République Algérienne Démocratique et Populaire

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université d’El-Oued
Faculté des Sciences et Technologie
Filière de génie électrique
En collaboration avec
Le Laboratoire de génie Électrique de Biskra (LGEB)
MÉMOIRE
Présenté pour obtenir le grade de
Magister en Électrotechnique
Option : Maîtrise de l’Énergie Électrique
Par
ALLAHOUM RABIE
Contribution à l'étude du filtre actif parallèle de
puissance à trois niveaux
Soutenu le / /2012
Devant le jury composé de :
Mr. BENATTOUS Djillani
M.C
Université d’El-Oued
Président
Mr. BENCHOUIA Moh. Toufik
M.C
Université de Biskra
Rapporteur
Mr. SRAIRI Kamal
Pr
Université de Biskra
Examinateur
Mr. GOLEA Amar
Pr
Université de Biskra
Examinateur
Mr. ZALLOUMA Laid
M.C
Université d’El-Oued
Invité
Remerciements
Je remercie Allah, ‫القوي الوكيل‬, de m’avoir donné la santé et tout dont je
nécessitais pour l’accomplissement de cette mémoire.
Je voudrais tout d’aborde exprimer toute ma reconnaissance à mon
encadreur Mr M. Toufik Benchouaia maitre conférence à l’université
Mohamed Khider Biskra et Mr Djilani Benatous maitre conférence a
l’université d’el oued.
Je remercie les messieurs : l.zelouma et zegueb Bobakr.
Je remercie également tous membres de jury pour l’honneur qu’ils me
font en acceptant de participer au jury, en l’occurrence :
Mr. SRAIRI Kamal professeur à l’université de BISKRA.
Mr. GOLEA Amar professeur à l’université de BISKRA .
Resumé
‫ملخص‬
‫إن مشكلة التلوث بالتوافقيات في الشبكات الكهربائية هي في تفاقم مقلق خاصة مع تزايد استعمال‬
‫ تمثل‬.‫التصفية الفعالة هي واحدة من بين أنجع الحلول المقترحة للتصدي لهذه المشكلة‬. ‫الحموالت غير الخطية‬
.‫هذه الذاكرة المساهمة في تحسين نوعية التيار الكهربائي في مثل هذه الشبكات‬
‫ندرس المصفى المتوازي الفعال ذو ثالث مستويات بمعالجته للتوفيقات المتولدة عن جسر مقوم ثالثي‬
- ‫ للعناصر (شبكة‬MATLAB SIMULINK ‫الصورة الرقمية بواسطة البرنامج‬.‫الطور غير متحكم فيه‬
‫و نستعمل طريقة‬.‫مرشح فعال – حمولة) من أجل استعمال تقنيتي التحكم هستيرزيس والمنطق الغامض‬
.‫االستطاعة اللحظية من أجل حساب تيار التوفيقات‬
‫أعطت المحاكاة التي أجريت خالل هذا العمل نتائج ممتازة تدل على أهمية هذا العمل في الترشيح‬
. ‫التوافقي للتيار الكهربائي‬
‫ المنطق‬-‫ االستطاعة اللحظية‬-‫ التوفيقات‬-‫مفاتيح الكلمات المصفي المتوازي الفعال ذو ثالث مستويات‬
.‫تيار محمل بالتوفيقات‬-‫الغامض‬
Résumé
Le problème de la pollution harmonique dans les réseaux électriques de
distribution devient de plus en plus préoccupant avec l’accroissement de l’usage
des charges non-linéaires.
Ce document est une contribution à l’amélioration de la qualité du courant
électrique dans ce type de réseaux. Le Filtre Actif Parallèle à trois niveaux est
étudié, on a traité l’élimination par un filtre actif parallèle des harmoniques
générées par un pont redresseur triphasé non commandé
Une simulation par MATLAB SIMULINK de l’ensemble réseau, filtre actif,
et charge, pour deux stratégies de commande, hystérésis et MLI floue sont
effectuées. La méthode des puissances instantanées est utilisée pour calculer et
identifier le courant harmonique.
Les simulations effectuées témoignent de l’importance de ce travail au
filtrage des harmoniques et à la compensation de l’énergie réactive.
Resumé
Mots clés : Filtre actif parallèle à trois niveaux, régulateur floue, régulateur PI,
MLI floue, taux de distorsion harmonique.
Abstract
The problem of harmonic pollution in distribution electrical networks is
becoming more and more worrying with the increasing use of nonlinear loads. This
work
is a contribution of
improving the quality of electric current in such
networks. three-level Shunt Active Filter is studied, it’s used to eliminate
harmonics generated by a non linear load (uncontrolled three phase bridge
rectifier) with RL.
A simulation by MATLAB SIMILINK of power supply, active power filter
and a non linear load using two type of control strategies (hysteresis and fuzzy
PWM ). The instantaneous power method is applied to calculate and identify
harmonic current.
The simulations demonstrate the importance of this work in harmonic filtering
and reactive power compensation.
Keywords: three-level Parallel Active Filter, fuzzy logic, PI, instantaneous power,
harmonic current , harmonic distortion.
Sommaire
SOMMAIRE
INTRODUCTION GENERALE ..........................................................................................................1
CHAPITRE I : PERTURBATION ET DEPOLLUTION DE RESEAUX ELECTRIQUES
I.1 INTRODUCTION ..........................................................................................................................4
I .2 CARACTERISTIQUES DES PERTURBATIONS ELECTRIQUES ..........................................4
I.3 PERTURBATIONS HARMONIQUESC EN COURANT ET EN TENSION ..............................5
I.3.1 Définition .......................................................................................................................5
I .3.2 Décomposition d’un signal ...........................................................................................6
I.3.3 Origine des harmoniques ...............................................................................................7
I.3.4 Conséquences des harmoniques ...................................................................................8
I.3.5 Réglémentation ............................................................................................................10
I.4 DESEQUILIBRE DU COURANT ET DE LA TENSION ..........................................................11
I.4.1 Origine du déséquilibre ................................................................................................11
I.4.2 Conséqences du déséquilibre .......................................................................................12
I.4.3 Réglémentation ...........................................................................................................12
I.5 LES CREUX DE TENSION .......................................................................................................13
I.5.1 Origine des creux de tension ........................................................................................13
I.5.2 Conséqences des creux de tension ...............................................................................14
I.5.3 Réglémentation ..........................................................................................................14
I.6 SOLUTIONS DE DEPOLLUTION DE RESEAU ELECTRIQUE ............................................15
I.6.1 Solutions de dépollution traditionnelles ......................................................................15
I.6.2 Solutions de dépollution modernes ...........................................................................18
I.6.2.1 Filtre actif parallèle(FAP) ..............................................................................19
I.6.2.2 Filtre actif série(FAS) ....................................................................................19
I.6.2.3 Combinaison parallèle-série des filtres actifs ...............................................20
I.6.2.4 Filtre hybride .................................................................................................20
I.7 CONCLUSION ............................................................................................................................23
CHAPITRE II : FILTRAGE ACTIF PARALLELE DE PUISSANCE, PRINCIPE,
STRATEGIE DE COMMANDE ET REGULATION
Sommaire
II.1 INTRODUCTION .......................................................................................................................25
II.2 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT .......................................................................................25
II.3 STRUCTURE GENERALE DU FILTRE ACTIF PARALELLE ..............................................26
II.3.1 Topologie générale .....................................................................................................26
II.3.2 Etude de la partie puissance .......................................................................................27
II.3.2.1 Onduleur de tension à deux niveaux ..............................................................27
II.3.2.2 Onduleur de tension à trois niveaux ...............................................................29
II.3.2.3 Système de stockage d’enèrgie ......................................................................32
II.3.2.4 Filtre de sortie .................................................................................................33
II.3.3 Etude de la partie contrôle-commande .......................................................................33
II.3.3.1 Méthode d’identification des puissances instantanées ..................................33
II.3.3.2 Méthde du référentiel synchrone ....................................................................38
II.3.3.3 Régulation de la tension continue...................................................................39
II.3.3.4. La commande de l’onduleur ..........................................................................41
II.3.3.5 La régulation du courant du filtre actif parallèle ............................................43
II.4 RESULTAT DE SIMULATION SOUS MATLAB-SIMULINK..............................................44
II.5 CONCLUSION ...........................................................................................................................53
CHAPITRE III : APLICATION DE LA LOGIQUE FLOU AU FILTRE ACTIF
PARALLELE TROIS NIVEAUX
III.1 INTRODUCTION ......................................................................................................................55
III.2 HISTORIQUE DELA LOGIQUE FLOUE ................................................................................55
III.3 PRINCIPE DE LA LOGIQUE FLOUE .....................................................................................56
III.4 DESCRIPTION D UN PROESSUS FLOUE .............................................................................57
III.4.1 Base de règles et définitions ......................................................................................57
III.4.2 Interface de fuzzification ..........................................................................................59
III.4.3 Mécanisme d’inférence .............................................................................................60
III.4.4 Interface de défuzzification .......................................................................................61
III.5 CONCEPTION D UN CORRECTEUR FLOU .........................................................................61
III.6 APPLICATION A LA COMMANDE D UN FILTRE ACTIF PARALLELE .........................63
III.6.1 Déscription générale du modèle filtre actif-correcteur flou ......................................63
III.6.2 Construction de la commande floue (MLI floue) .....................................................64
III.7 REGULATION DE LA TENSION CONTINUE Vdc PAR LA LOGIQUE FLOUE ................66
Sommaire
III.8 RESULTAT DE SIMULATION SOUS MATLAB-SIMULINK ............................................68
III.9 COMPARAISON ENTRE FAP DEUX NIVEAUX ET TROIS NIVEAUX ...........................74
III.10 CONCLUSION ........................................................................................................................74
CONCLUSION GENERALE ............................................................................................................76
REFERENCES BIBLIOGRAPHIES .................................................................................................80
ANNEXE ........................................................................................................................................84
Liste des figures
LISTE DES FIGURES
Fig. I.1
Décomposition d’un signal ............................................................................................... 7
Fig. I .2
Diagramme de Fresnel des puissances ...........................................................................10
Fig. I.3
Engagement EMERAUDE sur le creux de tension ........................................................14
Fig. I.4
Montage de Steinmetz pour le réequilibrage ..................................................................15
Fig I .5
Filtre passif résonant .......................................................................................................16
Fig I.6
Filtre passif amorti ..........................................................................................................17
Fig. I.7
Filtre Actif Parallèle .......................................................................................................19
Fig. I.8
Filtre Actif Série .............................................................................................................19
Fig. I.9
Combinaison parallèle-série actifs (UPQC) ...................................................................20
Fig. I.10
Clasification des filtres hybrides ....................................................................................21
Fig. I.11
Combinaison série d’un filtre actif parallèle et d’un filtre passif ...................................21
Fig. I.12
Combinaison parallèle d’un filtre actif parallèle et d’un filtre passif .............................22
Fig. I.13
Combinaison d’un filtre actif série et d’un filtre passif ..................................................22
Fig. II.1
Filtre actif parallèle ........................................................................................................25
Fig. II.2
Structure générale du filtre actif parallèle ......................................................................26
Fig. II.3
Onduleur de tension deux niveaux .................................................................................27
Fig. II.4
Onduleur de tension triphasé à trois niveaux .................................................................29
Fig. II.5
Schéma représentant le principe de séparation des puissances ......................................35
Fig. II.6
Schéma de principe de la méthode d’identification des puissances instantanées ..........37
Fig. II.7
Diagramme de blocs de génération des courants de référence selon l’algoritme du
référentiel synchrone Structure générale du filtre actif parallèle .......................................................38
Fig. II.8
Diagramme de blocs d’une PLL.....................................................................................39
Fig. II.9
Boucle de régulation de la tension continue...................................................................41
Fig. II.10
Principe de commande des courants par hystérésis .......................................................41
Fig. II.11
Principe de commande des courants par MLI ...............................................................42
Fig. II.12
Schéma de la régulation des courants du filtre actif parallèle ........................................43
Fig. II.13
Schéma synoptique de l’association filtre actif-réseau-charge polluante ......................44
Fig. II.14
résultat de simulation du FAP deux niveaux avant et après filtrage .............................45
Fig. II.15
résultat de simulation du FAP deux niveaux .................................................................46
Fig. II.16
résultat de simulation du FAP deux niveaux .................................................................47
Liste des figures
Fig. II.17
résultat de simulation du FAP trois niveaux avant et après filtrage ..............................48
Fig. II.18
résultat de simulation du FAP trois niveaux avec charge R-L ......................................49
Fig. II.19
résultat de simulation du FAP trois niveaux avec charge R-L ......................................50
Fig. II.20
résultat de simulation du FAP trois niveaux avec charge R-C ......................................51
Fig. II.21
résultat de simulation du FAP trois niveaux avec charge R-C ......................................52
Fig. III.1
Structure simplifiée d’un contrôleur flou ......................................................................56
Fig. III.2
Structure d’une commande floue ..................................................................................57
Fig. III.3
Exemple de partition floue ............................................................................................58
Fig. III.4
Méthode de fuzzification ..............................................................................................59
Fig. III.5
Définition du sous-ensemble flou Y .............................................................................61
Fig. III.6
Défuzzification par principe du maximum ...................................................................61
Fig. III.7
Défuzzification par moyenne des maxima ....................................................................62
Fig. III.8
Défuzzification barycentrique .......................................................................................62
Fig. III.9
Conception d’un contrôleur flou ...................................................................................63
Fig. III.10
Modèle du correcteur flou établi sous Matlab-Simulink .............................................63
Fig. III.11
Partitions floues ...........................................................................................................64
Fig. III.12
Etablissement des règles floues en fonction en sens d’évolution et du signe
algebrique de, e ..................................................................................................................................65
Fig. III.13
Contrôleur flou .............................................................................................................66
Fig. III.14
Les fonctions d’appartenances des variables entrées ¨e, de¨ et de la variable de
sortie U…… .......................................................................................................................................67
Fig. III.15
résultat de simulation du FAP trois niveaux avant et après filtrage ............................69
Fig. III.16
résultat de simulation du FAP trois niveaux avec charge R-L ....................................70
Fig. III.17
résultat de simulation du FAP trois niveaux avec charge R-L ....................................71
Fig. III.18
résultat de simulation du FAP trois niveaux avec charge R-C ....................................72
Fig. III.19
résultat de simulation du FAP trois niveaux avec charge R-C ....................................73
Liste des tableaux
LISTE DES TABLEAUX
Tab. I.1
Niveau de compatibilité pour les tensions harmoniques individuelles sur les réseaux
basse tension .......................................................................................................................................11
Tab. I .2
Conséquences des creux de tension sur quelques équipements électriques sensibles ...14
Tab. II.1
Obtention des deux niveaux de tension en fonction des états des interrupteurs ...........28
Fig. II.2
Obtention des deux niveaux de tension pour toutes les combinaisons possibles ..........29
Fig. II.3
Obtention des trois niveaux de tension en fonction des états des interrupteurs ............30
Fig. II.4
Obtention des trois niveaux de tension pour toutes les combinaisons possible ............31
Fig. II.5
Les valeurs des éléments de FAP deux niveaux ...........................................................45
Fig. II.6
Les valeurs des éléments de FAP trois niveaux ............................................................48
Fig. III.1
Choix des opérateurs du mécanisme d’inférence ..........................................................66
Fig. III.2
Tableau d’inférence .......................................................................................................68
Fig. III.3
Les valeurs des éléments de FAP trois niveaux .............................................................68
Fig. III.4
comparaison entre deux niveaux et trois niveaux ..........................................................74
Liste des abréviations et sigles
LISTE DES ABRÉVIATIONS ET SIGLES
BT
Basse tension
Cdc
Condensateur du bus continue
CEI
Commission Electrotechnique Internationale
D
Puissance Déformante.
FAP
Filtre Actif Parallèle.
FAS
Filtre Actif Parallèle.
F.P
Facteur de puissance.
FPB
Filtre Passe Bas.
FPH
Filtre Passe Haut.
Ic
Valeur efficace du courant de la charge.
If
Valeur efficace du courant injecté par le FAP.
Ih
Valeur efficace du Courant harmonique du rang h.
UPQC
Unified power quality conditioner.
GTO
Gate turn off.
IGBT
Insolated Gate Bipolar Transistor.
MOSFET
Metal oxide Semiconductor Field Effect Transistor.
PLL
Phase locked loop.
FFT
Fast Fourier transform.
FMV
Filtre Multi-Variable
Is
Valeur efficace du courant de la source.
Iα
Courants instantanés suivant l’axe.
Iβ
Courants instantanés suivant l’axe.
Lc
Inductance du réseau couté charge Liste des Abréviations et Sigles.
Lf
Inductance de couplage.
Ls
Inductance du réseau couté source.
Liste des abréviations et sigles
Pdc
Puissance absorbée par le condensateur.
PI
Proportionnel-Intégral.
p(t)
Valeur instantanée de la puissance réelle.
q(t)
Valeur instantanée de la puissance Imaginaire.
Rc
Résistance du réseau couté charge.
Rf
Résistance de couplage.
Rs
Résistance du réseau couté source.
THD
Taux de Distorsion Harmonique.
Si
Etat de l’interrupteur i (ouvert ou fermé).
Vdc
Tension aux bornes du condensateur.
Vf
Tension simple efficace à la sortie du filtre.
Vs
Tension simple efficace de la source.
Vα
Tensions instantanés suivant l’axe.
Vβ
Tensions instantanés suivant l’axe.
α, β
Axes et du repaire de Concordia.
INTRODUCTION
GENERALE
Introduction générale
INTRODUCTION GENERALE
Ces dernières années, l’expansion de l’emploi dans l’industrie des charges non-linéaires à
base de l’électronique de puissance a entraîné de plus en plus de problèmes liés aux perturbations
ou distorsions harmoniques des réseaux électriques. Ce phénomène touche l’ensemble des
secteurs industriels (utilisation de gradateurs, de redresseurs, de variateurs de vitesse,….),
tertiaire (informatique ou éclairage des bureaux, commerce,…) et domestique (téléviseurs,
appareils électroménagers grand public,…).
Les perturbations au niveau du réseau électrique causé par des charges non linéaires qui
sont les convertisseurs statiques (redresseurs, gradateurs, onduleurs, cycloconvertisseurs…..),
consomment des courants non sinusoïdaux et de la puissance réactive, malgré que la source est
sinusoïdale ce qui contribue à la pollution du réseau électrique. Ces perturbations ont bien
entendu des conséquences néfastes sur les équipements électriques, lesquelles peuvent aller d’un
fort échauffement ou d’un arrêt soudain des machines tournantes jusqu’à la destruction totale de
ces équipements.
De ce fait, les distributeurs de l’énergie électrique se voient donc obligées d’imposer des
normes et de se protéger contre ces perturbations. Des normes sur les harmoniques ont été
proposées par la commission internationale d’électrotechnique IEC61000, et par les
recommandations IEEE Std. 519-1992.[1],[2],[3].
Pour faire face au phénomène des perturbations harmoniques, plusieurs solutions ont été
proposées, nous citions le filtre passif parallèle, le filtre passif série, le filtre actif parallèle, le
filtre actif série et combinaison parallèle-série actif…etc.
Les méthodes traditionnelles de réduction des harmoniques impliquent l’utilisation des
filtres passifs piégeurs des courants harmoniques à base des circuits LC calculés en concordance
avec les rangs d’harmonique à filtrer Ils peuvent également être utilisés pour compenser la
puissance réactive. Cependant, le filtrage passif pose certains problèmes : manque d’adaptabilité
lors de variations de l’impédance du réseau, de la charge et résonance possible avec l’impédance
du réseau et dans certains cas défavorables où cette résonance est excitée, celle-ci peut entraîner
une tension harmonique élevée et un courant harmonique important dans la capacité du filtre et
dans le réseau. Ainsi, cette solution présente un inconvénient majeur qui peut être intolérable
dans ces circonstances particulières.[3],[4].
1
Introduction générale
Une autre solution consiste à mettre en œuvre un filtrage actif afin d’éviter les
inconvénients des filtres passifs, qui est chargé à l’annulation des courants harmoniques
prévenants sur le réseau électrique. Le principe du filtre actif parallèle consiste à générer des
courants harmoniques en opposition de phase à ceux existants sur le réseau. Le courant absorbé
par les charges polluantes est non-sinusoïdal, alors que le courant généré par le filtre actif
parallèle est tel que le courant du réseau soit sinusoïdal, Une seconde approche consiste en la
connexion du filtre actif en série avec le réseau : il se comporte alors comme un générateur de
tension qui impose une tension harmonique telle que, additionnée à celle du réseau, la tension au
point de connexion soit rendue sinusoïdale.[3],[4],[5].
L’objectif de ce travail étant le filtrage actif parallèle des harmoniques dans le réseau
électrique, à partir de l’utilisation de l’onduleur de deux et trois niveaux pour minimiser les
harmoniques dans ce réseau.
Ce mémoire sera divisé en quatre chapitres :
Le premier chapitre est consacré à la description des différentes perturbations induites sur
les réseaux de distribution, leurs origines et leurs conséquences.
Pour le traitement des
perturbations sur le réseau, on avoir dans ce chapitre les déférentes solutions de filtrage
traditionnel et moderne.
Dans le second chapitre, nous avons étudié la structure du filtre actif parallèle à base
d’onduleur de tension commandé par hystérésis, ou on a utilisé la méthode des puissances
instantanées pour l’identification des courants harmoniques. Les résultats de simulation obtenus
à partir Matlab Simulink (Power Systems) du filtre actif parallèle à onduleur deux niveaux et du
filtre actif parallèle à onduleur trois niveaux en utilisant le régulateur classique sont présentées à
la fin de ce chapitre.
Au dernier chapitre, on a appliqué la technique de la logique floue sur le filtre actif
parallèle, avec un MLI floue et régulateur floue de tension continue à la liaison continue de
l’onduleur dans le but d’améliorer les performances du filtre.
En fin le travail est clôturé par une conclusion générale et des perspectives d’avenir.
2
CHAPITRE I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
I.1.) INTRODUCTION
le distributeur d’énergie délivre l’énergie électrique sous forme d’un système triphasé
de tensions sinusoïdales. Les paramètres caractéristiques de ce système sont
la fréquence,
l’amplitude et la forme d’onde, qui doit être sinusoïdale. Tout écart par rapport à cet objectif en
dépassant le seuil établi dans les normes représente une perturbation qui peut être gênante
pour le fonctionnement des charges connectées.
Les harmoniques générés sont des perturbations permanentes affectant la forme
d’onde de la tension ou du courant du réseau. Ces perturbations se superposent à l’onde
fondamentale. Elles ont donc pour conséquence de modifier l’onde de tension ou de courant ce
qui se traduit par une dégradation du facteur de puissance et/ou par la génération de
courants et de tensions alternatives de fréquence différente de celle du fondamental. Il existe
plusieurs solutions pour la dépollution du réseau électrique ou l’élimination des harmoniques.
Dans ce chapitre, nous étudierons les caractéristiques générales des perturbations
électriques, ainsi nous détaillerons les origines, les conséquences matérielles et les limites
tolérées et imposées par les normes internationales de ces perturbations. A la fin de ce chapitre,
nous présentons les solutions mises en œuvre pour dépolluer le réseau électrique.
I.2.) CARACTERISTIQUES DES PERTURBATIONS ELECTRIQUES
L’énergie électrique est délivrée sous forme d’un système de tensions, alternatif,
triphasé, qui est caractérisé par :

