Commande de Filtres Actifs Parallèles sur un Réseau Fortement

En vue de l'obtention du
DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE
Délivré par :
Institut National Polytechnique de Toulouse (INP Toulouse)
Discipline ou spécialité :
Génie Electrique
Présentée et soutenue par :
M. ANTOINE HANNA NOHRA
le lundi 30 janvier 2017
Titre :
Unité de recherche :
Ecole doctorale :
Commande de Filtres Actifs Parallèles sur un Réseau Fortement Perturbé
Génie Electrique, Electronique, Télécommunications (GEET)
Laboratoire Plasma et Conversion d'Energie (LAPLACE)
Directeur(s) de Thèse :
M. MAURICE FADEL
M. HADI KANAAN
Rapporteurs :
M. BRUNO FRANCOIS, ECOLE CENTRALE DE LILLE
M. NAZIH MOUBAYED, UNIVERSITE LIBANAISE BEYROUTH
Membre(s) du jury :
1
M. ERIC MONMASSON, UNIVERSITE DE CERGY-PONTOISE, Président
2
M. HADI KANAAN, UNIVERSITE ST JOSEPH DE BEYROUTH, Membre
2
M. MAURICE FADEL, INP TOULOUSE, Membre
2
Mme FLAVIA KHATOUNIAN, UNIVERSITE ST JOSEPH DE BEYROUTH, Membre

THÈSE
En vue de l’obtention du :
DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ SAINT-JOSEPH
Délivré par:
Ecole Supérieure d’Ingénieurs de Beyrouth (ESIB)
Cotutelle internationale avec « Institut National Polytechnique de Toulouse
(INP Toulouse)- France »
Spécialité :
Génie électrique
Présentée et soutenue le lundi 30 janvier 2017 par :
Antoine HANNA NOHRA
Commande de Filtres Actifs Parallèles sur un Réseau
Fortement Perturbé
École doctorale :
Ecole Supérieure d’Ingénieurs de Beyrouth (ESIB)
Unité de recherche :
Ecole Supérieure d’Ingénieurs de Beyrouth (ESIB)
Laboratoire Plasma et Conversion d'Energie (LAPLACE)
Directeurs de thèse :
Pr. Hadi KANAAN (ESIB) et Pr. Maurice FADEL (LAPLACE)
JURY :
M. Eric MONMASSON Professeur des universités Président
M. Bruno FRANCOIS Professeur des universités Rapporteur
M. Nazih MOUBAYED
Professeur
Rapporteur
Mme. Flavia KHATOUNIAN Maître de conférences Examinatrice
M. Ahmad JAMMAL Professeur Examinateur
M. Ziad BUSTANI Ingénieur Examinateur

Résumé de la thèse
Commande de Filtres Actifs Parallèles sur un Réseau Fortement Perturbé
L’alimentation de charges non linéaires par une source d’alimentation, dans un réseau électrique,
est fréquemment soumise à des perturbations et/ou déséquilibres du courant d’alimentation reçu par la
charge.
Les perturbations du courant d’alimentation désignent la présence d’harmoniques dans le courant
d’alimentation, celui-ci n’étant alors pas sinusoïdal, ainsi que la présence d’une puissance réactive trop
importante circulant sur le réseau. Le déséquilibre des courants d’alimentation se traduit, dans un réseau
polyphasé, par une mauvaise répartition des courants d’alimentation dans les différentes phases induisant
un courant non nul dans le neutre côté source.
En outre, dans un réseau électrique de type réseau public de distribution, ces perturbations ou
déséquilibres peuvent être soumis à une réglementation du fournisseur d’énergie, c’est ainsi qu’il est utile
de mettre en place un dispositif efficace pour minimiser ces perturbations et déséquilibres afin
d’améliorer la qualité de l’énergie électrique.
Le filtrage actif est une solution efficace qui consiste à injecter un courant adapté sur le réseau
pour réduire les perturbations. Toutefois, les solutions actuelles ne permettent pas d’équilibrer les
courants d’alimentation de manière efficace, et peuvent même s’avérer inefficaces pour réduire les
perturbations si les tensions d’alimentation sont déséquilibrées. En outre, ces solutions ne sont
généralement pas utilisable à la fois en monophasé ou en polyphasé, ni avec un fil de neutre.
Le travail faisant l’objet de cette thèse vise à proposer une loi de commande générique, c’est-à-
dire adaptable au cas monophasé, triphasé, polyphasé, pour un filtrage actif parallèle dont les
performances (THD, facteur de déséquilibre, ..) sont améliorées par rapport à l’art existant surtout
lorsque le réseau de distribution est perturbé. La recherche de solutions simples à implanter et robustes
dans leur performance fait également partie de nos objectifs.
La démarche est conduite par la voie de la simulation numérique et les propositions sont validées
en laboratoire via une maquette expérimentale raccordée sur le réseau basse tension. A noter que les
objectifs font apparaitre un caractère méthodologique fort, donnant lieu à de nombreuses déclinaisons
tant par la nature du réseau (monophasé, triphasé, avec ou sans neutre, ..) que par les caractéristiques
des perturbations (charges non-linéaires, déséquilibres, perturbations,....).
Mots clés : Réseau perturbé -Harmoniques- Lois de commande-Filtrage Actif-Qualité de puissance

Abstract
Control of Shunt Active Filters on a Heavily Perturbed Network
Feeding non-linear loads by a power source in an electric network is frequently subject to
disturbances and / or unbalances in the supply current received by the load.
The disturbances of the supply current denote the presence of harmonics, its waveform being non
sinusoidal as well as the presence of too much reactive power circulating in the network. The unbalances
in the supply current in a polyphase network (including three phase) manifest by a bad repartition of
these supply currents in different phases resulting in a non-zero current in the neutral line at the source
side.
In addition, in a public distribution electrical network, these disturbances or unbalances may be
subject to additional charges by the energy supplier, it is thus useful to implement an effective system to
minimize these disturbances and unbalances in order to improve the quality of electrical energy.
The active filter is an effective solution that consists in the injection of a suitable current into the
network to reduce disturbance. However, the present solutions of active filters do not help to balance the
supply currents efficiently, and may even be ineffective in reducing the disturbances if the supply voltages
are unbalanced. Moreover, proposed solutions are generally not adapted to both single-phase or
polyphase, or with a neutral wire.
The work in this thesis aims to propose a generic control strategy for a shunt active filter, i.e.
suitable for single-phase three phases and polyphase, whose performance (THD, unbalance factor...) are
improved compared to the existing state of the art especially when the distribution system is disturbed.
The quest for solutions simple to implement and robust in their performance is also part of our objectives.
The proposed approach is conducted using computer simulation and validated on a laboratory
experimental model connected to the low voltage network. Note that the objectives uncover a strong
methodological trait, giving rise to many declensions by the nature of the network (single phase, three
phases with or without neutral ...) and by the characteristics of the disturbances (non-linear loads,
unbalances, disturbances ...).
Keywords : Perturbed network - Harmonics - Control strategies - Active Filter - Power Quality