Méthode des puissances réelles et imaginaires instantanées (p-q)

Effets a terme [OME 07]

Ils sont generalement lies a un echauffement des equipements apres leur exposition aux perturbations harmoniques dans une duree assez importante, provoquant une fatigue prematuree du materiel, des lignes et conduit a une diminution du rendement des equipements. Parmi ces echauffements, nous avons :

· Echauffement des câbles et des équipements : Les cables dont le neutre presente un sur-echauffement et les materiels a enroulement tels que les transformateurs ou les moteurs sont concernes par ce type d’echauffement qui peut durer quelques secondes a quelques heures (effet a moyen terme) ou de quelques heures a quelques annees (effet a long terme). [OME 07]

· Echauffement des condensateurs : Les surcharges dues aux harmoniques ou a l’augmentation de la tension fondamentale, engendrent un echauffement au niveau des condensateurs, cet echauffement est cause par les pertes dues au phenomene d’hysteresis dans le dielectrique et peut donner lieu a un claquage. [OME 07]

· Echauffement due aux pertes supplémentaires des machines électriques et des transformateurs : pour les machines l’echauffement est due aux pertes dans les circuits rotoriques a cause des differences importantes de vitesse entre les champs tournants inducteurs harmoniques et le rotor. Pour les transformateurs l’echauffement est due aux pertes par hysteresis et courants de Foucault dans les circuits magnetiques, et les pertes par effet Joule dans les enroulements. [OME 07]

Solutions modernes [OUL 05]

Avec la progression technologique dans le domaine des reseaux electrique, les solutions traditionnelles telles que le filtre passif sont devenues moins performante. De nouvelles structures de filtrage plus evoluees ont ete concus comme etant une solution efficace pour traiter les problemes lies aux harmoniques, appelees filtres actifs de puissance. Le principe des filtres actifs de puissance est d’injecter des courants ou des tensions harmoniques dans le reseau de meme amplitude mais en opposition de phase afin de compenser les harmoniques pour soutirer a la sortie un signal courant et/ou tension sinusoidale parfait. Le raccordement sur le reseau electrique du filtre actif de puissance se fait soit mode serie (FAS) soit en mode parallele (FAP), et cela est lie aux types d’harmoniques a eliminer. Un filtre actif de puissance connecte en serie sur le reseau electrique est represente par la figure (I.8). Il joue le role d’une source de tension qui genere des ondes en opposition avec celles qui viennent de la source et celles crees par les courants harmoniques circulant via l’impedance de la ligne. Figure I.8 : Filtre actif série Le filtre actif de puissance connecte en parallele sur le reseau electrique, est montre dans la figure (I.9).

Il est generalement commandable en tant que generateur de courant pour eliminer les courants harmoniques produits par les charges polluantes, dans le but de retablir le signal de courant fourni par le reseau a sa forme sinusoidale. Il injecte dans le reseau des courants harmoniques d’amplitude identique a ceux absorbes par la charge nonlineaire, mais en opposition de phase. Figure I.9 : Filtre actif parallèle La combinaison parallele – serie des filtres actifs de puissance, est appele UPQC (Unified Power Quality Conditioner) et est represente dans la figure (I.10). Cette solution universelle met en oeuvre des filtres actifs parallele et serie qui fonctionnent en meme temps, en beneficiant des avantages de l’ensemble des deux filtres. Figure I.10 : Combinaison parallèle-série actifs (UPQC) Il existe d’autres structures de filtre nomme filtre hybride constitue d’un filtre actif de faible puissance qui sert a garantir un filtrage efficace en fonction de developpement des charges et du reseau, et un filtre passif permettant de supprimer la majorite des harmoniques propagees. Cette configuration permet d’obtenir un filtre actif de dimension et de cout restreint, ameliorant ainsi ses performances grace aux elements passifs qui reduisent considerablement la puissance du convertisseur du filtre actif puissance.