la fréquence,

l’amplitude des trois tensions,

la forme d’onde qui doit être la plus proche possible d’une sinusoïde,
La qualité de la tension peut être affectée, soit par des perturbations aléatoires à
caractère accidentel, soit par des perturbations existantes en permanence ou pendant
des
instants de durées bien déterminées. Ces défauts se manifestent sous forme de différentes
perturbations affectant un ou plusieurs paramètres précédemment définis. On a donc quatre
possibilités distinctes de perturbations :

les fluctuations de la fréquence à 50 Hz : elles sont rares et ne sont observées que lors
de circonstances exceptionnelles, par exemple certains défauts graves du réseau, au
niveau de la production ou du transport;

les variations de l’amplitude : il ne s’agit pas des variations lentes de tension qui sont
de tension ou de creux de tension se présentant souvent sous forme d’à-coups corrigées
4
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
par les transformateurs de réglage en charge, mais de variations rapides brusques.
Les creux de tension peuvent être soit isolés, soit plus ou moins répétitifs, de forme
régulière ou non;

la modification de la forme d’onde de la tension : cette onde n’est alors plus
sinusoïdale et peut être représenté par une onde fondamentale à 50 Hz, associée soit
à des harmoniques de fréquence multiple entier de 50 Hz, soit même parfois à des ondes
de fréquence quelconque;

la dissymétrie du système triphasé : que l’on appelle déséquilibre. On peut, en plus,
mentionner un type particulier de perturbations difficile à classer puisqu’il concerne tout
à la fois l’amplitude et la forme d’onde : ce sont les variations transitoires d’amplitudes
dont la durée est inférieure à 10 ms;
Afin de bien analyser les pollutions des réseaux électriques en basse tension et par
conséquent de trouver les meilleures méthodes de dépollution, on va distinguer deux types de
perturbations, à savoir les perturbations de courant et celles de la tension.
Les courants perturbateurs comme les courants harmoniques, les courants déséquilibrés et la
puissance réactive sont majoritairement émis par des charges non linéaires, à base d’électronique
de puissance. La puissance réactive peut être aussi consommée par des charges linéaires
inductives comme les moteurs asynchrones qui sont largement présents dans les sites industriels.
Les perturbations de tension comme les creux, les déséquilibres et les harmoniques de
tension trouvent généralement leurs origines dans le réseau électrique lui-même mais parfois
également dans les charges.
Ces types de perturbation ont des effets très néfastes sur les équipements électriques. Ces
effets peuvent aller des échauffements ou de l’arrêt des machines tournantes jusqu’à la
destruction totale de ces équipements.
I.3.) PERTURBATIONS HARMONIQUES EN COURANT ET EN TENSION
I.3.1.) Définition
Un
harmonique
est
défini
comme
étant une composante sinusoïdale d’un signal
périodique, ayant une fréquence multiple de l’onde fondamentale. Le domaine des fréquences
qui corresponde à l’étude des harmoniques est généralement compris entre 100 Hz et 2000 Hz
(entre les harmoniques de rangs h=2 et h=40). Il peut exister dans la tension des réseaux des sous
harmoniques [1].
5
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
L’amplitude de rang 1 est appelée la composante fondamentale du signal électrique
périodique; dans notre cas c’est la (50 Hz ou 60 Hz). L’harmonique d’ordre zéro correspond à la
composante directe du signal, l’amplitude de chaque harmonique est inversement
proportionnelle à son ordre.
Les
premiers
rangs
harmoniques
tel que (5,7) ont des amplitudes élevées, d’où
l’importance des courants injectés, raison pour laquelle il faut limiter ces harmoniques dans les
normes.[6]
I.3.2.) Décomposition d’un signal
L’analyse de Fourier permet de quantifier la distorsion harmonique d’un signal. Un signal
périodique (tension ou courant) de forme quelconque et de fréquence
se décompose en une
somme de signaux sinusoïdaux dont chacun a une fréquence, dite harmonique, qui est un
multiple entier de la fréquence fondamentale .
Ce multiple est appelé rang harmonique. Un exemple de cette décomposition est donné sur
les figures (I.1.a, b, c, d, e).
300
200
I(A)
100
0
-100
-200
-300
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
(a)
=
300
200
I(A)
100
0
-100
-200
-300
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
(b)
+
6
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
100
I(A)
50
0
-50
-100
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
(c)
+
60
40
I(A)
20
0
-20
-40
-60
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
(d)
+
40
I(A)
20
0
-20
-40
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
(e)
Fig. I.1.Décomposition d’un signal
a. Signal composé f=50Hz
b. Signal de fondamentale =50Hz
c. Signal d’harmonique 3 =150Hz
d. Signal d’harmonique 5 = 250Hz
e. Signal d’harmonique 7 = 350Hz
I.3.3.) Origine des harmoniques
Les harmoniques sont la superposition sur l’onde fondamentale à 50Hz, d’ondes
également sinusoïdales mais de fréquences multiples de celle du fondamental. Les charges
domestiques et industrielles non linéaires tels que les appareils d’éclairage fluorescent, les
fours à arcs, les redresseurs...etc. représentent la plus grande majorité de sources d’harmoniques.
Dans le cas d’une modulation alternative à basse fréquence du courant de charge,
comme c’est le cas avec le cycloconvertisseur, des composantes sous- harmoniques de
rangs inférieurs à 1 et des composantes inter-harmoniques de rangs non multiples ou sous –
multiples entiers du fondamental apparaissent [7].
7
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
I.3.4.) Conséquences des harmoniques
De nombreux effets des harmoniques sur les installations et les équipements électriques
peuvent être cités. Les effets les plus importants sont l’échauffement, l’interférence avec les
réseaux de télécommunication, les défauts de fonctionnement de certains équipements
électriques et le risque d’excitation de résonance :

L’échauffement : Les pertes totales par effet Joule sont la somme de celles du fondamental
et des harmoniques :
Avec :
 I : courant total.


: courant harmonique de rang h qui représente le fondamental pour h=1.
R : résistance traversée par le courant I.
Les harmoniques augmentent aussi les pertes fer (pertes par courants de Foucault). Ils
prennent de l’importance dans les matériels utilisant les circuits magnétiques (moteurs,
transformateurs...etc.)
Le vieillissement des isolants est souvent dû à une contrainte en tension consécutive à la
présence de la tension harmonique et donc à une augmentation locale du courant de fuite, ou
encore à l’échauffement exagéré dans les conducteurs.
 L’interférence avec les réseaux de télécommunication : Le couplage électromagnétique entre
les réseaux électriques et de télécommunication peut induire dans ces derniers des bruits
importants. Dans le cas de résonances, une partie des réseaux de télécommunication peut être
rendue inutilisable [8],[9].

Les défauts de fonctionnements de certains équipements électriques : En présence des
harmoniques, la tension ou le courant peut changer plusieurs fois de signe dans une demipériode; par conséquent, tout appareil dont le fonctionnement est basé sur le passage par zéro des
grandeurs électriques (appareils utilisant la tension comme référence) peut être perturbé.

