Etude Par Simulation Numerique Et Experimentation D Un Filtre Actif Parallele A Structure Courant Avec Une Nouvelle Methode De Controle Commande
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ETUDE, PAR SIMULATION NUMERIQUE ET EXPERIMENTATION, D'UN FILTRE ACTIF PARALLELE A STRUCTURE COURANT AVEC UNE NOUVELLE METHODE DE CONTROLE - COMMANDE
LES DISTRIBUTEURS D'ENERGIE ELECTRIQUE S'EFFORCENT DE FOURNIR UN PRODUIT DE QUALITE CARACTERISE PAR UN SYSTEME TRIPHASE DE TENSIONS SINUSOIDALES. CEPENDANT, CES DERNIERES ANNEES, LA DISTORSION HARMONIQUE DE L'ONDE DE TENSION PREND DE PLUS EN PLUS D'AMPLEUR. LE REGAIN D'ACUITE DE CETTE PERTURBATION PROVIENT DE LA PROLIFERATION RECENTE D'EQUIPEMENTS A CARACTERISTIQUES COURANT-TENSION NON LINEAIRES. LES PROGRES REALISES SUR LES SEMI-CONDUCTEURS DE PUISSANCE ENTIEREMENT COMMANDABLES, LES THYRISTOR GTO ET LES IGBTS EN PARTICULIER, ONT CONDUIT AU DEVELOPPEMENT DE NOUVEAUX DISPOSITIFS DE FILTRAGE APPELES FILTRES ACTIFS. LEUR APPLICATION INDUSTRIELLE EST EN PLEINE PROGRESSION SURTOUT DANS LES PAYS INDUSTRIELS COMME LE JAPON. DANS CETTE THESE, TOUT D'ABORD, NOUS PASSONS EN REVUE LES DIFFERENTES SORTES DE PERTURBATION DE LA TENSION DU RESEAU. NOUS PRESENTONS LE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D'UN CERTAIN NOMBRE DE DISPOSITIFS ACTIFS DESTINES SOIT AU FILTRAGE DES HARMONIQUES, SOIT A LA COMPENSATION D'AUTRES TYPES DE PERTURBATION POUVANT AFFECTER L'ONDE DE TENSION. LE FILTRAGE ACTIF PARALLELE A STRUCTURE COURANT EST ENSUITE TRAITE. NOUS DONNONS LE DIMENSIONNEMENT ET LES CRITERES DE CHOIX DES ELEMENTS DE PUISSANCE D'UN FILTRE ACTIF PARALLELE A STRUCTURE COURANT. NOUS ANALYSONS LES DIFFERENTES METHODES DE CALCUL DES COURANTS DE REFERENCE. POUR CONTROLER LES COURANTS DE FILTRE ACTIF A STRUCTURE COURANT, DEUX METHODES DE COMMANDES SONT EMPLOYEES. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS ETUDIONS LA COMMANDE MLI A ECHANTILLONNAGE NATUREL PUIS NOUS PROPOSONS UNE NOUVELLE METHODE A HYSTERESIS ADAPTEE AU CONTROLE DE L'ONDULEUR DE COURANT. DES RESULTATS DE LA SIMULATION NUMERIQUE AVEC LES DEUX METHODES DE COMMANDE ET POUR DIFFERENTS TYPES DE CHARGES POLLUANTES SONT PRESENTES. LES ESSAIS EFFECTUES SUR UNE MAQUETTE EXPERIMENTALE DE FILTRE ACTIF A STRUCTURE COURANT ONT PERMIS LA VALIDATION DE LA NOUVELLE METHODE DE COMMANDE PROPOSEE ET ONT MONTRE LA BONNE PERFORMANCE DU FILTRE ACTIF A STRUCTURE COURANT.