Type d’ondelettes

Il existe deux categories d’ondelettes a savoir :

1. Les ondelettes de première génération (classique), cette generation est utilisee generalement pour analyser les signaux unidimensionnels 1D, elle est basee sur l’analyse multi-resolution (AMR) qui est une methode pour construire des ondelettes. Le principe de cette analyse est base sur la decomposition successive d’un signal a l’aide d’un banc de filtres, qui est constitue de deux filtres, le premier est un filtre passe-bas pour l’approximation basse frequence tandis que le deuxieme est un filtre passe-haut pour les details du signal, chaque suite d’approximation sera ensuite decomposee en une approximation et un detail et ainsi de suite jusqu’a l’arrivee au resultat souhaitee. Le filtrage est suivi d’un sous-echantillonnage de facteur 2. La transformee en ondelettes peut s’etendre sur plusieurs niveaux de resolution en iterant l’application de la transformee aux approximations successives. La figure 3.2 montre le principe de ce procede [BOU 14].

2. Ondelettes de la deuxième génération : Cette nouvelle generation est utilisee generalement pour la representation des images et des signaux multidimensionnels, elle est basee sur le schema de levage qui est une nouvelle methode pour construire des ondelettes et ameliorer leurs performances, L’avantage majeur de cette construction par rapport aux constructions classiques est qu’elle ne repose pas sur la transformee de Fourier. Parmi les structures que nous trouvons la structure Lifting scheme. La figure (3.3) montre le schema de levage qui se compose de trois etapes : le Separation (Splitting), la Prediction (Predict) et la Mise a jour (update) [BOU 14].

Filtrage actif parallèle basé sur les ondelettes classiques

Afin d’utilise les ondelettes dans la commande du filtre actif de puissance, nous avons repris le systeme complet source – charge non lineaire – Filtre actif de puissance parallele. Figure III.4 : Commande directe d’un filtre actif de parallèle [BEN 04] Cependant, avant d’introduire et de presente la commande a base d’ondelette pour un filtre actif de puissance parallele, il ete necessaire d’etudier et de comprendre les ondelettes de premiere generation pour savoir quelle des ondelettes ete la plus adapte pour extraire la composante continue de la puissance active instantanee.

Ainsi, nous avons due tout d’abord teste plusieurs familles d’ondelettes d’ordres differents et a plusieurs niveaux pour choisir les ondelettes qui conviennent a notre commande. Apres plusieurs test les ondelettes qui nous ont donnes les meilleurs resultats sont : Debauchies (db10) niveau 12, Symlets (sym08) niveau 12, Biorthogonale (bio 6.8), Biorthogonale reversible (rbio 6.8) niveau 12 et Coiflet (coif5) niveau 12. Comme le montre les figures suivantes : Avec ≪ s ≫ le signal d’entre, ≪ a12 ≫ une approximation qui est obtenu par un filtre passe bas et ≪ d12 ≫ a ≪ d1 ≫ represente les details qui sont obtenu grace un filtre haut. D’apres les figures ci-dessus, nous remarquons que ≪ s ≫ represente la puissance active instantanee et ≪ a12 ≫ est une approximation et qui est obtenu par un filtre passe bas determine correctement la composante continue de la puissance active instantanee. Ainsi, il est possible d’extraire la composante continues de la puissance active instantanee en utilisant les ondelettes de premiere generation. Par consequent, si nous introduisons des filtres qui sont basee sur les ondelettes dans la commande d’un filtre actif de puissance, nous devrions pouvoir eliminer les harmoniques de courants dans le reseau electrique genere par les charges non lineaires. Donc, en reutilisant la commande directe basee sur les puissances instantanees comme il est montre dans la figure III.10 mais en remplacant cette fois ci le filtre de Butterworth par celui a base d’ondelette.

D’apres la simulation, on remarque qu’une seule ondelette de type Biorthogonale d’ordre 6.8 est incapables de diminuer les harmoniques de courant correctement. De plus, elle ne permet pas une bonne elimination de la composante continue ce qui engendre une augmentation du courant de source par rapport a la charge du fait que le filtre actif de puissance injecte en plus des harmoniques de courant une composante continue du courant. Nous avons egalement fait une simulation pour l’ondelette de type Symlet d’ordre 8 comme le montre les figures suivantes : Nous remarquons les memes resultats que pour ce observe lorsque nous avons utilise une ondelette de type Biorthogonale d’ordre 6.8. Par consequent nous avons essaye de remedier a ce probleme en utilisant un double filtrage par ondelette afin voir si nous pouvons eliminer completement la composante continue observe dans la puissance active instantanee. La figure suivante nous montre la commande que nous avons utilisee en introduisant filtre a base d’ondelette en cascade.