Le risque d’excitation de résonance : Les fréquences de résonance des circuits formés par des
inductances du transformateur et des câbles sont normalement élevées. Ce n’est pas le cas
lorsque des batteries de capacité sont raccordées au réseau pour relever le facteur de puissance;
8
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
les fréquences de résonance peuvent devenir assez faibles et coïncider ainsi avec celles des
harmoniques engendrés par les convertisseurs statiques. Dans ce cas, il y aura des phénomènes
d’amplification d’harmoniques.
Différentes grandeurs sont définies pour chiffrer ces perturbations. Parmi celles-ci les plus
utilisées sont :

le taux harmonique de rang h :
(I.2)
Où

représente la composante harmonique de rang h.

représente la composante fondamentale.
Le taux global de distorsion harmonique :
En général, les harmoniques pris en compte dans un réseau électrique sont inférieurs à
2500 Hz, ce qui correspond au domaine des perturbations basses fréquences au sens de la
normalisation. Les harmoniques de fréquence plus élevée sont fortement atténués par l'effet de
peau et par la présence des inductances de lignes. De plus, les appareils générant des
harmoniques ont, en grande majorité un spectre d'émission inférieur à 2500 Hz, c'est la raison
pour laquelle le domaine d'étude des harmoniques s'étend généralement de 100 à 2500 Hz, c’està-dire des rangs 2 à 50 [8].

le facteur de puissance :
Normalement, pour un signal sinusoïdal le facteur de puissance est donné par le rapport
entre la puissance active P et la puissance apparente S. Les générateurs, les transformateurs, les
lignes de transport et les appareils de contrôle et de mesure sont dimensionnés pour la tension et
le courant nominaux. Une faible valeur du facteur de puissance se traduit par une mauvaise
utilisation de ces équipements.
9
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
Dans le cas où il y a des harmoniques, une puissance supplémentaire appelée la puissance
déformante (D), donnée par la relation (I.4), apparaît comme le montre le diagramme de Fresnel
de la Figure (I.2).
Le facteur de puissance (F.P.) devient :
On voit bien que les harmoniques affectent aussi le facteur de puissance.
Fig. I.2. Diagramme de Fresnel des puissances
I.3.5.) Réglementation
Afin de concilier le distributeur et le consommateur, des normes ont été étudiées. Elles
régissent l’immunité des équipements aux harmoniques. Par exemple la norme CEI 10002-2 pour les équipements raccordés à un réseau basse tension permet de garantir à l’utilisateur
un fonctionnement de l’équipement sur un réseau perturbé dans certaines limites. Un extrait de
la norme CEI 1000-2-2 est donné au tableau (I.1) [10],[11].
10
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
Tab. I.1. Niveau de compatibilité pour les tensions harmoniques individuelles sur les réseaux basse
tension
Harmoniques impairs non
multiples de 3
Harmoniques impairs
multiples de 3
Harmoniques pairs
Rang
Tension
Rang
Tension
Rang
Tension
Harmonique Harmonique Harmonique Harmonique Harmonique Harmonique
h
%
h
%
h
%
5
6
3
5
2
2
7
5
9
1,5
4
1
11
3,5
15
0,3
6
0,5
13
3
21
0,2
8
0,5
17
2
>21
0,2
10
0,5
19
1,5
12
0,2
23
1,5
>12
0,2
25
1,5
>25
0,2+0,5*25/h
I.4.) DESEQUILIBRE DU COURANT ET DE LA TENSION
I.4.1) Origine du déséquilibre
Les harmoniques sont la superposition sur l’onde fondamentale à 50Hz, d’ondes également
sinusoïdales mais de fréquences multiples de celle du fondamental. Les charges domestiques et
industrielles non linéaires tels que les appareils d’éclairage fluorescent, les fours à arcs, les
redresseurs...etc. représentent la plus grande majorité des sources d’harmoniques.
Dans le cas d’une modulation alternative à basse fréquence du courant de charge, comme
c’est le cas avec le cycloconvertisseur, des composantes sous-harmoniques de rangs inférieurs à
1 et des composantes inter-harmoniques de rangs non multiples ou sous –multiples entiers du
fondamental apparaissent [7].
Un récepteur triphasé électrique déséquilibré et que l’on alimente par un réseau triphasé
équilibré conduit a déséquilibré le courant dans les impédances du réseau. Ceci est fréquent pour
11
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
les réceptrices monophasées basses tensions. Mais cela peut également être engendré, à des
tensions plus élevées, par des machines à souder, des fours à arc ou par la traction ferroviaire.
I.4.2.) Conséquences du déséquilibre
En général le déséquilibre engendre des dégradations des performances des machines
électriques, un vieillissement accéléré des isolants, la production de courants de ligne ayant des
fréquences non caractéristiques [12].
Il est plus intéressant d'aborder le problème du déséquilibre par type d'équipement. Le
déséquilibre d’une installation triphasée peut entraîner un dysfonctionnement des appareils
de basses tensions connectés [13] :

Mauvais fonctionnent d’un appareil monophasé alimenté par une tension très faible
(lampe à incandescence qui fournit un mauvais éclairage),

Destruction d’un appareil monophasé alimenté par une tension trop élevée, il peut être
détruit (claquage d'un filament de lampe par surtension).
Concernant les dispositifs triphasés d’électronique de puissance, principalement les
ponts redresseurs, le fonctionnement en présence de déséquilibre entraîne l'apparition
de
composantes harmoniques non caractéristiques, notamment des harmoniques de rang
multiple de 3. L’apparition de ces courants harmoniques peut poser des problèmes, comme la
génération d’une antirésonance lors du filtrage de l’harmonique de rang 5. Outre les effets
classiques des harmoniques, ces fréquences non caractéristiques peuvent conduire, dans
certains cas, au blocage de la commande.
La conséquence des composantes inverses sur les machines tournantes est la création d’un
champ tournant en sens inverse du sens de rotation normal, d'où un couple de freinage
parasite et des pertes supplémentaires qui provoquent l’échauffement de la machine.
Concernant l'effet du déséquilibre homopolaire, il faut signaler le risque d'échauffement du
conducteur neutre dans un réseau BT qui, lorsque le conducteur est d'un diamètre trop faible,
peut provoquer une rupture du conducteur ou un incendie.
I.4.3.) Réglementation
Le déséquilibre en tension est caractérisé par le taux de déséquilibre de tension
donné par le rapport des amplitudes des tensions inverse et directe :
12
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
D’après le contrat EMERAUDE, EDF s’engage à fournir, aux clients raccordés aux
réseaux HTA (1 à 50 kV) et HTB (50 à 130 kV), une tension dont le taux de déséquilibre moyen
ne dépasse pas 2 % [2].
Le fournisseur EDF, à travers le contrat EMERAUDE, permet aux clients de s’alimenter au
réseau électrique sans réserve pour des charges perturbatrices inférieures ou égales à :
 500 kVA pour une puissance de court-circuit de 40 MVA de 1 à 50 kV,

4 MVA pour une puissance de court-circuit de 400 MVA de 63 à 90 KV.

15 MVA pour 1500 MVA de puissance de court-circuit à 225 kV.
Cependant EDF demandera aux clients qui ne sont pas couverts par ces champs de ne pas
provoquer un taux de déséquilibre supérieur à 1 % [2].
I.5.) LES CREUX DE TENSION
I.5.1.) Origine des creux de tension
Un creux de tension est une diminution brusque de l’amplitude de la tension (de 10% à
90%) pendant un temps allant de 10 millisecondes à quelques secondes. Les creux de tension
sont dus, en général, à des défauts dans les réseaux tant publics que particuliers. Ils
apparaissent, aussi, lors de manœuvres d’enclenchement mettant en jeu des courants de forte
intensité, ou lors du déclenchement d’une protection suite à l’apparition d’un défaut dans le
réseau. Il y a deux types de phénomènes à l’origine des creux de tension :

Les creux provenant du fonctionnement d’appareils à charge fluctuante ou de la mise en
service
d’appareils
appelant
un
courant
élevé
au
démarrage
(moteurs,
transformateurs…etc.).

Les creux liés aux phénomènes aléatoires, comme la foudre ou tous les courts circuits
accidentels sur les réseaux de distribution ou les réseaux internes des clients (défaut
d’isolation, protection de branches sur les lignes aériennes…etc).
Une coupure brève est une disparition totale de la tension pendant une courte durée qui
n’excède par 1 minute. Ces coupures sont dues au fonctionnement du système de
protection des réseaux aériens évitant ainsi des coupures longues.
13
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
I.5.2.) Conséquences des creux de tension
Les creux de tension sont susceptibles de perturber le fonctionnement de certaines
installations industrielles et tertiaires. En effet, ce type de perturbation peut causer des
dégradations de fonctionnement des équipements électriques qui peuvent aller jusqu’à la
destruction totale de ces équipements. Le tableau (I.2) résume les conséquences néfastes
causées par les creux de tension sur quelques matériels industriels et tertiaires sensibles [14].
Tab. I.2. Conséquences des creux de tension sur quelques équipements électriques sensibles.
Types d’appareils
Eclairage
Systèmes à base d’électronique
de puissance
Dispositifs de protection
Moteurs asynchrones
Moteurs synchrones
Variateurs de vitesse pour un
moteur à courant continu
Variateurs de vitesse pour un
moteur asynchrone
Conséquences néfastes
Moins de luminosité, extinction et réallumage (lampes à
arc)
Arrêt du dispositif
Ouverture des contacteurs
Ralentissements, décrochage, surintensité au retour de la
Tension
Perte de synchronisme, décrochage et arrêt du moteur
 En mode onduleur : destruction des protections
 En mode redresseur : ralentissement de la machine
Ralentissement, décrochage, surintensité au retour de la
tension, destruction éventuelle de matériel au niveau du
convertisseur
I.5.3.) Réglementation
L’engagement d’EDF, à travers le contrat EMERAUDE, se présente sous forme de
seuils, les creux de tension étant caractérisés par leur profondeur et leur durée, avec des limites
de 30% et de 600 ms, comme le montre la figure (I.3).
Fig. I.3. Engagement EMERAUDE sur les creux de tension.
14
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
I.6.) SOLUTIONS DE DEPOLLUTION DE RESEAU ELECTRIQUE
Deux types de solutions sont envisageables. La première consiste à utiliser des
convertisseurs statiques moins ou peu polluants, tandis que la seconde consiste en la mise en
œuvre d’un filtrage des composantes harmoniques. La première classe de solutions s’intéresse à
la conception tandis que la seconde consiste à compenser les courants ou les tensions
harmoniques [15]. Deux groupes de solutions de dépollution pour compenser toutes les
perturbations peuvent être distingués : les solutions traditionnelles et les solutions modernes.
I.6.1.) Solutions de dépollution traditionnelles
Suivant les types de perturbation, courant et tension, deux solutions traditionnelles de
dépollution sont analysées.
a. Dépollution des courants perturbateurs
Afin de dépolluer les réseaux électriques de ce type de perturbation, plusieurs solutions ont
été introduites dans la littérature.

Rééquilibrage des courants du réseau électrique
Puisque les courants déséquilibrés dans un réseau électrique basse tension résultent
généralement des charges monophasées et biphasées mal réparties, la première solution est la
répartition égale des charges sur les trois phases.
Une autre solution est l’installation d’un compensateur passif composé d’inductance et de
condensateur. La figure (I.4) montre ce compensateur, appelé montage de Steinmetz [13]. Ce
montage permet de présenter à 50 Hz une impédance équilibrée. Cependant, le montage de
Steinmetz provoque un fort déséquilibre pour des fréquences différentes de 50 Hz, avec des
résonances qu’il faut éviter d’exciter à proximité d’un générateur d’harmoniques.
Fig. I.4. Montage de Steinmetz pour le rééquilibrage.
15
Chapitre I

Perturbation et dépollution des réseaux électriques
Compensation de la puissance réactive
La puissance réactive est majoritairement consommée par les moteurs asynchrones et plus
récemment par des dispositifs à base d’électronique de puissance. Différentes méthodes de
compensation sont utilisées pour relever le facteur de puissance. La plus simple consiste à place
des batteries de condensateurs en parallèle avec le réseau. L’inconvénient de cette méthode
réside dans le fait que la puissance réactive fournie par les condensateurs est constante et qu’elle
ne s’adapte pas à l’évolution du besoin.

Compensation des courants harmoniques
Plusieurs solutions existent pour limiter la propagation et l’effet des harmoniques dans les
réseaux électriques :

l’augmentation de la puissance de court-circuit du réseau et l’utilisation de convertisseurs
peu polluants qui ont pour effet de diminuer la distorsion harmonique,

l’utilisation de dispositifs de filtrage pour réduire la propagation des harmoniques
produits par des charges non linéaires.
Le filtrage consiste à placer en parallèle sur le réseau d’alimentation une impédance de
valeur très faible autour de la fréquence à filtrer et suffisamment importante à la fréquence
fondamentale du réseau. Parmi les dispositifs de filtrage les plus répandus, on distingue le filtre
passif résonnant la figure (I.5) et le filtre passif amorti ou passe-haut la figure (I.6).
Fig. I.5.a. Filtre passif résonant.
b. Branchement d’un filtre résonnant.
16
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
Fig. I.6.a. Filtre passif amorti.
b. branchement d’un filtre passif amorti.
Le filtre résonnant est un filtre très sélectif. Il peut se connecter en parallèle avec d’autres
filtres résonnants.
Le filtre passe-haut compense les harmoniques supérieurs ou égaux à sa fréquence propre. Il
peut se connecter en parallèle avec d’autres filtres résonnants. Ces dispositifs sont utilisés pour
empêcher les courants harmoniques de se propager dans les réseaux électriques. Ils peuvent aussi
être utilisés pour compenser la puissance réactive.
Malgré leur large utilisation dans l’industrie, ces dispositifs peuvent présenter beaucoup
d’inconvénients:

La variation de l’impédance de la source influe considérablement sur les caractéristiques
de filtrage.

La résonance parallèle entre le filtre passif et la source produit des amplifications de
courants harmoniques du coté de la source à des fréquences spécifiques.

Le fonctionnement en parallèle de plusieurs filtres passifs accordés sur un rang
théoriquement égal, entraîne la circulation de courants harmoniques très importants qui
provoquent rapidement leur destruction.

La présence d’un filtre harmonique raccordé à un réseau d’un niveau de tension donné
nécessite de déconnecter tous les condensateurs raccordés au même réseau sous peine de
destruction.
17
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
b. Dépollution des tensions perturbatrices
Les tensions perturbatrices dans un réseau électrique basse tension sont principalement les
creux de tension, les tensions harmoniques et les tensions déséquilibrés. Ces deux dernières sont
généralement causées par la circulation des courants harmoniques et/ou déséquilibrés.
Pour dépolluer les réseaux électriques de ces deux types de perturbation, on peut limiter la
circulation des courants perturbateurs en utilisant les solutions traditionnelles présentées
précédemment dans le cas des perturbations de courant.
Quant aux creux de tension, la solution la plus fréquente dans les milieux sensibles
(hôpitaux, sites industriels…etc.) est d’utiliser des groupes électrogènes qui se substituent au
réseau électrique. Mais la limitation de la puissance de ces groupes ainsi que la qualité médiocre
de l’énergie électrique fournie restent un problème.
I.6.2.) Solutions de dépollution modernes
Ces solutions sont proposées comme des solutions efficaces de dépollution des
réseaux électriques afin de traiter les inconvénients inhérents aux solutions traditionnelles
comme les filtres passifs (non adaptatifs aux variations de la charge et du réseau, phénomènes
de résonance). Parmi toutes les solutions modernes, on trouve deux types de structures
classiquement utilisées :

Le filtre actif (série, parallèle ou bien encore associant les deux)

