Etude et réalisation d`un filtre actif parallèle de puissance

MINISTERE DE L’ENSEINGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE D’ORAN
FACULTE DE GENIE ELECTRIQUE
DEPARTEMENT D’ELECTROTECHNIQUE
Spécialité : Ecole Doctoral de Génie Electrique
Option : Réseaux Electriques
Mémoire en vue de l’obtention du diplôme de Magistère
Thème
Etude et réalisation d’un filtre actif
parallèle de puissance
Soutenu le 28 /01 /2013
Présenté par Mr BOUGHAZI Boubakeur
Devant le jury :
Président Prof. Benyounes MAZARI USTOran
Promoteur Prof. Chellali BENACHAIBA U. Béchar
Examinateur Prof. Mokhtar ZERIKAT ENSET. Oran
Examinateur MCA. Ahmed hamida BOUDINAR USTOran
Invité MCA. Othmane ABDELKHALEK U. Béchar
N° d’ordre: Année universitaire 2012/2013

Résumé
1
Résumé
Actuellement la plus part des industries se voient affectées par les harmoniques qui sont générés
par des charges non linéaires, elles engendrent de graves conséquences pour le système électrique
en général, et tous cela abouti finalement à des pertes économiques importantes.
L’utilisation des convertisseurs statiques dans les installations de conversion de l’énergie électrique
a contribué considérablement à l’amélioration des performances et à la fiabilité des fonctionnements
de ces installations. En revanche, à cause de leur nature non linéaire , ils sont la cause principale de
la détérioration de la qualité de l’énergie électrique. Puisque, la réglementation internationale en
matière énergétique exige aux consommateurs le respect des normes aux harmoniques, le filtrage
des composantes harmoniques est devenu alors une préoccupation major pour les distributeurs et les
utilisateurs de cette énergie.
Ce mémoire à pour objet par l’implantation d’un banc expérimental du filtre actif parallèle
triphasé à structure de tension commandé en temps réel pour l’amélioration de la qualité de
l’´energie d’un réseau électrique basse tension débitant dans une charge non linéaire de type pont à
diodes triphasé. Le filtre actif parallèle triphasé est composé d’un onduleur triphasé à IGBTs à trois
bras, sa commande est réalisé par des cartes électroniques analogiques, ce qui est la principale
contribution de ce projet, elle comporte les blocs d’identifications des courants harmoniques,
régulation des courants injectés du filtre actif parallèle par la commande MLI, régulation de la
tension du bus continue de l’onduleur et enfin la protection et commande des IGBTs.
Dans ce document, nous débuterons par énoncer, en guise de généralité, les perturbations
harmoniques, leurs origines, les effets engendrés, en suite les moyens de mitigation les plus connus
dans le domaine de filtrage. Nous avons optés vers le filtre actif qui est la solution la plus
avantageuse. Les principales structures et stratégie de commande de filtre actif ainsi que leurs
caractéristiques y seront alors présentées. Le filtre actif parallèle à structure de tension est celui qui
est utilisé pour faire la compensation des harmoniques dans le présent projet. Pour accéder à la
réalisation expérimentale nous avons étudiés et dimensionnés l’ensemble des circuits contrôle
commande du filtre actif parallèle.
Les essais effectués de la maquette expérimentale du filtre actif parallèle montrent le bon
fonctionnement de la compensation des harmoniques aussi bien en régime établi que lors des
variations de la charge.
[email protected], [email protected]

Remerciements
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Remerciements
Arrivant au terme de ce travail, je tiens à exprimer dans ces lignes ma reconnaissance à toutes les
personnes qui ont participé d’une manière ou d’une autre à son aboutissement.
En premier lieu, je tiens à exprimer ma profonde gratitude à mon encadreur Mr. Chellali
BENACHAIBA, Professeur à l’Université de Béchar, pour m’avoir confié et dirigé ce mémoire.
Qu’il trouve ici l’expression de mon respect et de ma profonde reconnaissance. J’exprime également
ma reconnaissance à l’´egard de mon Co- encadreur Othmane ABDELKHALEK, Maitre de
Conférences à l’université de Béchar, pour sa sympathie et sa confiance et pour tous les services
qu’il me rend au cours de ce mémoire.
Mes remerciements vont aussi au président de jury Mr. Benyounes MAZARI, Professeur de
l’université de la science et la technologie d’Oran, ainsi que les membres de jury, Mr. Mokhtar
ZERIKAT, Professeur de l’université ENSET. Oran et Mr. Ahmed hamida BOUDINAR, Maitre de
Conférences de l’université de la science et la technologie d’Oran, pour pouvoir accepter de juger
ce travail.
Je tiens à remercier sincèrement tout le personnel du laboratoire d’électrotechnique et électronique
de l’Université de Béchar pour leurs sympathies, pour ses qualités humaines et scientifiques.
Je ne pourrai terminer cet espace sans remercier mes collègues avec lesquels j’ai passe des moments
agréables à l’Université de Béchar.
Je désire remercier ma mère, ma sœur, mes frères et je dédie ce projet à mon défunt père.
Enfin, merci à mes amis qui ont partagés au quotidien mes espoirs et mes inquiétudes, qui m’ont
réconforté dans les moments difficiles et avec qui j’ai partagé d’inoubliables instants de détente.

