Filtre actif série

Le filtre actif série, est une source de tension contrôlée placée en série entre le réseau et la charge sensible à protéger. Cette source de tension correspond à un onduleur triphasé avec un filtre LR

167 CHAPITRE V FAP ET FAS ALIMENTES PAR UN GROUPEMENT DE 8 GEPZT de sortie (qui sert à filtrer les harmoniques de commutation de l’onduleur) connectés au réseau au travers de trois transformateurs monophasés d’injection de tension.

Du côté continu de l’onduleur on dispose d’un système de stockage d’énergie sous forme de source de tension continue, qui fournit l’énergie nécessaire pour compenser les perturbations de la tension du réseau. Le système de stockage souvent utilisé est basé sur un condensateur dont la tension peut être réglée [273].

Fig. V.32. Filtre actif série

Ce filtre n’a aucune influence sur les courants harmoniques qui pourraient circuler dans le réseau. La tension aux bornes de la charge est sinusoïdale, ce qui n’est pas le cas du courant de la source car cette dernière est traversée par la totalité du courant de la charge. Une des solutions qui permet de pallier cet inconvénient est l’association d’un filtre actif série avec un filtre passif [274].

V.6.1 Structure générale du filtre actif série

Le filtre actif série est une solution pour protéger des charges sensibles contre les perturbations de tension du réseau électrique. Il se comporte donc comme une source de tension qui s’oppose aux tensions perturbatrices (creux, déséquilibre, harmonique) venant de la source et également à celles provoquées par la circulation des courants perturbateurs à travers l’impédance du réseau [275]. Ainsi la tension aux bornes de la charge à protéger est purement sinusoïdale. Il s’insère entre le réseau perturbé et la charge non linéaire à protéger (générant des harmoniques de courants) par l’intermédiaire d’un transformateur d’injection de tension.

Le système considéré sur la Figure V.33 se compose d’un ensemble de :

 Réseau d’alimentation, pont redresseur débitant sur une charge inductive,

 Filtre actif série représenté par un onduleur de tension commandé en courant et qui possède une source dite flottante (capacité), les filtres passifs.

 Transformateurs qui permettent l’injection en série avec le réseau électrique en introduisant le taux de transformation souhaité- la tension produite par l’onduleur, Par conséquent, ces transformateurs, considérés comme des transformateurs de courant, permettent de réduire, par leurs taux de transformation, le courant de la charge traversant l’onduleur de tension. A cela s’ajoute que ces transformateurs, grâce à leurs caractéristiques magnétiques de saturation, contribuent à la protection du filtre actif série contre les défauts côté charge. Les désavantages de l’emploi de ces transformateurs sont leurs coûts élevés et la chute de tension occasionnée par leurs inductances de fuite.

 Circuit de commande qui est constituée de l’algorithme d’identification des tensions perturbatrices, de la régulation des tensions injectées et la commande des interrupteurs de l’onduleur.

Fig. V.33. Structure générale du filtre série

V.6.2 Etude de la partie puissance d’un FAS

Le circuit de puissance d’un filtre actif série à base d’un onduleur de tension à IGBT est présenté dans la Figure V.34.

Le schéma de l’ensemble est constitué d’une source de tension, une charge non linéaire représentée par un pont redresseur tous thyristors, dont on suppose que ces derniers ainsi que les semis conducteurs de l’onduleur sont assimilable à des interrupteurs idéaux, possédant deux états fermé ou ouvert, filtre passif connecté en parallèle en vue de dériver les harmoniques basses fréquences et un compensateur actif de puissance, représenté par un onduleur de tension, connecté en série avec le réseau électrique à travers trois transformateurs monophasés d’injection de tension.

169 CHAPITRE V FAP ET FAS ALIMENTES PAR UN GROUPEMENT DE 8 GEPZT

V.6.3 Etude de la partie commande d’un FAS

Le circuit de commande est, en général, réparti comme suit :  Commande de l’onduleur,

 Algorithmes d’identification des grandeurs harmoniques des tensions de référence,  Régulation de la tension continue de l’onduleur Vdc.