Le filtre actif hybride (série, parallèle).
Le but de ces filtres actifs est de générer soit des courants, soit des tensions harmoniques de
manière à ce que le courant ou la tension redevienne sinusoïdal. Le filtre actif est connecté au
réseau soit en série (FAS), soit en parallèle (FAP) suivant qu’il est conçu respectivement pour
compenser les tensions ou les courants harmoniques, soit associé à des filtres passifs.
Pour fournir aux consommateurs une énergie électrique de qualité, même dans les
conditions de fonctionnement les plus perturbées, les filtres actifs sont proposés comme des
solutions de dépollution des réseaux électriques [16],[17]. Dans la suite, différentes topologies
de filtres actifs usuels sont présentées.
18
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
I.6.2.1.) Filtre actif parallèle (FAP)
Le FAP se connecte en parallèle avec le réseau et injecte en temps réel les
composantes harmoniques des courants absorbés par les charges non linéaires connectées au
réseau. Ainsi, le courant fourni par la source d'énergie devient sinusoïdal.
Fig. I.7. Filtre actif parallèle
I.6.2.2.) Filtre actif série (FAS)
Le rôle d’un FAS est de modifier localement l’impédance du réseau. Il se comporte comme
une source de tension harmonique qui annule les tensions perturbatrices (creux,
déséquilibre, harmonique) venant de la source et celles générées par la circulation de courants
perturbateurs à travers l’impédance du réseau. Ainsi, la tension aux bornes de la charge peut être
rendue sinusoïdale. Cependant, le FAS ne permet pas de compenser les courants harmoniques
consommés par la charge.
Fig. I.8. Filtre actif série
19
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
I.6.2.3.) Combinaison parallèle-série des filtres actifs
La figure (I.9) illustre l’association de deux filtres actifs parallèle et série, également
appelée «Unified Power Quality Conditioner » (UPQC). Cette structure bénéficie des avantages
des deux types de filtres actifs série et parallèle. Ainsi, elle permet d’assurer simultanément un
courant sinusoïdal et une tension du réseau électrique également sinusoïdale [2].
Fig. I.9. Combinaison parallèle-série actifs (UPQC)
I.6.2.4.) Filtre hybride
Le filtre hybride est une topologie de filtre qui combine les avantages des filtres passifs et
des filtres actifs. Pour cette raison, il est considéré comme l’une des meilleures solutions pour
filtrer les harmoniques de courant des réseaux de distribution. Une des principales raisons de
l’utilisation du filtre actif hybride est liée au développement des semi- conducteurs de puissance
tels que les transistors de puissance de types MOSFET ou IGBT. De plus, du point de vue
économique, le filtre hybride présente un atout majeur : il permet de réduire le coût du filtre
actif, actuellement l’obstacle majeur à l’utilisation de filtres actifs [18].
Ces dernières années, de nombreuses topologies de filtres hybrides associées à
différentes stratégies de commandes ont été présentées dans la littérature scientifique afin
d’améliorer la qualité de l’énergie mais surtout pour réduire le dimensionnement du filtre actif
de puissance et par conséquent son coût. Les filtres hybrides peuvent être classés selon
le nombre d’éléments mise en œuvre dans la topologie étudiée (filtres actifs et filtres passifs), le
système traité (monophasé, triphasé trois fils et triphasé quatre fils) et le type d’onduleur
utilisé (structure tension ou courant). La figure (I.10) présente quelques configurations de filtres
hybrides selon le type de système étudié et les éléments associés [19].
20
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
Fig. I.10. Classification des filtres hybrides.
La configuration traditionnelle du filtre hybride comprend un filtre actif et un filtre passif.
Selon le mode d’association des filtres passifs aux filtres actifs, le filtre hybride se
décline en plusieurs configurations décrites ci-après.
a.) Combinaison série d’un filtre actif parallèle et d’un filtre passif
Dans cette configuration, les deux filtres actif et passif sont directement connectés en série,
sans l’intermédiaire d’un transformateur. L’ensemble est connecté en parallèle sur le
réseau comme ci-dessous la figure (I.11).
Fig. I.11. Combinaison série d’un filtre actif parallèle et d’un filtre passif.
Dans ce cas, le filtre passif se comporte comme une impédance faible à la fréquence
d’accord et comme une grande impédance à la fréquence fondamentale. Ce système
présente deux avantages : le dimensionnement en puissance du filtre actif est encore plus réduit
21
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
du fait que le courant qui le traverse est plus faible et le filtre actif est à l’abri d’un éventuel
court-circuit de la charge [2],[22].
b.) Combinaison parallèle d’un filtre actif parallèle et d’un filtre passif
Dans cette topologie, le filtre actif est connecté en parallèle avec le filtre passif. Tous deux
sont également en parallèle avec la charge. Le filtre actif parallèle sert à compenser les courants
harmoniques basses fréquences émis par la charge polluante alors que le filtre passif, accordé
sur une fréquence harmonique élevée, permet de compenser les harmoniques hautes fréquences
[22].
Fig. I.12. Combinaison parallèle d’un filtre actif parallèle et d’un filtre passif.
c.) Combinaison d’un filtre actif série et d’un filtre passif
Cette structure permet de réduire les risques d’antirésonance entre les éléments des
filtres passifs et l’impédance du réseau. Dans ce cas, le filtre actif série agit comme une
résistance vis-à-vis des courants harmoniques et les oblige à circuler dans le filtre passif, tout en
restant transparent à la fréquence fondamentale. La figure (I.13) illustre cette topologie [1].
Fig. I.13. Combinaison d’un filtre actif série et d’un filtre passif.
22
Chapitre I
Perturbation et dépollution des réseaux électriques
I.7.) CONCLUSION
Dans ce chapitre, nous avons présenté différents types de perturbations affectant l’onde de
tension et du courant du réseau électrique. Comme nous avons pu le constater, les harmoniques
et les déséquilibres de courant et de tension, la puissance réactive et les creux de tension ont des
effets néfastes sur les équipements électriques. Ces effets peuvent aller des échauffements et de
la dégradation du fonctionnement jusqu’à la destruction totale de ces équipements.
Pour diminuer les effets de ces perturbations harmoniques, on a présenté les différentes
solutions traditionnelles et modernes de dépollution . Les solutions classiques ne sont pas
très efficaces pour traiter ce problème ; les technologies mises en œuvre, telles que les
filtres passifs, sont souvent pénalisantes en termes d’encombrement et de résonance. De plus, les
filtres passifs ne peuvent pas s’adapter à l’évolution du réseau et des charges polluantes. En ce
qui concerne les solutions modernes, nous avons présenté les deux topologies utilisées, le filtre
actif et le filtre hybride. Ces topologies ont pour but de générer soit des courants, soit des
tensions harmoniques de manière à ce que le courant et la tension du réseau redeviennent
sinusoïdaux.
23
CHAPITRE II
Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie
de commande et régulation
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
II.1.) INTRODUCTION
Pour réduire les harmoniques au niveau de la source nous proposons dans ce travail le
filtrage actif parallèle, vu ses avantages, tel que l’adaptation aux variations de la charge.
Le filtre actif est un onduleur de tension qui traité l’élimination des harmoniques. Il doit
donc, absorber des courants éliminant les harmoniques crée par le pont redresseur. Cette
structure à pour vocation d’éliminer de façon active tout ou une partie des harmoniques de
courant, l’utilisation des onduleurs pour filtrage actif, suppose l’emploi des fréquences de
découpages très supérieure aux fréquences harmoniques que l’on veut éliminer.
Dans ce chapitre nous présenterons en principalement la définition et la structure de filtre
actif parallèle.
II.2.) PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Le filtre actif connecté en parallèle sur le réseau, comme le montre la figure (II.1), est le
plus souvent commandé comme un générateur de courant [22,23,24]. Il injecte dans le réseau des
courants perturbateurs égaux à ceux absorbés par la charge polluante, mais en opposition de
phase avec ceux-ci. Le courant côté réseau est alors sinusoïdal. Ainsi l’objectif du filtre actif
parallèle (F.A.P) consiste à empêcher les courants perturbateurs (harmoniques, réactifs et
déséquilibrés), produits par des charges polluantes, de circuler à travers l’impédance du réseau,
située en amont du point de connexion du filtre actif.
Fig. II.1. Filtre actif parallèle.
25
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
II.3.) STRUCTURE GENERALE DU FILTRE ACTIF PARALLELE
II.3.1.) Topologie générale
La figure (II.2) donne la structure générale du filtre actif parallèle, laquelle se présente sous
la forme de deux blocs : la partie puissance et la partie commande. La partie puissance est
constituée :

d’un onduleur de tension à base d’interrupteurs de puissance, commandables à
l’amorçage et au blocage (GTO, IGBT, …etc.) avec des diodes en antiparallèle.

d’un circuit de stockage d’énergie, souvent capacitif.

d’un filtre de sortie.
La partie commande est constituée de :

la méthode d’identification des courants perturbés,

la régulation de la tension continue appliquée aux éléments de stockage d’énergie,

la régulation du courant injecté sur le réseau à partir de l’onduleur de tension,

la commande de l’onduleur de tension.
Fig. II.2. Structure générale du filtre actif parallèle
26
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
II.3.2.) Etude de la partie puissance
La partie de puissance est représentée par l’onduleur de tension, élément de stockage
énergie (la capacité) et un filtre de sortie,
II.3.2.1.) Onduleur de tension à deux niveaux
a.) Structure générale
On présente dans La figure (II.3) un onduleur triphasé à structure de tension. Il se compose
de trois bras à interrupteurs réversibles en courant, commandés à la fermeture et à l'ouverture,
réalisés à partir d’un transistor (GTO ou IGBT) et d’une diode en antiparallèle. Le stockage de
l’énergie du côté continu se fait par l’intermédiaire d’un condensateur
filtre de sortie est un filtre passif habituellement du premier ordre
de tension
. Le
employé pour connecter
l’onduleur de tension au réseau électrique.[25]
Fig. II.3. Onduleur de tension deux niveaux
Cette structure du filtre actif parallèle ne permet pas la fermeture simultanée des semiconducteurs d’un même bras sous peine de court-circuiter le condensateur de stockage. Par
contre, ils peuvent être tous les deux ouverts (pendant un temps mort). La continuité des courants
est alors assurée par la mise en conduction d’une des diodes d’un même bras.
En théorique, nous commandons les deux semi-conducteurs d’un même bras de façon
complémentaire : la conduction de l’un entraîne le blocage de l’autre. En réalité, le mode, où les
semi-conducteurs d'un même bras sont tous les deux fermés, n'existe que durant les
commutations. Afin d'éviter un court-circuit à cause du délai de blocage des interrupteurs, il faut
27
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
insérer sur un même bras, un temps d'attente, également appelé temps mort, entre la commande
de blocage d'un interrupteur et la commande d'amorçage de l'autre [26]. Avec l'hypothèse des
commutations instantanées, ce mode de fonctionnement ne sera pas pris en compte et par
conséquent, aucun risque de court-circuiter le condensateur n’est à craindre.[27]
b.) Tension fournie par l’onduleur
L’onduleur de tension deux niveaux délivre, en sortie, deux niveaux de tensions
et
, en fonction des états des interrupteurs comme expliqué dans le tableau (II.1).
Tab. II.1. Obtention des deux niveaux de tension en fonction des états des interrupteurs.
-1
0
1
1
1
0
Avec :


i : indicateur de phase tel que i = a, b, c.
: est la variable d’état de l’interrupteur prenant comme valeurs -1 ou 1.

: est la tension prise entre phase et point milieu o.
La tension
est obtenue en appliquant la formule suivante:
Maintenant, si on considère tous les interrupteurs, toutes les phases (3) et tous les états
possibles (2), on obtient
combinaisons lesquelles sont présentées dans le tableau (II.2) ou Les
tensions entre phases sont données par:
(II.2)
28
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
Tab. II.2. Obtention des deux niveaux de tension pour toutes les combinaisons possibles.
N°
1
-1
-1
-1
0
1
0
1
0
1
2
-1
-1
1
0
1
0
1
1
0
3
-1
1
-1
0
1
1
0
0
1
4
-1
1
1
0
1
1
0
1
0
5
1
-1
-1
1
0
0
1
0
1
6
1
-1
1
1
0
0
1
1
0
7
1
1
-1
1
0
1
0
0
1
8
1
1
1
1
0
1
0
1
0
II.3.2.2.) Onduleur de tension à trois niveaux
a.) Structure générale
La structure générale d’un onduleur de tension trois niveaux à diodes clampées est
présentée dans la figure (II.4) L’onduleur triphasé de tension trois niveaux à diodes clampées est
constitué de quatre interrupteurs par bras. Ces derniers sont, comme pour le cas précédent deux
niveaux, bidirectionnels et entièrement commandables à l’ouverture et à la fermeture. En outre,
l’onduleur contient six diodes clampées au point milieu (o) du bus continu.[27, 28]
Fig. II.4. Onduleur de tension triphasé à trois niveaux
29
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
b.) Tension fournie par l’onduleur
L’onduleur de tension trois niveaux délivre, en sortie, trois niveaux de tensions
et
, 0,
, en fonction des états des interrupteurs comme expliqué dans le tableau (II.3).
Tab. II.3. Obtention des trois niveaux de tension en fonction des états des interrupteurs.
-1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
0
Avec :

i indicateur de phase tel que i = a, b, c.

est la variable d’état de l’interrupteur prenant comme valeurs -1, 0, ou 1.

est la tension prise entre phase et point milieu.
La tension
est obtenue en appliquant la formule suivante:
Avec :
Maintenant, si on considère tous les interrupteurs, toutes les phases (3) et tous les états
possibles (3), on obtient
combinaisons lesquelles sont présentées dans le tableau (II.4) En
appliquant les relations (II.2), (II.4) :
30
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
Tab. II.4. Obtention des trois niveaux de tension pour toutes les combinaisons possible.
N°
1
-1
-1
-1
0
0
0
0
0
0
2
-1
-1
0
0
0
0
0
0
1
3
-1
0
-1
0
0
0
1
0
0
0
4
-1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
5
0
-1
-1
0
1
0
0
0
0
0
6
0
-1
0
0
1
0
0
0
1
0
7
0
0
-1
0
1
0
1
0
0
0
0
8
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
9
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
10
0
1
0
0
1
1
1
0
1
0
11
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
12
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
13
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
14
1
1
0
1
1
1
1
0
1
15
1
1
1
1
1
1
1
1
1
16
1
-1
0
1
1
0
0
0
1
17
1
0
-1
1
1
0
1
0
0
18
0
1
-1
0
1
1
1
0
0
19
-1
1
0
0
0
1
1
0
1
20
-1
0
1
0
0
0
1
1
1
21
0
-1
1
0
1
0
0
1
1
22
1
-1
-1
1
1
0
0
0
0
23
1
1
-1
1
1
1
1
0
0
24
-1
1
-1
0
0
1
1
0
0
25
-1
1
1
0
0
1
1
1
1
26
-1
-1
1
0
0
0
0
1
1
27
1
-1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
31
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
II.3.2.3.) Système de stockage d’énergie
Le stockage de l’énergie du côté continu se fait souvent par un système de stockage
qui joue le rôle d’une source de tension continue
capacitif représenté par un condensateur
, comme le montre les figures (II.3 et II.4), Le choix des paramètres du système de stockage
se répercute sur la dynamique et sur la qualité de compensation du filtre actif
parallèle. En effet, une tension
élevée améliore la dynamique du filtre actif. De plus, les
ondulations de la tension continue,
limitées par le choix de
causées par les courants engendrés par le filtre actif et
, peuvent dégrader la qualité de compensation du filtre actif parallèle.
Ces fluctuations sont d’autant plus importantes que l’amplitude du courant du filtre est grande et
que sa fréquence est faible. Pour cette raison, nous pouvons estimer que seuls les premiers
harmoniques sont pris en compte dans le choix des paramètres du système de stockage. Pour
démontrer ceci, deux méthodes peuvent être utilisées :
 La première méthode se base sur le calcul de l’énergie fournie par le filtre actif pendant
une demi-période de la pulsation de puissance liée aux deux premiers harmoniques (5 et 7)
pour un pont redresseur de Graetz [23]. En choisissant un taux d’ondulation acceptable
généralement de l’ordre de 5% de
, nous pouvons calculer la capacité
,
à partir de la
relation suivante :
Avec :

: la tension simple du réseau,

: le courant harmonique du rang h,

: l’angle d’allumage des thyristors du pont Graetz.
Puisque l’augmentation de la valeur de la tension continue améliore la commandabilité du
filtre actif tableaux (II.1 et II.4) et sachant que le choix de cette tension se répercute en grande
partie sur le choix des interrupteurs, la tension continue
doit être choisie comme la plus
grande tension respectant les contraintes des interrupteurs.
32
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
 La deuxième méthode, plus simple, se base sur la mesure du courant harmonique
le plus faible. La capacité
du rang
se calcule de la façon suivante [29]:
Avec :

la pulsation la plus faible des harmoniques à compenser.
II.3.2.4.) Filtre de sortie
Le filtre de sortie est un filtre passif utilisé pour connecter l’onduleur de tension au réseau
électrique. Le filtre de sortie est dimensionné pour satisfaire les deux critères suivants :
 assurer la dynamique du courant :
Avec :

: le courant harmonique de la charge.

