Qualité de l’Energie Electrique

Qualité de l’énergie

L’énergie électrique fournie par un producteur/distributeur à l’ensemble de ses clients doit être une énergie de qualité triphasée conformément à des normes prédéfinie (tolérance admissible sur la tension, fréquence, …).

Actuellement les récepteurs domestiques ou industriels sont en majorité des charges non-linéaires. Une charge est dite « non-linéaire » si le courant absorbé n’est pas sinusoïdal lorsqu’elle est alimentée par une tension sinusoïdale.

Outre les altérations subies par cette énergie électrique durant son transport, les charges non-linéaires à la réception génèrent des courants harmoniques (signaux sinusoïdaux dont les fréquences sont des multiples entiers du signal fondamental à 50Hz) et par conséquent déforment les signaux électriques du courant (tension) qui au départ étaient sinusoïdaux.

Ces charges génèrent des distorsions harmoniques dans l’ensemble du réseau électrique et peuvent perturber et engendrer des défauts de fonctionnement normal de certains équipements électriques. Les perturbations obtenues par cette pollution sont de deux types : celles liées aux perturbations tension et courant qui proviennent généralement des charges non-linéaires :
– Déséquilibres des tensions et courants : les amplitudes des trois tensions (courants) du système triphasé sont différentes et/ou les déphasages sont de 120 degrés.
– Les perturbations de tensions causées par des tensions perturbatrices comme les tensions harmoniques, les creux de tension et coupures brèves, surtensions, fluctuations rapides de tension (Flicker)….

Par conséquent, il est indispensable de comprendre l’origine de ces perturbations et d’appliquer les solutions adéquates pour les supprimer afin d’éviter le dysfonctionnement ou la destruction des composants du réseau électrique et des récepteurs terminaux.

Distorsions

Distorsions harmoniques

Les charges non linéaires altèrent la forme de l’onde sinusoïdale du courant. Cette onde périodique non sinusoïdale peut être décomposée en une somme de sinusoïdes de fréquences multiples entières (𝑛𝑛 ∈ 𝑁𝑁 ) de la fondamentale 𝑓𝑓0 (50 Hz) (n=1), fréquence du signal. Pour les nombres entiers supérieurs à un (𝑛𝑛 > 1) les sinusoïdes sont dites harmoniques d’ordre supérieur.

Distorsions Inter-Harmoniques [CEI-90] [CH-89][GH-05] [MO-08]
Outre les distorsions harmoniques, il existe une autre perturbation appelée interharmoniques qui sont des signaux dont les fréquences ne sont pas des multiples entiers de la fréquence du signal fondamental. Ces distorsions peuvent être observées en présence des variateurs de vitesses pour machines asynchrones, des fours à arc. L’existence de ces signaux harmoniques se traduit par une dégradation de facteur de puissance.

Origines des Harmoniques [RA-86] [SE-84]

Les origines des harmoniques proviennent de l’utilisation dans les milieux industriels et domestiques de récepteurs non-linéaires de différents types dont nous pouvons citer à titre d’exemples :
– Redresseur monophasé à diodes avec filtrage,
– Redresseur triphasé à diodes avec filtrage,
– Convertisseurs statiques,
– Variateur de vitesse des moteurs asynchrones,
– Gradateur monophasé (Régulation de puissance de fours à résistances),
– Modulation de puissance des lampes halogènes,
– Redresseur triphasé à thyristors (Variation de vitesse des moteurs à courant continu et des moteurs synchrones, Electrolyseurs),
– Moteur asynchrone (Machines-outils, Appareils électroménagers, Ascenseurs, …)
– Alimentation à découpage (Micro-informatique, …) .

Table des matières

Introduction générale
Chapitre 1 : Qualité de l’Energie Electrique
1.1. Qualité de l’énergie :
1.2. Distorsions
1.2.1 Distorsions harmoniques
1.2.2 Distorsions Inter-Harmoniques
1.3. Caractérisation des harmoniques
1.3.1 Taux de Distorsions Harmoniques (THD)
1.3.1 Facteur de puissance
1.4. Origines des Harmoniques
1.5. Conséquences
1.5.1 Effets instantanés
1.5.1.1 Défauts de fonctionnement
1.5.1.2 vibration et bruits
I.5.2 Effets à terme
1.6. Normes et réglementation
1.6.1 Normes d’appareillage
1.6.2 Normes qualité réseaux
1.7. Solutions de dépollution du réseau électrique
1.7.1. Solutions traditionnelles de dépollution
1.7.2 Solutions modernes de dépollution
1.7.2.1 Principe de fonctionnement
1.7.2.2 Classification des filtres actifs
1.7.3 Comparatif et choix d’un FAP
1.8 Récapitulation
1.9. Conclusion
Chapitre 2: Topologies et Stratégies de Commande d’un Filtre Actif Parallèle
Introduction
2.1. Structure d’un FAP à Structure Tension
2.2. Topologies de filtres actifs parallèles
2.2.1 Onduleur de tension à trois bras avec condensateur à point milieu
2.2.2 Onduleur de tension à deux bras
2.3. Système de stockage de l’énergie
2.4. Filtre de sortie
2.5. Stratégies de contrôle d’un filtre actif parallèle à structure tension
2.5.1 Identification des courants de références
2.5.1.1 Stratégie de commande directe
2.5.2 Extraction des puissances et des courants harmoniques
2.5.3 Poursuite des courants de référence
2.5.3.1 Commande par hystérésis
2.5.3.2 Commande par hystérésis modulée
2.5.4 Régulation de la tension
2.5.4.1 Régulateur de type PI
2.6. Conclusion
Chapitre 3: Résultats de simulation en régime équilibré
3.1. Présentation du système à simuler
3.2. Simulation de l’ensemble charge non linéaire- filtre actif de puissance
3.2.1 La méthode directe des puissances instantanées
3.2.2 Méthode fndirecte des puissances instantanées
3.2.3. Extraction par filtre passe-bas
3.2.4. Extraction par filtre Multi-variable
3.2.5. Extraction par un filtre Adaline
3.3. Etude du comportement du système lors d’une variation de l’angle α
3.3.1 Commande directe basée sur les puissances instantanées
3.3.2 Méthode indirecte des puissances instantanées par un filtre passe -bas
3.3.3 Méthode directe des puissances instantanées par Filtre Multi-variable
3.3.4 Méthode des puissances instantanées par un filtre Adaline
3.4. Conclusion
Chapitre 4: Résultats de simulation en régime déséquilibré
4.1. Introduction
4.2. Simulation pour le cas d’une charge déséquilibrée
4.2.1 Méthode directe des puissances instantanées
4.2.2 Méthode indirecte des puissances instantanées p-q par un filtre passe-bas
4.2.3 Méthode indirecte des puissances instantanées par Filtre Adaline
4.2.4 Méthode des puissances p-q instantanées modifiée
4.3. Simulation numérique pour le cas d’un défaut monophasé
4.3.1. Méthode indirecte des puissances instantanée par un filtre passe-bas
4.3.2. Méthode indirecte des puissances instantanées par un filtre Adaline
Conclusion