V.6.3.1 Commande de l’onduleur

Pour la commande de l’onduleur de tension afin de générer les impulsions du filtre actif, on a appliqué cette fois ci la technique de la commande par hystérésis.

A. Commande par hystérésis : L'objectif de la commande par hystérésis, encore connue

sous la dénomination de commande en tout ou rien, est de contrôler les tensions de compensation en les forçant à suivre ceux de référence. Un système de base pour le contrôle de la bande d'hystérésis est représenté sur la Figure V.35.

Fig. V.35. Principe de commande par hystérésis

Les tensions de charges réelles sont détectées et comparées avec leurs composants non actifs. Cette technique peut être caractérisée par une bande d'hystérésis qui est le seul paramètre de contrôle de tension de chaque bras de l'onduleur. Les signaux de sortie des comparateurs à hystérésis sont utilisés pour commander l'ordre de commutation des interrupteurs de chaque bras de l'onduleur. La tension de compensation va rester dans une bande autour du signal de référence, voir la Figure V.36.

La simplicité de la mise en œuvre, est le principal atout de cette technique. En revanche, les commutations évoluent librement à l’intérieur de bande d’hystérésis, on ne peut maîtriser correctement le spectre de haute fréquence dû aux fréquences de commutations.

V.6.3.2 Algorithme d’identification des tensions de référence

Pour la détection des tensions harmoniques de référence, on a appliqué la théorie de la puissance instantanée réactive étudiée globalement dans la section V.4.5.2, dans le cas d’un filtre série. Aussi, peut-on schématiser ces étapes dans le modèle de la Figure V.37.

Admettons que la tension source (𝑉_𝑠𝑎, 𝑉_𝑠𝑏, 𝑉_𝑠𝑐) est triphasé symétrique et polluée, l’application de la transformation de Concordia C32 permet de faire passer le système de tension triphasé en un système biphasé équivalent. Une image du courant source triphasée sinusoïdale est introduite, cette dernière est aussi transformée en utilisant la même transformation (abc-αβ). En faisant appel à la théorie de la puissance réactive instantanée [276] on calcul les puissances active p et réactive q, l’utilisation des filtres passe-bas permet d’obtenir les deux grandeurs de référence correspondante. Les tensions fondamentales dans le référentiel (α–β) sont alors obtenues. Le passage du système biphasé à un système triphasé est réalisé moyennant la transformation de Concordia inverse C23.

Fig. V.37. Modèle de détection des tensions de référence du filtre actif série utilisant la théorie de la puissance instantanée p-q

V.6.3.3 Régulation de la tension continue de l’onduleur

La régulation de la tension continue aux bornes du condensateur est nécessaire, car elle permet de :

 Maintenir cette tension à un niveau fixe tout en assurant une compensation des pertes dans le filtre actif.

 Limiter ses variations en régime dynamique afin de ne pas détériorer les performances du filtre actif.

Cette méthode confère au filtre actif la possibilité de charger et de maintenir constante la tension aux bornes du condensateur sans aucun apport d’énergie de l’extérieur. Pour ce faire, le filtre devra générer une tension en phase et de même fréquence que la composante fondamentale du courant du filtre passif, de façon à créer une puissance de nature réactive à valeur moyenne non nulle et qui devra être ajoutée à la consigne de la composante harmonique de la puissance réactive [277].

171 CHAPITRE V FAP ET FAS ALIMENTES PAR UN GROUPEMENT DE 8 GEPZT Donc, en régime permanent, la source doit fournir une puissance active égale à la puissance demandée par la charge. Lorsqu’un déséquilibre de puissance active se produit dans le système, la capacité de stockage d’énergie doit fournir la différence de puissance entre le réseau et la charge. Il en découle alors une variation de la tension aux bornes du condensateur alimentant le filtre actif de puissance, d’où une régulation est nécessaire afin de stabiliser la tension aux bornes du condensateur [278].