: le courant du filtre actif.

empêcher les composantes dues aux commutations de se propager sur le réseau électrique.
II.3.3.) Etude de la partie contrôle-commande
II.3.3.1.) La méthode d’identification des puissances instantanées
En présence des harmoniques, la puissance apparente est composée de trois parties : active
(P), réactive (Q) et déformante (D) comme la montre la relation (II.8), la figure (I.2) chapitre I
[30].
(II.8)
Cette méthode exploite la transformation
imaginaires. Notons par ( ,
) et ( ,
pour obtenir les puissances réelles et
) les composantes orthogonales du repère
33
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
associées respectivement aux tensions de raccordement du filtre actif parallèle ( ) et aux
courants absorbés par les charges polluantes ( ). La transformation
triphasée permet
d'écrire, la relation des tensions suivante :
Et la relation des courants ci-dessous :
Les composantes avec l’indice (0) représentent les séquences homopolaires du système
triphasé de courant et de tension.
La puissance active instantanée, notée P(t), est définie par la relation suivante :
(II.11)
avec :


la puissance réelle instantanée.
la puissance homopolaire instantanée.
L’avantage de la transformation
est la séparation des séquences homopolaires
du système triphasé de courant ou de tension. De la même manière, la puissance imaginaire
instantanée peut s’écrire sous la forme suivante :
(II.12)
La puissance q a une signification plus large que la puissance réactive habituelle. En effet,
contrairement à la puissance réactive, qui ne considère que la fréquence fondamentale, la
puissance imaginaire prend en compte toutes les composantes harmoniques de courant et de
34
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
tension. C’est pourquoi on lui donne une autre dénomination (puissance imaginaire) avec comme
unité le voltampère imaginaire (VAI). A partir des relations (II.11) et (II.12), nous pouvons
établir la relation matricielle suivante :
(II.13)
Dans le cas général, chacune des puissances p et q comporte une partie continue et une
partie alternative, ce qui nous permet d'écrire l’expression ci-dessous :
(II.14)
avec :



une puissance continue liée à la composante fondamentale active du courant et de
la tension.
une puissance continue liée à la composante fondamentale réactive du courant et
de la tension.
et des puissances alternatives liées à la somme des composantes perturbatrices
du courant et de la tension.
Afin d’isoler les puissances actives et réactives conventionnelles, il faut connaître avec
précision les fréquences des pulsations des puissances instantanées formées à partir de la relation
(II.13).
a.) Séparation des puissances perturbatrices
Après avoir identifié les pulsations des puissances instantanées, le filtre de puissance chargé
d’isoler les puissances active et réactive conventionnelles peut être dimensionné. Un circuit
constitué d'un filtre passe bas avec un soustracteur peut être employé, comme le présente la
figure (II.5).
Fig. II.5. Schéma représentant le principe de séparation des puissances.
35
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
L’ordre de ce filtre passe-bas définit la dynamique et l’efficacité de la méthode
d’identification. Des filtres de puissance du quatrième ou cinquième ordre ont été proposés [31].
Dans notre étude, nous avons choisi un filtre passe-bas du deuxième ordre en vue de simplifier
l’approche d’implantation numérique de ce dernier. En effet, un ordre plus élevé entraînerait des
temps de calcul plus longs ce qui peut être préjudiciable dans notre étude. La relation suivante
donne l’expression générale d’un filtre passe-bas du deuxième ordre :
La fréquence de coupure,
, est choisie pour que le filtre de puissance puisse
bloquer toute composante perturbatrice des puissances instantanées ( ). Elle doit aussi permettre
aussi le passage des composantes continues représentant les puissances active et réactive à la
fréquence fondamentale ( ). Cette fréquence est donc choisie selon le type de la charge, soit :
 60 Hz pour un courant de charge équilibré avec un temps de réponse du filtre de 20 ms.
 20 Hz pour un courant de charge déséquilibré avec un temps de réponse du filtre de 60 ms.
b.) Calcul des courants perturbateurs
En inversant la relation (II.13), nous pouvons recalculer les courants dans le repère
comme le montre l’équation (II.16).
En considérant les équations (II.14) et (II.16), nous pouvons séparer le courant dans le
repère (
) en trois composantes, active et réactive à la fréquence fondamentale et les
harmoniques. Ceci conduit à:
Avec :

supposé constant dans l'hypothèse d’une tension sinusoïdale équilibrée
du réseau électrique.
36
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
Cette expression montre donc que l'identification des différentes composantes du courant
dans le repère
revient à séparer des termes continus des puissances réelle et imaginaire
instantanées. Les courants perturbateurs triphasés qui représentent les courants identifiés, dits
courants de référence
, sont calculés à partir de la transformation inverse
(transformation C2-3) donnée par la relation (II.18) :
Avec :

courants perturbateurs calculés dans le repère
à partir des courants
réactifs et harmoniques de la relation (II.17).
c.) Algorithme d'identification
Finalement, l’algorithme d’identification que nous avons défini peut être représenté par le
synopsis de la figure (II.8). Par souci de simplification, nous décrirons les matrices des relations
(II.9et II.10), après avoir enlevé les composantes homopolaires, et (II.18) respectivement par les
blocs notés
et
.
Fig. II.6. Schéma de principe de la méthode d’identification des puissances instantanées
37
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
II.3.3.2.) Méthode du référentiel synchrone
Le diagramme de blocs d’un générateur de courants de référence utilisant l’algorithme du
référentiel synchrone est présenté dans la figure (II.7). [6].
Fig. II.7. Diagramme de blocs de génération des courants de référence selon l’algorithme du référentiel
synchrone.
Dans ce cas, les courants réels sont transformés dans un référentiel synchrone d-q. Ce
dernier étant synchronisé avec les tensions de source, et tournant à la même fréquence. Cette
transformation est définie par:
Comme pour la théorie de la puissance réactive instantanée, les termes d et q sont constitués
d’une composante directe et d’un multiple de composante alternative, tels que:
Les signaux de compensation dans ce référentiel s’expriment par:
Enfin, les courants de référence sont générés dans le plan triphasé a-b-c via:
38
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
L’une des caractéristiques les plus remarquables de cet algorithme est que les courants de
référence sont directement obtenus à partir des courants de la charge polluante, sans tenir
compte des tensions du réseau. Ceci est un avantage important puisque la génération des
courants de compensation ne sera affectée ni par les distorsions, ni par les déséquilibres présents
dans les tensions de source, renforçant ainsi la robustesse et la performance de la compensation.
Cependant, la transformation du plan α-β vers le référentiel d-q des signaux en sinus et cosinus,
synchronisés avec les tensions simples du réseau, est indispensable. Ces derniers sont créés en
utilisant, dans chaque phase, une boucle à verrouillage de phase, plus connue sous la nomination
anglo-saxonne PLL (Phase Locked Loop) [32].
Le diagramme de fonctionnement d’une PLL est présenté dans la figure (II.8).
Fig. II.8. Diagramme de blocs d’une PLL.
Comme l‘algorithme de génération des courants harmoniques présente des similitudes avec
la procédure mathématique appliquée à l’algorithme précédent, les effets introduits par le filtre
passe-bas sont les mêmes que ceux affectant la théorie de la puissance instantanée réactive.
Dans ce mémoire, on utilise la méthode des puissances instantanées.
II.3.3.3.) Régulation de la tension continue
La régulation de la tension du bus continu du filtre actif peut être améliorée en ajustant le
petit taux de puissance active s’écoulant dans le (les) condensateur(s), compensant ainsi les
pertes par conduction et par commutation. [31, 33]. La boucle de régulation de la tension est
39
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
désignée pour être 10 fois plus petite que la boucle du courant. De là, les deux boucles se
trouveront désormais découplées. Le circuit de régulation de la tension continue doit être rapide
dans la mesure où il répond seulement aux conditions du régime permanent. Les changements
transitoires dans la tension continue ne sont pas permis et sont pris en considération lors de la
sélection de la valeur appropriée du condensateur.
Afin d’obtenir la quantité Pdc représentant la puissance active nécessaire pour maintenir Vdc
proche de sa référence Vdcref, on peut utiliser un simple régulateur type proportionnel [2].
En effet, d’une part les courants de référence ne contiennent pas de composantes
fondamentales lors du régime permanent, et
d’autre part, la puissance nécessaire pour la
compensation des pertes est faible. Le régulateur peut être un filtre passe-bas du 1er ordre, dont la
fonction de transfert est donnée par:
Avec: Kc, τc gain et constante de temps du filtre passe-bas.
En négligeant les pertes par commutation dans le filtre actif ainsi que l’énergie stockée dans
l’inductance de sortie LFA, la relation entre la puissance absorbée par le filtre actif et la tension
continue Vdc s’exprime par:
Pour des faibles variations de Vdc autour de Vdcref, l’équation (II.20) peut s’écrire:
Des équations (II.20) et (II.21), la boucle de régulation de la tension continue Vdc sera
présenté par le schéma bloc de la figure (II.9) et aura pour fonction de transfert la formule:
Avec :
40
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
Fig. II.9. Boucle de régulation de la tension continue.
En général, la régulation est stable, mais pour l’obtention d’un amortissement suffisant, le
produit Kc . τc doit être limité, et ξc compris entre 0.4 et 0.8.
II.3.3.4.) La commande de l’onduleur
Le but de la commande de l’onduleur est de permettre la meilleure reproduction des
courants perturbés de référence, à travers les ordres de commande appliqués aux drivers
interrupteurs de puissance. Les deux principales familles de commande des convertisseurs
statiques sont :

la commande par hystérésis.

La commande par modulation de largeur d’impulsion (MLI).
a.) La commande de l’onduleur par hystérésis
La commande par hystérésis, appelée aussi commande en tout ou rien, est une commande
non linéaire qui utilise l’erreur existant entre le courant de référence et le courant produit par
l’onduleur [24]. L’erreur est comparée à un gabarit appelé bande d’hystérésis. Dès que l’erreur
atteint la bande inférieure ou supérieure, un ordre de commande est envoyé de manière à rester à
l’intérieur de la bande, comme le montre la figure (II.10), est le principal atout de cette technique.
En revanche, les commutations évoluant librement à l’intérieur de bande d’hystérésis, on ne peut
maîtriser correctement le spectre haut fréquence dû aux fréquences de commutations.
Fig. II.10. Principe de commande des courants par hystérésis.
41
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
b.) Commande par modulation de largeur d’impulsion
Afin de contourner les problèmes précédents, nous introduirons une deuxième famille de
commande de l’onduleur : la commande par modulation de largeur d’impulsion (MLI). La
technique de commande par MLI résout le problème de la maîtrise de la fréquence de
commutation en fonctionnant avec une fréquence fixe facile à filtrer en aval de l’onduleur.
La plus simple et la plus connue des modulations de largeur d’impulsion est sans doute la
MLI à échantillonnage naturel, dite MLI intersective. Cette technique de commande met en
œuvre d’abord un régulateur qui détermine la tension de référence de l’onduleur (modulatrice) à
partir de l’écart entre le courant mesuré et sa référence. Cette dernière est ensuite comparée avec
un signal triangulaire (porteuse à fréquence élevée fixant la fréquence de commutation). La
sortie du comparateur fournit l’ordre de commande des interrupteurs. Le schéma de principe est
donné par la figure(II.11).
Fig. II.11. Principe de commande des courants par MLI
D’autres techniques de MLI existent également dans la littérature comme la MLI à
échantillonnage régulier où on peut distinguer deux méthodes :

la MLI à échantillonnage régulier symétrique où la référence est échantillonnée à chaque
période de la porteuse,

la MLI à échantillonnage régulier asymétrique où la référence est échantillonnée à la
demi-période de la porteuse.
Plus récemment, nous avons vu apparaître une technique de commande, dite commande à
modulation vectorielle. Cette dernière diffère des techniques présentées précédemment par le fait
qu’elle ne s’appuie pas sur des modulations appliquées à chacun des interrupteurs.
42
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
II.3.3.5.) La régulation du courant du filtre actif parallèle
En négligeant les effets de la capacité
courant de référence
et des résistances du filtre de sortie sur le
(pour les harmoniques basses fréquences qui sont loin de la fréquence de
commutation), nous pouvons écrire la relation suivante caractérisant le courant du filtre
actif
.
Notons par ∆
la différence entre le courant de référence et le courant mesuré à partir de
la relation suivante :
(II.31)
A partir des équations (II.30) et (II.31), nous obtenons l’expression ci-dessous :
Le premier terme de la partie droite de la relation (II.32) peut être défini comme tension de
référence
, ce qui nous donne l’expression suivante :
L’écart entre
et
produit alors une erreur sur le courant. Selon la relation (II.33), la
tension de référence est composée de deux termes à fréquences différentes. Le premier
représente la tension du réseau
tension aux bornes de l’inductance
directement mesurable. Le second est égal à la chute de
, lorsque celle-ci est traversée par un courant égal à celui
de la référence. Ce terme doit être élaboré par un régulateur de courant, comme le montre la
figure(II.12).
Fig. II.12. Schéma de la régulation des courants du filtre actif parallèle.
43
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
Dans ce schéma, G(s) représente l’onduleur qui peut être modélisé par la relation suivante :
Avec :

la tension côté continu de l’onduleur.

l’amplitude de la porteuse triangulaire.

(τ) représentant le retard causé par le calcul des courants perturbateurs.
Le régulateur doit satisfaire les objectifs généraux de la régulation ainsi que les contraintes
liées au rejet des perturbations [18,21, 24].
II.4.) RESULTAT DE SIMULATION SOUS MATLAB-SIMULINK
Nous nous sommes intéressés à l’étude du système présenté par la figure (II.13).
Fig. II.13. Schéma synoptique de l’association filtre actif-réseau-charge polluante.
44
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
Cas d’un onduleur deux niveaux
Tab. II.5. Les valeurs des éléments de FAP deux niveaux.
Réseau électrique
Charge polluante
Le Filtre
Commande hystérésis
∆I= ±20 mA
50
40
30
20
IL(A)
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
(a)
50
40
30
20
Is(A)
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
(b)
25
20
15
10
IF(A)
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
(c)
250
200
150
100
Vabc(V)

50
0
-50
-100
-150
-200
-250
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
(d)
Fig. II.14. résultat de simulation du FAP deux niveaux avant et après filtrage.
a.) le courant de la ligne.
b.) le courant de la source.
c.) le courant de filtre.
d.)la tension de la source a, b et c.
45
60
60
40
40
20
20
Is(A)
Is(A)
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
0
0
-20
-20
-40
-40
-60
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
-60
0.1
0.2
0.12
0.14
t(s)
150
150
100
100
Vs(V), Is(A)
200
Vs(V), Is(A)
200
50
0
-50
-150
-200
-200
0.16
0.18
0.2
0.1
0.12
0.14
t(s)
Ampl.harmonique/ Ampl.fondamentale
Ampl.harmonique/Ampl.fondamentale
THD=27.06%
80
70
60
50
40
30
20
10
0
5
0.2
100
10
15
20
Rang de l'harmonique
THD=2.36%
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
0.18
t(s)
100
90
0.16
-50
-150
0.14
0.2
0
-100
0.12
0.18
50
-100
0.1
0.16
t(s)
0
5
10
15
20
Rang de l'harmonique
(a)
(b)
Fig. II.15. résultat de simulation du FAP deux niveaux.
a.) Avant filtrage.
b.) Après filtrage.
Les résultats suivants représentent la réponse du filtre actif parallèle à deux niveaux
commandé par des régulateurs PI lors d’une variation de la résistance de la charge polluante à la
moitie RL2 =RL1 / 2 de sa valeur initiale à t=0.2s.
46
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
300
200
Vabc(V)
100
0
-100
-200
-300
0
0.05
0.1
0.15
0.2
t(s)
0.25
0.3
0.35
0.4
0.25
0.3
0.35
0.4
0.25
0.3
0.35
0.4
0.25
0.3
0.35
0.4
0.25
0.3
0.35
0.4
(a)
100
IL(A)
50
0
-50
-100
0
0.05
0.1
0.15
0.2
t(s)
(b)
40
IF(A)
20
0
-20
-40
0
0.05
0.1
0.15
0.2
t(s)
(c)
100
Is(A)
50
0
-50
-100
0
0.05
0.1
0.15
0.2
t(s)
(d)
1000
Vdc(V)
800
600
400
200
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
t(s)
(e)
Fig. II.16. résultat de simulation du FAP deux niveaux.
a.) la tension de la source a, b et c.
b) le courant de la ligne.
c.) le courant de filtre.
d.) le courant de la source.
e.) la tension Vdc
47
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation

Cas d’un onduleur trois niveau
Tab. II.6. Les valeurs des éléments de FAP trois niveaux.
Réseau électrique
Charge polluante
Le Filtre
Commande hystérésis
∆I= ±20mA
 Charge R-L (source harmonique de courant)
IL(A)
50
0
-50
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
(a)
I(s)
50
0
-50
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
(b)
IF(A)
20
0
-20
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
Vabc(V)
(c)
200
0
-200
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
(d)
Fig. II.17. résultat de simulation du FAP trois niveaux avant et après filtrage.
a.) le courant de la ligne. b.) le courant de la source.
c.) le courant de filtre. d.)la tension de la source a, b et c.
48
60
60
40
40
20
20
Is(A)
Is(A)
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
0
0
-20
-20
-40
-40
-60
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
-60
0.1
0.2
200
200
150
150
100
100
50
0
-50
-150
-200
-200
0.16
0.18
0.1
0.2
0.12
0.14
100
0.16
0.18
0.2
100
THD=26.27%
90
Ampl.harmonique/Ampl.fondamentale
Ampl.harmonique/Ampl.fondamentale
0.2
t(s)
t(s)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0.18
-50
-150
0.14
0.16
0
-100
0.12
0.14
50
-100
0.1
0.12
t(s)
Vs(V), Is(A))
Vs(V), Is(A)
t(s)
0
5
10
15
20
THD=2.31%
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
Rang de l'harmonique
(a)
5
10
15
20
Rang de l'harmonique
(b)
Fig. II.18. résultat de simulation du FAP trois niveaux avec charge R-L.
a.) Avant filtrage.
b.) après filtrage.
Les résultats suivants représentent la réponse du filtre actif parallèle à trois niveaux
commandé par hystérésis et de régulateur PI lors d’une variation de la résistance de la charge
polluante à la moitie RL2 =RL1 / 2 de sa valeur initiale à t=0.2s.
49
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
300
Vabc(V)
200
100
0
-100
-200
-300
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
t(s)
0.22
0.24
0.26
0.28
0.3
(a)
IL(A)
50
0
-50
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
t(s)
0.22
0.24
0.26
0.28
0.3
(b)
40
IF(A)
20
0
-20
-40
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
t(s)
0.22
0.24
0.26
0.28
0.3
0.22
0.24
0.26
0.28
0.3
(c)
100
Is(A)
50
0
-50
-100
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
t(s)
(d)
Vdc(V)
1000
500
0
0
0.05
0.1
0.15
t(s)
0.2
0.25
0.3
(e)
Fig. II.19. résultat de simulation du FAP trois niveaux avec charge R-L.
a.) la tension de la source a, b et c.
b.) le courant de la ligne.
c.) le courant de filtre.
d.) le courant de la source.
e.) la tension Vdc
50
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
 Charge R-C (source harmonique de tension)
On change la charge R-L par Charge R-C tant que Rch =50Ω, Cch =1100µF.
15
10
IL(A)
5
0
-5
-10
-15
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
t(s)
(a)
10
IF(A)
5
0
-5
-10
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.14
0.16
0.18
0.2
t(s)
(b)
10
Is(A)
5
0
-5
-10
0.06
0.08
0.1
0.12
t(s)
(c)
1400
1200
Vdc(V)
1000
800
600
400
200
0
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
(d)
Fig. II.20. résultat de simulation du FAP trois niveaux avec charge R-C.
a.) le courant de la ligne.
b.) le courant de filtre.
c.) le courant de la source.
d.) la tension Vdc
51
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
15
10
10
5
5
Is(A)
Is(A)
15
0
0
-5
-5
-10
-10
-15
-15
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.1
0.12
0.14
200
200
150
150
100
100
50
0
-50
-150
-200
-200
0.16
0.18
0.1
0.2
0.12
0.14
0.2
100
Ampl.harmonique/Ampl.fondamentale
100
Ampl.harmonique/Ampl.fondamentale
0.18
t(s)
t(s)
THD=88.56%
80
60
40
20
0
0.16
-50
-150
0.14
0.2
0
-100
0.12
0.18
50
-100
0.1
0.16
t(s)
Vs(V),Is(A)
Vs(V), Is(A)
t(s)
0
5
10
Rang de l'harmonique
(a)
15
20
THD=3.77%
80
60
40
20
0
0
5
10
Rang de l'harmonique
15
20
(b)
Fig. II.21. résultat de simulation du FAP trois niveaux avec charge R-C.
a.) Avant le filtrage
b.) Après le filtrage
52
Chapitre II Filtrage actif parallèle de puissance, principe, stratégie de commande et régulation
II.5.) CONCLUSION
Dans ce troisième chapitre, deux applications du filtrage actif de puissance ont été traitées:
La première est à la base d’un onduleur de tension deux niveaux, dont les courants
harmoniques de référence sont détectés par la méthode de la théorie de la puissance instantanée
ou la tension du bus continu de l’onduleur est réglée par avec régulateur PI.
La deuxième est à la base d’un onduleur de tension trois niveaux, dont le calcul des
courants harmoniques de référence a été effectué par la méthode de la théorie de la puissance
instantanée avec régulateur de tension continue PI . La première et la deuxième sont à base d’un
onduleur de tension deux niveaux et trois niveaux suivant la bande hystérésis pour la génération
des impulsions.
D’après les résultats de simulations obtenues, on remarque que la forme du courant du
réseau est sinusoïdale et en phase avec la tension, ce qui permet d’améliorer le facteur de
puissance avec les deux types d’onduleur. Le THD=2.31% du courant du filtre actif avec trois
niveaux et le THD=2.36% de deux niveau, cela ne dépassent pas 5% la valeur maximale
autorisé par le CEI ce qui montre la performance du régulateur PI et la validité de la bande
hystérésis.
.
53
CHAPITRE III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle
Chapitre III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
III.1.) INTRODUCTION
Nous allons présenter dans ce chapitre deux de ses applications de la logique floue au filtre
actif parallèle. La première consistera a remplacé le régulateur classique PI de la tension
continue du filtre par un régulateur à logique dans le but d’améliorer les performances du filtre.
La seconde application nous remplaçons la commande par hystérésis par la commande MLI
floue.
III.2.) HISTORIQUE DE LA LOGIQUE FLOUE
La notion de la logique floue fut proposée en 1965 par Lotfi Zadeh, professeur
d’automatique à l’université de Berkley, en Californie. Le monde scientifique international le
connaissait déjà pour avoir contribué à développer l’automatique classique et il devient le père
de la logique floue , en présentant la théorie des ensembles flous. Celle-ci a pour première
application la description approximative des relations entre les variables qui définissent l’état
d’un système c’est donc une modélisation floue du système [34], [35].
En 1970 Zadeh fait un nouveau pas en proposant une vision non probaliste de l’incertitude
la théorie des possibilités. Cela permet de créer un modèle dans les cas où les informations
disponibles sont soit incomplète, soit imprécises.
C’est en 1973 que Zadah fait une avancée décisive en proposant de modéliser n’ont plus le
système à étudier, mais les connaissances des experts capables de le contrôler. Il n’est alors plus
nécessaire de connaitre le système pour pouvoir le réguler, ce qui permet d’aborder des situations
beaucoup plus complexe. La logique floue trouvera ainsi, en 1974 sa première application
pratique (la commande d’une chaudière à vapeur réaliser par l’équipe de E.H Mamdani, au
Queen Collège de Londres) [34],[35]. Cependant de nombreuse équipe européenne doive cesser
leur recherche au début des années 1980, faute de soutient. En effet les années 1970 laissaient
croire à de nombreux scientifique que les progrès techniques et informatiques permettraient de
résoudre de façon classique (mise en équation et résolution des équations) les problèmes les plus
complexe d’où le peut d’intérêt porter à la logique floue.
Les japonais par contre furent plus rapides à reconnaitre les avancées que pouvait permettre
cette théorie et créèrent en 1972 une fondation pour effectuer des recherches dans ce domaine.
Leur avance au moins sur le plan technique, et certain. On peut retenir par exemple la
stabilisation des images pour les caméscopes, où la réalisation en 1988 d’un métro à Sendai
piloté par la logique floue, c’était alors une première mondiale. Mais les occidentaux garde une
avance dans le domaine de la théorie.
55
Chapitre III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
De nos jours la logique floue est reconnue comme ayant un intérêt et de nombreuse
entreprise développe des produits qui l’utilisent, même pour des objets de la vie courante. Il
existe des circuits intégrés (ex: micro contrôleur) dédiés pour programmer en logique floue [34],
[35].
III.3.) PRINCIPE DE LA LOGIQUE FLOUE
Zadeh faisait remarquer comme il facile et rapide, pour un conducteur d’automobile, de
faire un créneau, alors qu’un ordinateur, même performant, mettrait plusieurs heures avant de
parvenir au même résultat, simplement parce-que cela nécessite de connaitre et de résoudre les
équations décrivant le fonctionnement du véhicule, équations qui utilisent la relation
fondamentale de la dynamique, les frottements la cinématique [34]. La logique floue s’appuie sur
ces constatations et propose de manipuler des informations imprécises, ou incomplètes, sans
connaitre parfaitement le système, comme le fait le conducteur.
Une de principales applications est le contrôle des systèmes pour lesquels il n’existe pas de
modèle précis. Le contrôleur flou reçoit en entrée une observation du système (par
exemple l’erreur par rapport à la consigne) et en déduit une commande à appliquer au système,
en fonction d’une table de décision (règles). Les grandeurs manipulées par le contrôleur sont des
ensembles flous (ex : grand, moyen , petit) , ce qui nécessite une conversion des valeurs
numériques en entrée, c’est la ’fuzzification’. En fonction de ces variables floues et des règles de
décisions le contrôleur calcul la valeur floue de la commande, c’est l’inférence’. Il suffit ensuite
de convertir cette variable en valeur numérique c’est la défuzzification [22], [34], [35], la figure
(III.1).
Les règles modélisent les connaissances d’un expert ou le comportement d’un autre
contrôleur capable de réguler le système. L’étude détaillée de ces trois parties est nécessaire pour
déterminer la structure du contrôleur qui répondra le mieux au problème posé.
Fig. III.1. Structure simplifiée d’un contrôleur flou.
56
Chapitre III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
III.4.) DESCRIPTION D UN PROCESSUS FLOU
La réalisation d’une commande floue ne nécessite pas forcément la connaissance d’un
modèle du système tant que celui-ci est inclus implicitement dans les règles fournies par l’expert.
La notion d’ensembles flous permet de définir une appartenance graduelle d’un élément à une
classe, c.-à-d. appartenir plus ou moins fortement à cette classe. L’appartenance d’un élément à
une classe est définie par un degré µ prenant des valeurs entre 0 et 1.
La structure d’une commande floue est montrée dans la figure (III.2). Chaque système de
commande basé sur la logique floue est composé de quatre blocs principaux :
Fig. III.2. Structure d’une commande floue.
III.4.1.) Base de règles et définitions
Dans ce bloc sont groupées l’ensemble des définitions utilisées dans la commande floue
(univers de discours, partition floue, choix des opérateurs,…), base de règle, transcription sous
forme de règles «Si, Alors » de la stratégie de commande. Pour avoir une idée générale sur la
notion d’univers de discours, on peut prendre les deux exemples de l’âge d’une personne ou du
degré de température. Quant à la partition floue, elle comprend la définition des sous-ensembles
flous. Elle consiste, pour un univers de discours U, à définir n sous- ensembles flous Fi de façon
à recouvrir U. C'est-à-dire que pour tout élément x de U, il faut assurer une appartenance
minimale µmin à l’union des Fi .
57
Chapitre III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
L’expression (III.1) se traduit au niveau des classes d’appartenance par la condition:
où
est un opérateur d’union.
Par exemple, si on considère l’univers de discours d’une température comme étant
l’intervalle [0 °C, 60 °C], on peut designer trois sous-ensembles flous définissant cet univers:
faible, moyenne et élevée, comme présenté dans la figure(III.3).
Fig. III.3. Exemple de partition floue.
Le nombre de sous-ensembles flous à définir dans une partition d’un univers de discours est
fixé par l’expert. Plus ce nombre est important, plus on définit de classes d’appartenance sur cet
univers. Ceci amène à l’augmentation de la sensibilité de la commande floue.
Une fois la partition floue de l’univers de discours réalisée, il est possible de définir la base
de règles où les relations entre les classes d’événements possibles en entrées et les commandes
correspondantes sont caractérisées. Par conséquent, si on considère n univers de discours Ui pour
les prémices des règles floues et si pour chaque univers Ui on définit une partition en mi sousensembles flous, alors le nombre maximum de règles rmax est donné par l’expression suivante:
Le nombre de règles définies par l’expert peut être inférieur à rmax. C’est le cas, en
particulier, s’il existe des configurations de sous-ensembles impossibles à réaliser. Par exemple,
dans le cas d’un freinage automatique d’un véhicule, la configuration «Vitesse importante Et
Distance de l’obstacle nulle» n’est pas considérée.
58
Chapitre III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
En outre, le nombre de sous-ensembles flous n’est pas forcément égal au nombre de règles.
Par exemple, les deux configurations «Vitesse petite Et Distance de l’obstacle faible» et «Vitesse
moyenne Et Distance de l’obstacle importante» amènent à la même conclusion: «Freinage
faible». Donc, il suffit de considérer l’une des deux configurations.
III.4.2.) Interface de fuzzification
Les opérateurs utilisés dans la commande floue agissent sur les sous-ensembles flous. Ainsi,
il est nécessaire de transformer les variables non floues provenant du monde extérieur en sousensembles flous. Ceci est faisable avec l’opérateur de fuzzification qui associe à une mesure de
la variable x0 une fonction d’appartenance particulière µx0 (x) . Le choix de l’opérateur dépend de
la confiance que l’on accorde aux mesures effectuées.
a.) Cas où la mesure de la variable x0 est exacte
Dans ce cas, le sous-ensemble flou doit être représenté par un fait précis. Par conséquent, on
utilise comme opérateur de fuzzification la transformation dite du singleton. La fonction
d’appartenance de ce sous-ensemble flou est alors définie par:
La figure (III.4) montre l’aspect de cette fonction d’appartenance. Le sous-ensemble flou
réalisé par cette méthode ne contient ainsi que l’élément x0.
(a)
(b)
Fig. III.4. Méthode de fuzzification
a.) pour une mesure exacte.
b.) pour une mesure incertaine.
59
Chapitre III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
b.) Cas où la mesure de la variable x0 est incertaine
Dans ce cas, le sous-ensemble doit être représenté par un fait imprécis. On utilise alors une
méthode de fuzzification qui associe à la variable mesurée x0 une fonction d’appartenance telle
que, par exemple:
Cette fonction d’appartenance est illustrée dans la figure (III.4.a) Le sous-ensemble flou
comprend la mesure x0 avec une appartenance unité ainsi que les valeurs voisines de x0 avec une
appartenance inversement proportionnelle à l’écart avec x0. La base du triangle la figure (III.4.a)
est fonction de l’importance des erreurs de mesure. En effet, plus les erreurs sont importantes,
plus la mesure de la variable x0 devient imprécise, et donc plus le triangle doit s‘élargir.
III.4.3.) Mécanisme d’inférence
A partir de la base des règles (fournie par l’expert) et du sous-ensemble flou (X0)
correspondant à la fuzzification du système de mesure x0, le mécanisme d’inférence calcule le
sous-ensemble flou Y relatif à la commande du système. On a une valeur réelle de x qui est X0 ;
m règles:
Ri : SI x1 est
ET xn est
ni ALORS y est Yi,
on obtient la valeur de y qui est Y.
Dans cette écriture,
, i = 1,…, m et j = 1,…, n, est le sous-ensemble flou de la règle Ri sur
l’univers de discours de la jème composante du vecteur de mesure x et Yi est le sous-ensemble flou
relatif à la commande à appliquer pour la règle Ri. En utilisant l’opérateur d’inférence sur l’union
des m règles floues, on obtient:
Avec:
Tels que:
60
Chapitre III




Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
⊗ : désigne le produit cartésien,
: correspond au «OU»,
: correspond au «ET»,
: est une implication floue.
A titre d’exemple, on peut prendre l’opérateur du min pour
, l’opérateur du max pour
, le
min à la fois pour ⊗ et *.
III.4.4.) Interface de défuzzification
Le sous-ensemble flou Y de l’univers de discours V ayant été calculé par le mécanisme
d’inférence, la défuzzification a pour tâche de transformer le sous-ensemble flou en une valeur
réelle permettant ainsi la commande effective du système.
Afin de présenter les méthodes de défuzzification les plus utilisées, considérons le sousensemble flou Y de l’univers de discours V de la figure (III.5). La fonction d’appartenance de Y
représente la pertinence de chaque action y envisageable.

