 -1 -100 -100 -200 -200 -400 -2 -200 -300 -300 -400 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 Le facteur de puissance Facteur de puissance en fonction du temps 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 -400 0.06 Comparaison entre les puissances apparentes 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 les puissances apparentes 4 4.5 Facteur de puissance en fonction du temps Comparaison entre les puissances S et Se x 10 6 (FPe) IEEE (FP) Akagi (FP) Czarnecki (FPw) Fryze généralisée 16 -4 0 Le facteur de puissance 18 4 15 (FPe) IEEE (FP) Akagi (FP) Czarnecki (FPw) Fryze généralisée Comparaison entre les puissances S et Se x 10 5 4 (Se) IEEE (S) Akagi (S) Czarnecki (S) Fryze généralisée 14 3 4 6 4 S,Se[VA] S,Se[VA] 8 FP,FPw,FPe 10 10 (Se) IEEE (S) Akagi (S) Czarnecki (S) Fryze généralisée 3.5 12 FP,FPe,FPw -3 -300 3 2 2.5 2 1.5 5 1 1 2 0.5 0 0 -2 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0 0.06 0 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 -1 Comparaison entre les puissances actives et la puissance réelle continue les puissances P et p continue en fonction du temps 4 8 x 10 Comparaison entre les puissances réactives et la puissance imaginaire continue IEEE Akagi Czarnecki Fryze généralisé 7 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 Comparaison entre les puissances actives et la puissance réelle continue 0.01 x 10 0.04 0.05 0.06 les puissances Q et q continue en fonction du temps 4 x 10 0.03 Temps[s] Comparaison entre les puissances réactives et la puissance imaginaire continue 2.5 les puissances Q et q continue en fonction du temps 4 8 0.02 les puissances P et p continue en fonction du temps 4 4 0 0.06 x 10 3.5 2 6 5 IEEE Akagi Czarnecki Fryze généralisée 2.5 1.5 2 Q,q continue[Var] P,p continue[W] 3 IEEE Akagi Czarnecki Fryze généralisée 1 4 4 Q,q continue[Var] P,p continue[W] 3 IEEE Akagi Czarnecki Fryze généralisé 6 2 1.5 0.5 0 -0.5 2 0 1 -1 1 0.5 -2 -1.5 0 0 -4 -1 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 -2 0.06 -0.5 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 0.06 30 Comparaison entre les courants i R actif d’Akagi Comparaison entre les courants i R ref d’Akagi Comparaison entre les courants i R actif d’Akagi Comparaison entre les courants i R ref d’Akagi THD 0.004 et i wR de Fryze THD 0.359 et iqR de THD 0.1696 et i wR de Fryze THD 1.702 et THD 0.003 THD 0.1605 Fryze THD 0.360 iqR de Fryze iR ref iqR iR actif iwR iR ref iqR 80 200 60 60 60 40 40 40 iR ref,iqR[A] 20 0 0 20 iR ref,iqR[A] iR actif,iwR[A] 100 20 iR actif,iwR[A] 300 iR actif iwR 80 80 THD 1.668 Comparaison entre les courants iR ref et iqR Comparaison entre les courants iR actif et iwR 100 Comparaison entre les courants iR ref et iqR Comparaison entre les courants iR actif et iwR 0 0 -20 -20 -100 -40 -20 -40 -60 -200 -40 -60 -80 -80 -60 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 -100 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 Groupe (F) L’allure du courant et de la tension de la phase R L’allure du courant et de la tension de la phase S. 0 0.01 0.04 0.05 -300 0.06 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 THD 0.0228 et iwS de Fryze THD 3.414 et i qS de Fryze THD 3.374 THD 0.1774 . Le courant et la tension de la phase S 500 Courant Tension 400 Comparaison entre les courants iS actif et iwS Comparaison entre les courants iS ref et iqS 100 200 0 Comparaison entre les courants iS ref d’Akagi 400 Courant Tension 0.03 Temps[s] Comparaison entre les courants i S actif d’Akagi Le courant et la tension de la phase R 300 0.02 500 iS actif iwS 300 iS ref iqS 50 400 200 0 300 100 iS[A],vS[V] -50 0 -100 200 -100 iS ref,iqS[A] 0 -100 iS actif,iwS[A] iR[A],vR[V] 100 -150 100 0 -200 -200 -200 -100 -300 -250 -300 -200 -400 -300 -400 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 -500 0.06 0 0.01 L’allure du courant et de la tension de la phase T 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 -350 Courant du neutre 400 Courant Tension 300 300 200 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 -400 0.06 0 0.01 100 iR actif iwR iN[A] 250 0 200 iT actif,iwT[A] -200 -200 -300 -300 -400 -400 -500 0.06 Le facteur de puissance 50 -50 iT ref,iqT[A] iT[A],vT[V] -100 0.05 iR ref iqR 300 0 -100 0.04 0.06 Comparaison entre les courants iT ref et iqT 350 0 0.03 Temps[s] 0.05 Fryze THD 0.138 Comparaison entre les courants iT actif et iwT 100 0.02 0.04 THD 0.02711 et iqT de 100 0.01 0.03 Temps[s] THD 