Table des matières
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Table des matières
Résumé ................................................................................................................................................1
Remerciements .....................................................................................................................................2
Table des matières ................................................................................................................................3
Liste des figures ....................................................................................................................................9
Liste des tableaux ...............................................................................................................................13
Introduction générale ..........................................................................................................................14
Chapitre I. Perturbations harmoniques des réseaux électriques .........................................................16
I.1. Introduction ..................................................................................................................................16
I.2. Classification et caractéristiques des perturbations électriques .................................................17
I.3. Pollution harmonique ..................................................................................................................17
I.3.1. Charges linéaires et non-linéaires .........................................................................................18
I.3.2. Caractérisation des perturbations harmoniques ....................................................................19
I.3.3. Mesures des harmoniques .....................................................................................................20
I.3.3.1.Valeurs efficaces .............................................................................................................20
I.3.3.2. Valeur crête (PEAK) .......................................................................................................20
I.3.3.3.Taux de distorsion harmonique .......................................................................................20
I.3.3.4. Spectre de fréquences .....................................................................................................21
I.3.3.5. Puissances apparentes, actives, réactives et déformantes ...............................................21
I.3.3.6. Facteur de puissance ......................................................................................................22
I.3.3.7. Facteur de déphasage (du fondamental) ..........................................................................22
I.3.3.8. Facteur de déformation....................................................................................................23
I.3.3.9.Séquence des harmoniques ..............................................................................................23
I.4. Propagation des harmoniques dans les réseaux électriques .........................................................24
I.5. Origine des harmoniques ..............................................................................................................25
I.6. Conséquences des harmoniques ...................................................................................................26
I.6.1. Effets instantanés....................................................................................................................26
I.6.2. Effets différés ........................................................................................................................27
I.6.3. Echauffement .........................................................................................................................27
I.6.4. Vieillissement des isolants ....................................................................................................27
I.6.5. Interférence dans les systèmes de télécommunication ...........................................................27
I.6.6. Risque d’excitation de résonance ..........................................................................................28
I.6.7. Vibrations mécaniques ...........................................................................................................28

Table des matières
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I.6.8. Effets sur le conducteur neutre ...............................................................................................28
I.6.9. Dysfonctionnement d'appareils utilisant la tension comme référence ...................................28
I.7. Normes qualité d’énergie ............................................................................................................29
I.7.1.Norme IEEE 519 .................................................................................................................30
I.7.2. Norme CEI (61000) ............................................................................................................31
I.7. 2.1. Norme CEI (CEI 61000-2-2) ......................................................................................31
I.7. 2.2. Norme CEI (CEI 61000-3-2) et (CEI 61000-3-12) .....................................................32
I.8. Textes réglementaires ..................................................................................................................33
I.9. Solutions de dépollutions harmoniques ......................................................................................34
I.9.1. Surdimensionnement du neutre ............................................................................................34
I.9.2.Transformateurs spéciaux .....................................................................................................34
I.9.2.1.Transformateur de mise à la terre ....................................................................................34
I.9.2.2.Transformateur de type K ................................................................................................35
I.9.2.3.Transformateurs déphaseurs ............................................................................................35
I.9.3.Stratégies classiques ................................................................................................................36
I.9.4.Renforcement du réseau .........................................................................................................37
I.9.5.Augmentation de l’indice de pulsation ...................................................................................37
I.9.6.Redresseur MLI .......................................................................................................................38
I.9.7.Filtrage passif ..........................................................................................................................39
I.9.7.1.Principe de fonctionnement des filtres passifs .................................................................39
I.9.7.2. Classification des filtres passifs ......................................................................................39
I.9.7.3.Filtre passif parallèle ........................................................................................................40
I.9.7.4.Coût du filtre passif ..........................................................................................................42
I.9.8.Filtrage actif .............................................................................................................................42
I.9.8.1.Structure d’un filtre actif ..................................................................................................43
I.9.8.2. Principe de fonctionnement du filtre actif .......................................................................43
I.9.8.3. Coût du filtre actif ...........................................................................................................44
I.9.8.4. Effet de l’impédance du réseau sur le filtre actif ...........................................................45
I.9.8.5. Comparaison générale entre le filtre passif et le filtre actif ...........................................45
I.9.9. Topologie des filtres actifs ....................................................................................................46
I.9.9.1.Filtre actif parallèle (F.A.P) .............................................................................................46
I.9.9.2. Filtre actif série (F.A.S) ..................................................................................................47
I.9.9.3. Combinaison parallèle-série actif (UPQC) .....................................................................47