La première méthode de défuzzification consiste à utiliser le principe du maximum telle
que la sortie y0 correspond à une des valeurs possédant la plus grande appartenance au
sous- ensemble flou Y:
La sortie y0 obtenue par cette méthode de défuzzification est illustrée dans la figure (III.6)
Fig. III.5. Définition du sous-ensemble flou Y.
Fig. III.6. Défuzzification par principe du maximum.
Il se peut que la fonction d’appartenance possède plusieurs maxima comme dans le cas de la
figure (III.6) Dans ce cas, on choisit comme opérateur de défuzzification une transformation qui
effectue la moyenne de ces maxima, c.-à-d. la moyenne des actions les plus pertinentes
61
Chapitre III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
Avec:
La sortie de la commande floue dans ce cas est montrée dans la figure (III.7).
Fig. III.7. Défuzzification par moyenne des maxima.

Fig. III.8. Défuzzification barycentrique.
La deuxième méthode de défuzzification est celle du barycentre. Pour prendre en compte
l’influence de l’ensemble des valeurs y proposées par la solution floue (c.-à-d. ayant une
appartenance non nulle à ce sous-ensemble), on utilise une méthode de défuzzification
dite barycentrique:
On remarque que cette méthode effectue la moyenne des actions y pondérées par leur
appartenances µ y (y) . L’application de cette méthode au sous ensemble flou Y de la figure (III.5)
donne la sortie illustré dans la figure(III.8).
III.5.) CONCEPTION D’UN CORRECTEUR FLOU
La conception d’un correcteur flou consiste à réaliser le digramme de blocs montré dans la figure
(III.9). Les entrées du contrôleur flou sont l’erreur et sa dérivée, tandis que la sortie est la
commande elle-même. Le processus peut être un FPB du 1er ordre ou un régulateur PI.[36]
62
Chapitre III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
Fig. III.9. Conception d’un contrôleur flou.
Avec:




e: erreur, telle que e = consigne – x,
de/dt: variation de l’erreur, de/dt = e(t) – e(t -T), T est une constante.
cde: sortie du contrôleur flou,
x: sortie du système.
III.6.) APPLICATION A LA COMMANDE D’UN FILTRE ACTIF PARALLELE
III.6.1.) Description générale du modèle filtre actif-correcteur flou
Considérons le système à filtre actif parallèle trois niveaux à IGBT de la figure (II.13), où
on a adopté la méthode des
puissances instantanées
pour la détermination des courants
harmoniques de référence et la MLI floue à une deux porteuses triangulaire pour la génération
des ordres de commutation [37,38].
Le diagramme de blocs du correcteur flou considéré est le même que celui de la
figure(III.9), tel que la consigne est représentée par la différence entre le courant harmonique de
référence et le courant généré par le filtre actif.
Le modèle établi sous Matlab-Simulink de ce diagramme est montré dans la figure (III.10).
Fig. III.10. Modèle du correcteur flou établi sous Matlab-Simulink.
63
Chapitre III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
III.6.2.) Construction de la commande floue (MLI floue)
a.) Univers de discours
Pour les entrées (e et de) comme pour la sortie (U), l’univers de discours est l’ensemble des
nombres réels ℜ.
b.) Partitions floues

Les deux entrées (e et de) sont définies chacune par trois sous-ensembles: Négative ‘N’,
Nulle ‘ZE’, Positive ‘P’, tels que les fonctions d’appartenance sont du type Gaussien.

La sortie (cde) est définie par cinq sous-ensembles: Grande Négative ‘GN’, Négative
‘N’,Nulle ‘ZE’, Positive ‘P’, Grande Positive ‘GP’, tels que les fonctions d’appartenance
sont du type triangulaire.
Les partitions floues de cette commande sont représentées la figure (III.11).
(a)
(b)
Fig. III.11. Partitions floues.
a.) Partition floue de e et Partition floue de de.
b). Partition floue de U.
64
Chapitre III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
c.) Base des règles
L’établissement des règles floues se base sur le sens de variation de l’erreur e, de son signe
algébrique et de celui de sa dérivée de. Comme expliqué dans la figure (III.12), et sachant que :






e est croissante si sa dérivée de est positive,
e est constante si sa dérivée de est nulle,
e est décroissante si sa dérivée de est négative,
e est positive si la consigne est supérieure à la sortie x (consigne > x),
e est nulle si la consigne est égale à la sortie x (consigne = x),
e est positive si la consigne est inférieure à la sortie x (consigne < x),
Fig. III.12. Établissement des règles floues en fonction du sens d’évolution et du signe
algébrique de, e.
Alors la commande U sera:





Nulle (Z) si e est nulle (Z),
Grande positive (GP) si e est positive dans les deux situations de croissance et
décroissance,
Grande négative (GN) si e est négative dans les deux situations de croissance et
décroissance,
Négative (N) si e est croissante vers zéro,
Positive (P) si e est décroissante vers zéro.
Ainsi, les règles floues seront définies comme suit:

SI e est N et de est N, ALORS U est GN,
65
Chapitre III








Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
SI e est Z et de est N, ALORS U est P,
SI e est P et de est N, ALORS U est GP,
SI e est N et de est Z, ALORS U est GN,
SI e est Z et de est Z, ALORS U est Z.
SI e est P et de est Z, ALORS U est GP,
SI e est N et de est P, ALORS U est GN,
SI e est Z et de est P, ALORS U est N,
SI e est P et de est P, ALORS U est GP,
d.) Fuzzification
Pour la fuzzification, on utilise l’opérateur du singleton.
e.) Mécanisme d’inférence
Le choix des opérateurs du mécanisme d’inférence a été effectué comme résumé dans le
tableau (III.1).
TAB.III.1.Choix des opérateurs du mécanisme d’inférence.
Opérateur
ET (ou intersection)
OU(ou union)
Produit cartésien
Implication floue
Choix
Min
Max
Max
Min
f.) Défuzzification
Pour la défuzzification de la sortie floue, on a appliqué la méthode centre de gravité.
III.7.) REGULATION DE LA TENSION CONTINUE Vdc PAR LA LOGIQUE FLOUE
Dans cette partie, nous remplaçons le régulateur classique dans la boucle de contrôle de la
tension Vdc(t) par un régulateur flou. Le but est de résoudre le problème rencontré avec
le régulateur PI concernant le respect du compromis rapidité (temps de réponse) et filtrage
de ondulation de la tension Vdc(t) [3, 39, 40].
Le schéma de base du régulateur PI
flou repose sur la structure d’un régulateur PI
classique comme le montre la figure (III.13). [4, 5].
Fig.III.13. Contrôleur flou
66
Chapitre III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
On note:

L’erreur : e= Vdcref – Vdc.

de la dérivée de e.
Chaque variable linguistique (e, de , U) est caractérisée par sept termes de sousensembles flous.
NG : Négatif grand
PG : Positif petit
NM : Négatif moyen
PG : Positif moyen
NP : Négatif petit
PG : Positif petit
ZE : Environ zéro
On opte pour les fonctions triangulaires et trapézoïdales pour les variables d’entrées et de
sortie comme illustré dans la figure(III.14).
Les connaissances acquises sur le comportement du système sont mises sous forme de
règles, qui sont résumés dans le tableau (III.2) d’inférence.
Fig. III.14. Les fonctions d’appartenances des variables entrées ¨e, de¨ et de la variable de sortie U.
67
Chapitre III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
TAB. III.2. Tableau d’inférence.
e/de
NG
NM
NP
EZ
PP
PM
PG
NG
NG
NG
NM
NM
NP
NP
EZ
NM
NG
NM
NM
NP
NP
EZ
PP
NP
NM
NM
NP
NP
EZ
PP
PP
EZ
NM
NP
NP
EZ
PP
PP
PM
PP
NP
NP
EZ
PP
PP
PM
PM
PM
NP
EZ
PP
PP
PM
PM
PG
PG
EZ
PP
PP
PM
PM
PG
PG
Le résultat de simulation obtenu avec le régulateur flou est présenté par la figure (III.17.e)
Contrairement au régulateur PI, il n’est pas nécessaire d’établir un compromis entre la
rapidité du régulateur et le filtrage des ondulations dues à la puissance fluctuante. On
remarque que le régulateur flou permet la réduction du temps de réponse tr, la variation de
la tension ∆Vdc et des ondulations de tension, tel que : tr=30ms, ∆Vdc= 11.5V , et l’ondulation de
la tension Vdc est négligeable.
III.8.) RESULTATS DE SIMULATION SOUS MATLAB-SIMULINK
Les paramètres de la simulation sont groupés dans le Tableau (III.3).
Tab. III.3. Les valeurs des éléments de FAP trois niveaux.
Réseau électrique
Charge polluante
Filtre parallèle trois niveaux
 Charge R-L (source de courant harmonique)
Le courant présenté dans ce travail est le courant de la phase (a) , on injecte le filtre à
t=0.1s comme présenter dans les figures (III.15).
68
Chapitre III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
60
40
IL(A)
20
0
-20
-40
-60
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
t(s)
(a)
60
40
Is(A)
20
0
-20
-40
-60
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
(b)
30
20
IF(A)
10
0
-10
-20
-30
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
(c)
300
Vabc(V)
200
100
0
-100
-200
-300
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
(d)
Fig. III.15. résultat de simulation du FAP trois niveaux avant et après filtrage avec charge RL.
a.) le courant de la ligne.
b.) le courant de la source.
c.) le courant de filtre.
d.)la tension de la source a, b et c.
69
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
60
60
40
40
20
20
Is(A)
Is(A)
Chapitre III
0
0
-20
-20
-40
-40
-60
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
-60
0.1
0.2
0.12
0.14
200
200
150
150
100
100
50
0
-50
-50
-150
-150
-200
-200
0.14
0.16
0.18
0.2
0.1
0.12
0.14
t(s)
Ampl.harmonique/Ampl.fondamentale
Ampl.harmonique/Ampl. fondmentale
80
70
60
50
40
30
20
10
5
0.18
0.2
100
THD=26.27%
90
0
0.16
t(s)
100
0
0.2
0
-100
0.12
0.18
50
-100
0.1
0.16
t(s)
Vs(V), Is(A)
Vs(V),Is(A)
t(s)
10
15
20
THD=1.57%
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
5
10
Rang de l'harmonique
Rang de l'harmonique
(a)
(b)
15
20
Fig. III.16. résultat de simulation du FAP trois niveaux avec charge R-L.
a.) Avant filtrage.
b.) après filtrage.
Les résultats suivants représentent la réponse du filtre actif parallèle à trois niveaux
commandé par logique floue (MLI floue et un régulateur floue de la tension continue) lors d’une
variation de la résistance de la charge polluante à la moitie RL2 =RL1 / 2 de sa valeur initiale à
t=0.2s.
70
Chapitre III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
300
200
Vabc(V)
100
0
-100
-200
-300
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.22
0.24
0.26
0.28
0.3
0.22
0.24
0.26
0.28
0.3
t(s)
(a)
80
60
40
IL(A)
20
0
-20
-40
-60
-80
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
t(s)
(b)
40
30
20
IF(A)
10
0
-10
-20
-30
-40
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.22
0.24
0.26
0.28
0.3
0.22
0.24
0.26
0.28
0.3
t(s)
(c)
80
Is(A)
50
0
-50
-80
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
t(s)
(d)
1500
Vdc(V)
1000
500
0
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
t(s)
0.22
0.24
0.26
0.28
0.3
(e)
Fig. III.17. résultat de simulation du FAP trois niveaux avec charge R-L.
a.) la tension de la source a, b et c.
b.) le courant de la ligne.
c.) le courant de filtre.
d.) le courant de la source.
e.) la tension Vdc.
71
Chapitre III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
 Charge R-C (source de tension harmonique)
Le courant présenté dans ce travail est le courant de la phase (a) , on injecte le filtre à t=0.1s.
15
10
IL(A)
5
0
-5
-10
-15
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
t(s)
(a)
15
10
Is(A)
5
0
-5
-10
-15
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
(b)
15
10
IF(A)
5
0
-5
-10
-15
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t(s)
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.1
t(s)
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.1
t(s)
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
(c)
200
150
Vabc(V)
100
50
0
-50
-100
-150
-200
0
0.02
0.04
0.06
0.08
(d)
1500
Vdc(V)
1000
500
0
0
0.02
0.04
0.06
0.08
Fig. III.18. résultat de simulation du FAP trois niveaux avant et après filtrage avec charge R-C.
a.) le courant de la ligne.
b.) le courant de la source.
c.) le courant de filtre.
d.)la tension de la source a, b et c.
e.) la tension Vdc.
72
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
15
15
10
10
5
5
Is(A)
Is(A)
Chapitre III
0
0
-5
-5
-10
-10
-15
-15
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.1
0.2
0.12
0.14
200
150
150
100
100
Vs(A), Is(A)
Vs(V), Is(A)
200
50
0
-50
-150
-200
-200
0.16
0.18
0.2
0.1
0.12
0.14
t(s)
0.2
100
Ampl.harmonique/Ampl.fondamentale
Ampl harmonique/Ampl fondamentale
0.18
t(s)
100
THD=88.57%
80
60
40
20
0
0.16
-50
-100
0.14
0.2
0
-150
0.12
0.18
50
-100
0.1
0.16
t(s)
t(s)
0
5
10
Rang de l'harmonique
(a)
15
20
THD=2.98%
80
60
40
20
0
0
5
10
Rang de l'harmonique
15
20
(b)
Fig. III.19. résultat de simulation du FAP trois niveaux avec charge R-C.
a.) Avant filtrage.
b.) après filtrage.
73
Chapitre III
Application de la logique floue au filtre actif parallèle trois niveaux
III.9.) COMPARAISON ENTRE FAP DEUX NIVEAUX ET TROIS NIVEAUX
les résultats obtenus montrent que :

La tension de sortie de filtre actif trois niveaux plus proche de la forme sinusoïdale que
celle du filtre actif deux niveaux.

Le THD de filtre actif trois niveaux égale 2.31% et le THD de filtre actif deux niveaux
égale 2.36% on peut dire que l’augmentation du nombre de niveaux n’a pas une grande
influence sur la qualité de filtrage des courants.