0.0271 et i wT de Fryze THD 0.1381 200 0 0.02 Comparaison entre les courants iT ref d’Akagi 500 Le courant et la tension de la phase T 0.01 Comparaison entre les courants iT actif d’Akagi Courant du neutre 400 -300 0 150 100 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 -200 0 -250 -300 0.06 -100 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 Facteur de puissance en fonction du temps 4 14 0.6 (Se) IEEE (S) Akagi (S) Czarnecki (S) Fryze généralisé 12 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 Groupe (G) L’allure du courant et de la tension de la phase R Comparaison entre les puissances apparentes S et Se x 10 -350 0.06 les puissances apparentes 0.8 -150 50 -50 0 -100 L’allure du courant et de la tension de la phase S 0.4 10 Le courant et la tension de la phase R Le courant et la tension de la phase S 400 400 Courant Tension 0.2 S,Se[VA] 0 (FPe) IEEE (FP) Akagi (FP) Czarnecki (FPw) Fryze généralisé Courant Tension 300 300 200 200 6 100 4 -0.4 100 iS[A],vS[V] -0.2 iR[A],vR[V] FP,FPe,FPw 8 0 0 -100 -100 -200 -200 2 -0.6 0 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 Comparaison entre les puissances actives et la puissance réelle continue les puissances P et p continue en fonction du temps 4 6 x 10 0 0.01 0.02 0.05 0.06 -300 Comparaison entre les puissances réactives et la puissance imaginaire continue 5 IEEE Akagi Czarnecki Fryze généralisée x 10 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 -400 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 Courant du neutre Courant du neutre 500 400 Le courant et la tension de la phase T 400 300 Courant Tension IEEE Akagi Czarnecki Fryze généralisée 7 -300 0 L’allure du courant et de la tension de la phase T les puissances Q et q continue en fonction du temps 4 300 200 200 100 6 100 5 2 iT[A],vT[V] 3 Q,q continue[Var] P,p continue[W] 0.04 -400 8 4 0.03 Temps[s] 0.06 iN[A] -0.8 4 3 2 0 0 -100 -100 -200 -200 -300 1 1 0 0 -1 -1 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 -2 -400 -300 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 -400 -500 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 31 Le facteur de puissance les puissances apparentes 4 Comparaison entre les puissances S et Se x 10 12 Facteur de puissance en fonction du temps 0.8 10 0.6 0.4 8 FP,FPe,FPw (Se) IEEE (S) Akagi (S) Czarnecki (S) Fryze généralisée S,Se[VA] IEEE Akagi Czarnecki Fryze généralisée 0.2 0 6 4 -0.2 -0.4 2 -0.6 0 -0.8 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 Comparaison entre les puissances actives et la puissance réelle continue les puissances P et p continue en fonction du temps 4 5 x 10 0 0.01 0.02 0.04 0.05 0.06 Comparaison entre les puissances réactives et la puissance imaginaire continue les puissances Q et q continue en fonction du temps 4 7 4 0.03 Temps[s] 0.06 IEEE Akagi Czarnecki Fryze généralisée x 10 6 IEEE Akagi Czarnecki Fryze généralisée 3 4 Q,q continue[Var] P,p continue[W] 5 2 1 3 2 1 0 0 -1 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 -1 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 Comparaison entre les courants i R actif d’Akagi Comparaison entre les courants i R ref d’Akagi THD 0.0130 et i wR de THD 1.722 et iqR Fryze Fryze THD 0.0144 THD 1.725 Comparaison entre les courants iR ref et iqR Comparaison entre les courants iR actif et iwR 300 150 iR ref iqR iR actif iwR 200 100 100 iR ref,iqR[A] iR actif,iwR[A] 50 0 0 -100 -50 -200 -100 -300 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 Comparaison entre les courants i S actif d’Akagi Comparaison entre les courants i S ref d’Akagi THD 0.0088 et i wS THD 3.480 et i qS Fryze Fryze THD 0.0178 THD 3.483 Comparaison entre les courants iS actif et iwS Comparaison entre les courants iS ref et iqS 100 400 iS ref iqS 50 300 0 200 -50 100 iS ref,iqS[A] iS actif,iwS[A] iS actif iwS -100 0 -150 -100 -200 -200 -250 -300 -300 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 Comparaison entre les courants iT actif d’Akagi THD 0.0236 et i wT -400 0 0.01 0.02 THD 0.0236 et 0.05 0.06 iqT Fryze THD 0.00516 Comparaison entre les courants iT actif et iwT Comparaison entre les courants iT ref et iqT 300 150 iT actif iwT iR ref iqR 250 100 200 50 150 0 100 iT ref,iqT[A] iT actif,iwT[A] 0.04 Comparaison entre les courants iT ref d’Akagi Fryze THD 0.00516 50 0 -50 -100 -150 -50 -200 -100 -150 0.03 Temps[s] -250 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 -300 0 0.01 0.02 0.03 Temps[s] 0.04 0.05 0.06 32