CONTRIBUTION A L'ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE D'UN FILTRE ACTIF PARALLELE A COMMANDES ANALOGIQUE ET NUMERIQUE TEMPS REEL
CES DERNIERES ANNEES, L'UTILISATION DES CONVERTISSEURS STATIQUES EST EN FORTE PROGRESSION. CES CONVERTISSEURS ABSORBENT DES COURANTS NON SINUSOIDAUX AU RESEAU. ILS SE COMPORTENT ALORS COMME DES GENERATEURS DE COURANTS HARMONIQUES CE QUI POSE QUELQUES PROBLEMES AUX DISTRIBUTEURS DE L'ENERGIE ELECTRIQUE COMME AUX UTILISATEURS. LE DEVELOPPEMENT RECENT DES SEMI-CONDUCTEURS DE PUISSANCE ENTIEREMENT COMMANDABLES, LES GTO THYRISTORS ET LES IGBT EN PARTICULIER, A CONDUIT A LA CONCEPTION DE NOUVELLES STRUCTURES, COMME LES FILTRES ACTIFS, POUR MINIMISER LES PROBLEMES LIES AUX PERTURBATIONS HARMONIQUES. DANS CETTE THESE, APRES L'ANALYSE DES PERTURBATIONS HARMONIQUES ET DE SES EFFETS SUR LE RESEAU ELECTRIQUE, LES SOLUTIONS POUR LES REDUIRE, NOTAMMENT LES FILTRAGES PASSIF ET ACTIF ONT ETE PRESENTEES. ENSUITE LE CONTROLE DE FILTRE ACTIF A STRUCTURE TENSION AVEC DEUX STRATEGIES DE COMMANDE POUR CONTROLER LES COURANTS DU FILTRE, HYSTERESIS ET MLI, EST ETUDIE. LES SIMULATIONS NUMERIQUES POUR DEUX TYPES DE COMMANDE, ANALOGIQUE ET NUMERIQUE, SONT EFFECTUEES ET LES EFFETS DES DIFFERENTS PARAMETRES DE LA COMMANDE SUR LA QUALITE DE LA COMPENSATION D'HARMONIQUES SONT PRESENTES. UNE MAQUETTE TRIPHASEE DE FILTRE ACTIF PARALLELE POUR DEPOLLUER LE RESEAU ELECTRIQUE BASSE TENSION AUX COMMANDES ANALOGIQUE ET NUMERIQUE A ETE REALISEE. LES ESSAIS EXPERIMENTAUX EFFECTUES SUR CETTE MAQUETTE ONT MONTRE LES BONNES PERFORMANCES DU FILTRE ACTIF EN COMPENSATION D'HARMONIQUES. ENFIN, PROFITANT DE LA SOUPLESSE DE LA COMMANDE NUMERIQUE, LA SUPPRESSION D'UN OU PLUSIEURS HARMONIQUES PARTICULIERS A ETE ETUDIEE. LES RESULTATS OBTENUS PAR LA SIMULATION AINSI QUE PAR L'EXPERIMENTATION DE L'ELIMINATION DE L'HARMONIQUE 5, DE L'HARMONIQUE 7 ET DES HARMONIQUES 5 ET 7 SONT SATISFAISANTS
Structures et stratégies de commande des filtres actifs parallèle et hybride avec validations expérimentales
Ce manuscrit est consacré à la dépollution des réseaux électriques par les filtres actifs. Dans un premier temps, le filtre actif parallèle triphasé trois fils à structure tension y est étudié théoriquement, par simulation, puis expérimentalement. Une nouvelle stratégie de commande, basée sur la méthode des puissances instantanées et mettant en œuvre des « filtres multi-variables » est étudiée. Trois types de contrôleurs de courant sont envisagés : hystérésis classique, hystérésis modulée et MLI. L'hystérésis modulée est retenue car elle garantit simultanément la robustesse du système et une fréquence de commutation fixe. Un banc expérimental a permis de conforter les résultats obtenus par simulation. Ensuite, le filtre hybride parallèle (FHP) triphasé et l'optimisation de sa commande ont été examinés. L'objectif majeur est d'améliorer les performances de filtrage tout en s'attachant à minimiser la complexité de la commande. Le filtre hybride étudié est constitué d'un filtre actif triphasé à structure tension connecté en série avec un filtre triphasé passif de type LC, accordé sur l'harmonique 7. Nous avons proposé une première modification (commande dite « simplifiée ») de la commande classique dans le référentiel lié au synchronisme en introduisant des « filtres multi-variables » au lieu des filtres d'extraction classiques des deux boucles de contrôle, dites « feedback » et « feedforward ». Cette modification nous a permis de réduire considérablement la complexité de l'algorithme de commande (suppression de la PLL de la boucle « feedforward ») tout en améliorant les performances du filtrage. Ensuite, la PLL de la boucle « feedback » a également été supprimée. Ces optimisations ont conduit à des résultats de simulation très satisfaisants en terme de THD. Une nouvelle commande du filtre hybride à trois bras a également été proposée. La boucle feedforward est alors divisée en deux boucles. La première est destinée à supprimer l'harmonique 5 et l'autre l'harmonique 7 alors que le filtre passif est alors accordé sur l'harmonique 11. Les résultats de simulation obtenus sont très satisfaisants. Pour conclure cette étude théorique, nous avons étudié une nouvelle topologie de filtre hybride basée sur un onduleur triphasé à deux bras avec un condensateur à point milieu. Un flot de conception et d'implantation sur cible FPGA de commandes numériques de systèmes de puissance a été appliqué au cas de la commande dite « simplifiée » du FHP. Chaque étape a été détaillée et validée soit par simulation en mode continu ou en mode discret, soit expérimentalement lors de la programmation finale d'un composant FPGA de type Stratix II de la famille Altera, intégrant l'ensemble de la commande numérique du FHP.