Le correcteur floue est caractérisé par une réponse dynamique rapide pendant le régime
transitoire par rapport au régulateur PI.
En résumant les résultats obtenus dans des tableaux, nous pouvons conclure que, le filtrage
des harmoniques de courant utilisant le filtre active parallèle trois niveaux avec correcteur floue
est mieux le tableau (III.4).
TAB. III.4. comparaison entre deux niveaux et trois niveaux.
FAP
Deux niveaux
THD(%)
Trois niveaux avec
Trois niveaux avec
régulateur PI
correcteur floue
Avant filtrage R-L
27.06
26.27
26.27
Après filtrage R-L
2.36
2.31
1.57
Avant filtrage R-C
/
88.56
88.57
Après filtrage R-C
/
3.77
2.98
III.10.) CONCLUSION
Ce chapitre consacrée à l’application de la logique floue au filtrage actif, on a d’abord
introduit le concept de commande floue puis décrit chacune de ses quatre composantes: base des
règles et définitions, interface de fuzzification, mécanisme d’inférence et interface de
défuzzification. Ensuite, on est passé au procédé de conception d’un correcteur flou, cas où le
système est défini par deux entrées, l’erreur et sa dérivée, et une seule sortie constituant la
commande elle-même. Après quoi, on a conçu notre correcteur flou destiné à corriger l’erreur du
courant du filtre actif parallèle considéré. Les résultats de simulation sous Matlab-Simulink ont
montré une amélioration des allures du courant de source un THD=2.31% dans le cas d’un
régulateur PI (Chapitre II) et commande hystérésis, un THD de 1.57% dans le cas d’un
correcteur flou et MLI floue (Fig. III.16), tous les deux obtenus pendant une durée de 0.2 s.
74
CONCLUSION
GENERALE
Conclusion générale
CONCLUSION GENERALE
Le travail présenté dans ce mémoire apporte une contribution aux stratégies d'identification
et de régulation permettant d'améliorer les performances du filtre actif parallèle d’un réseau
triphasé à trois niveaux. L’objectif de ce filtre, qui se compose essentiellement d’une partie
puissance et d’une partie commande-contrôle est de compenser les perturbations générées par les
charges dites non linéaires tels que les courants harmoniques et le réactif du courant même dans
le cas des charges linéaires.
Le premier chapitre a été consacré à la problématique de recherche dont nous avons citées,
d’une manière générale, les solutions traditionnelles et modernes utilisées dans le filtrage :
passif, actif et hybride. L'utilisation croissante des dispositifs d'électronique de puissance dans
les systèmes électriques ne fait qu'accentuer la dégradation de la qualité de l'onde du courant et
de la tension. En outre, les origines et les effets néfastes de ces dégradations ont été abordés ainsi
que les normes en vigueur ont été citées. Ces normes notamment imposées aux distributeurs de
l'énergie, autorisent cependant la génération des harmoniques dans une certaine limite. En outre,
ces normes motivent les utilisateurs industriels de l'énergie électrique à faire des recherches et à
développer des méthodes efficaces pour dépolluer les réseaux électriques.
A le deuxième chapitre dans le cas du filtre actif parallèle ; un filtre de sortie du premier
ordre a été proposé afin d’empêcher les composantes harmoniques, dues aux découpages de
l’onduleur, de se propager au réseau. L'emploi d'un filtre de sortie d’ordre relativement élevé
rend plus complexe la partie contrôle. La détermination des courants de référence du filtre actif
était basée sur la méthode des puissances réelle et imaginaire instantanées qui offre un meilleur
compromis entre l’efficacité, la souplesse et la simplicité d’implantation, et permet d’identifier
un plus grand nombre de perturbations en courant, tels que les courants
harmoniques,
déséquilibrés, et réactifs. Ensuite, deux stratégies de commande pour contrôler les courants du
filtre actif, la commande hystérésis et la commande MLI, ont été étudiées. La commande
hystérésis à bande fixe est robuste et simple à mettre en œuvre, cependant sa fréquence de
commutation est variable et incontrôlable. Des simulations à l’aide du logiciel Matlab-Simulink
ont été réalisées, ces simulations montrent que les performances de compensation par la
commande hystérésis du FAP à deux et à trois niveaux, avec régulateur PI de la tension continue.
Le résultat de THD du FAP trois niveaux est mieux, mais il est proche à deux niveaux.
76
Conclusion générale
L’étude de la régulation de la tension continue aux bornes de la capacité de stockage a
montré qu’un compromis doit se faire entre le filtrage et la rapidité dans le contrôle de cette
tension. Pour cela, deux régulateurs ont été étudiés, le proportionnel intégrateur PI et le
régulateur flou. La synthèse du régulateur flou a permis d’optimiser le condensateur de stockage
en réduisant sa valeur par rapport à l’utilisation d’un régulateur classique.
Dans le dernier chapitre, et comme on a clôturé l’état de l’art par mentionner la flexibilité
des filtres actifs d’une part aux techniques intelligentes, notamment la logique floue, on a défini
les composantes d’une commande floue (base de règles et définitions, interface de fuzzification,
mécanisme d’inférence et interface de défuzzification), on a montré le procédé de conception
d’un correcteur flou, et on a conçu notre propre correcteur flou dédié au contrôle des courants
d’un filtre actif parallèle.
D’après les résultats de simulations obtenues, on peut mettre en évidence les propriétés
essentielles suivantes :

Les algorithmes basés sur la technique de la logique floue sont relativement
compliqués de point de vue structure et de mise en œuvre, en les comparons aux
algorithmes utilisant le réglage conventionnel.

La stratégie de commande utilisant les régulateurs classiques donne des résultats
satisfaisants, mais qui sont de plus en plus mises en échec par le manque, de la
robustesse due non seulement à une modélisation peu précise mais aussi à des
conditions de fonctionnement, tel que l’effet de variation de charge ou
des
paramètres du filtre actif.

Le choix des gains d'entrée et de sortie du contrôleur à logique floue a été subjectif et
difficile à optimiser. On doit aussi prêter attention à certaines notions, telles que la
répartition des fonctions d’appartenances, leur nombre, la définition et la conception
de la table des règles.
Les résultats obtenus montrent que l’augmentation du nombre de niveaux n’a pas une
grande influence sur la qualité du filtrage des courants ou des tensions. Tandis que, les’
applications de la logique ont améliorés les performances des filtres actifs en réduisant la
distorsion harmonique, le temps de réponse et le facteur de puissance été parfaitement corrigé.
On peut conclure que le régulateur flou est caractérisé par une réponse dynamique rapide
pendant le régime transitoire et la qualité d’onde moins riche en harmonique.
77
Conclusion générale
Comme perspectives :
 Utilisation des onduleurs de tension avec des niveaux élevés (cinq et sept niveaux), pour
améliorer les performances spectrales des grandeurs de sortie et augmenter sa puissance.
 On est en cours d’améliorer d’abord nos résultats surtout ceux liés au filtre actif parallèle
trois niveaux, on utilise filtre multi variable(FMV), commandé par les autres intelligences
artificielles (neurones, algorithmes génétiques…etc), Aussi on est entrain de travailler sur
les combinaisons parallèles-séries (unified power quality conditioner UPQC), vu les
nombreux avantages qu’il offre, notamment le filtrage des harmoniques de courant et de
tension, la compensation des creux de tension, l’élimination des déséquilibres, …etc.
 On utilise la MLI vectorielle, comme stratégies de commande de l’onduleur multi
niveaux.
 Etude du filtrage actif avec un onduleur à quatre fils pour les charges non équilibrés.
78
Références
bibliographiques
Références bibliographies
Références bibliographies
[1] N. BRUYANT, « Etude et commande généralisées de filtres actifs parallèles,
compensation global ou sélective des harmoniques, régime équilibré ou déséquilibré ».
Thèse de doctorat de l'université de Nantes, France, (1999).
[2] M. A. E. Alali, « Contribution à l'étude des compensateurs actifs des réseaux électriques
basse tension ». Thèse de doctorat de l'université Louis Pasteur Strasbourg I, France, (2002).
[3] Mohamed Muftah Abdusalam, « Structures et Stratégies de Commande des Filtres Actifs
Parallèle et Hybride avec Validations Expérimentales », Thèse de Doctorat, Univ. H.
Poincaré, Nancy-I, Mai 2008.
[4] A. Sahbani, M. Labben-Ben Braiek, M. A.Dami et M. Jemli, « Commande d’un Filtre Actif
Triphasé Shunt par la Logique Floue », 3rd International Conférence, SETIT, Tunisia,
March 27-31, 2005.
[5] S. Jamali and S.A. Mousavi « a new control scheme for shunt hybrid power » Center of
Excellence for Power System Automation and Operation Iran University of Science and
Technology , UPEC 2007
[6] S. Bhatacharya & D. Divan, “Synchronous frame based controller implementation for a
hybrid series active filter system”, in Conf. Rec. IEEE-IAS Annu. Meeting, pp. 2531–2540,
1995.
[7] F. Richardeau ″ Commutateurs de courant et cyclioconvertisseurs″
de l’I.N.P de Toulouse, 1996.
Thèse de Docteur
[8] T. Deflandre, P. Mauras,« Les harmoniques sue les réseaux électriques » Edition Eyrolles,
1998.
[9] B. Szabados,« Répercution sur le réseau électrique de l’alimentation des convertisseurs de
grande puissance ».
[10] C. Lott,« Filtrage actif parallèle des harmoniques de courant sur des réseaux industriels :
étude théorique etréalisation d’une maquette à GTO » Thèse de doctorat de l’Institut
National Polytechnique deLorraine, Nancy 17 Octobre 1995.
[11] A. Salem Nia,« Contribution à l’étude théorique et expérimental d’un filtre actif parallèle à
commande analogiqueet numérique temps réel » Thèse de l’Institut National Polytechnique
de Lorraine, Nancy 24.
[12] F. Richardeau, N. Aouada et T. Meynard ″ Convertisseur de rééquilibrage de la tension
d’un réseau″ J. Phys. III France7, 1997, pp. 1677-1699.
[13] P. Meynaud, P. Pene, G. desquilbet, ‘’ Déséquilibre de tension’’ Note EDF, 96NR00003,
1996.
[14] G. G. Champiot ″ Les perturbations électriques et électromagnétiques: Conception et
amélioration des installations industrielles et tertiaires″ Collection Electra, Dopee
Diffusion, 1991REG, N°. 12, pp. 791-796, 1984.
80
Références bibliographies
[15] F. Mekri, B.Mazari “ Strategie de controle d un fitre actif de puissance en regime
desequilibre ’’ CIMASI’ 2002, Maroc.
[16] S. Georges, H. Y. Kanaan, K. Al-Haddad, « Modelling, simulation and control design of a
PWM Three-Phase Four-Wire shunt active power filter for a 60 kW industrial load ». IREE,
International Review of Electrical Engineering, August, (2006).
[17] P. Jintakosonwit, H. Fujita and H. Akagi, « Control and performance of a fully-digitalcontrolled shunt active filter for installation on a power distribution system ». IEEE,
Transactions on Power Electronics, Vol. 17, no.1, pp. 323-334, (2002).
[18] Q. Chen, Z. Chen and M. McCormick, « the application and optimization of C-type filter in
a combined harmonic power filter ». 35th Annual IEEE, Power Electronics
Specialists Conference, Aachen, Germany, (2004).
[19] B. Singh, V. Verma, A. Chandra and K. Al-Haddad, « Hybrid filters for power
improvement ». IEE, Proc-Gener. Transm. Distrib, Vol. 152, no. 3, (2005).
[20] S. Srianthumrong and H. Akagi, « A Medium-voltage transformer less ac/dc power
conversion system consisting of a diode rectifier and a shunt hybrid filter ». IEEE,
Transactions on Industry Applications, Vol. 39, no. 3, pp. 874-882, (2003).
[21] J. C. Das, « Passive filters- Potentialities and limitations ». IEEE, Transactions on
Industry Applications, Vol. 40, pp. 345-362, (2004).
[22] L. BENCHAITA, « Etude, par simulation numérique et expérimentation, d’un filtre actif
parallèle à structure courant avec une nouvelle méthode de contrôle-commande ». Thèse de
doctorat de l'université Henri Poincaré, Nancy-France, (1998).
[23] J. Xu,« Filtrage actif parallèle des harmoniques des réseaux de distribution d’électricité »
Thèse de l’Institut National Polytechnique de Lorraine, Nancy 20 Janvier 1994.
[24] Miao-Xin Wang,« Filtrage actif de puissance : Etudes et réalisation d’un filtre actif à
commande numérique tempsréel » Thèse de l’Institut National Polytechnique de Toulouse,
18 Décembre 1992.
[25] M.A.E. Alali, S. Saadate, Y.A. Chapuis, F. Braun,« Control and analysis of series and shunt
active filters with SABER », IPEC 2000, Tokyo, Japan,PP. 1467-1472, April 2000.
[26] H. Akagi, Y. Tsukamuto, A. Nabae, « Analysis and design of an active power filter using
quad-series voltage source PWM converters »,IEEE Trans. on Industry applications, vol. 26,
No. 1, pp. 93-98, 1990.
[27] H. DJEGHLOUD, « Filtrage Actif de Puissance », Thèse de doctorat, Université de
Mentouri-Constantine, p. 3, 2007.
[28] R. AZAIZIA, ‘‘Etude et commande d’une machine asynchrone à double alimentation
alimentée par un convertisseur multi niveaux ’’, Thèse de magéster, LREEI, 2008,
BOUMERSES.
[29] T. Nakajima, E. Masada,« An active power filter with monitoring of harmonic spectrum »,
EPE-89, 3rd European conferenceon power electronics and applications, Aachen, Germany,
1989.
81
Références bibliographies
[30] Ph. FERRACCI, « La Qualité de l’Énergie Électrique », Extrait du Cahier technique n°
199, Schneider Electric.
[31] H. Akagi, A. Nabae and S. Atoh, « Control strategy of active power filters using multiple
voltage-source PWM converters », IEEETrans. on Industry applications, vol. IA-22, pp.
460-465, 1986.
[32] E. S. Gholipour, “Apport de l'UPFC à l'amélioration de la stabilité transitoire des réseaux
électriques”, Thèse de Doctorat, Département de Formation Doctorale ElectrotechniqueElectronique, Faculté des Sciences & Techniques, Université Henri Poincaré, Nancy-I,
France, Octobre 2003.
[33]
L. Morán & J. Dixon, “Active filters”, Power Electronics Handbook, Academic Press,
Chapter 39, pp. 1–36, 2007.
[34] A.chaghi, ‘‘Contribution au contrôle du courant sur un réseau de distribution électrique
Application d’ un compensation actif’’, Thèse de doctorat de l’université Batna,2004.
[35] H.Liahng Jou.yung chu,J. chang W,’’A novel active power filter for reactive power
compensation and harmonic suppression ’’, INT. J. Electronics,Vol.75,N°3,1993, PP. 577587.
[36] H.Buller "Réglage par la logique floue " Collection Electricité, 1994
[37] H. Benalla & H. Djeghloud, “Shunt active filter controlled by fuzzy logic”, Journal of King
Saud University, Engineering Sciences (2), vol. 18, pp. 231–247, 2006, Academic
Publishing and Press.
[38] S.Chnnai, M-T Benchouia, A Goléa, ‘‘Harmonic current Compensation based on Threephase Three-level Shunt Active Filter using Logic Current Controller’’, JEET, P 598-599,
2011.
[39] F. Mekri ‘’ Memoire de Magister de l’Université d’Oran (USTO) Nov.2001.
[40] F. Mekri ,’’ Memoire de doctorat de l’Université d’Oran (USTO) Nov.2007.
[41] L.ZALOUMA , ‘‘Contribution à l’étude du filtrage des harmoniques des réseaux de
distribution à l’aide du filtre actif’’, Thèse de doctorat, Université Badji Mokhtar, 2010,
Annaba.
82
ANNEXE
Annexe
ANNEXE
A.1.) LES PARAMETRES

Paramètres de régulateur PI
D’après les équations (II.27, 28,29), fc =30Hz, ξc =0.7et après le calcul : τc=0.0076 et
Kc =377.23.

Paramètres de l’onduleur
L’onduleur est constitue par IGBT, ron=1e-3Ω, rs=1e5Ω, cs= l’infini.

Paramètres de pont du diode
ron=0.8Ω, lon=2e-3 H, rs=100Ω, cs= 0.1e-6 F.
A.2.) BLOCS DE SUMILATION SUR (Sim-Power) MATLAB-SUMILINK
Fig. A.1. MLI floue de filtre trois niveaux.
84
Annexe
Fig.A.2.Régulateur floue de tension continue.
85