Filtre de puissance actif shunt (Etude et conception)

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Filtre de puissance actif shunt interactif est proposée dans ce projet.

Actuellement, on utilise des filtres de puissance active shunt qui dépendent de l’onduleur de la source de tension qui relie le condensateur au circuit intermédiaire, où il injecte des courants de filtrage équivalents aux composantes harmoniques tirées par la charge non linéaire, ce qui conduit à limiter la propagation de ces courants harmoniques et augmentant ainsi le facteur de puissance.

Cette étude porte sur un filtre de puissance actif shunt interactif (SAPF) connecté à une source photovoltaïque (PV) via le convertisseur DC-DC. Les résultats de simulation obtenus par l’environnement Matlab/SIMULINK.

Présenté par : Hani mohamed, Ben khechiba akram boubakeur et Ben abdeslam yonesse.

Introduction Générale

La propagation des charges non linéaires qui génèrent d’énormes courants harmoniques affecte négativement les utilisateurs du réseau, car elles causent plusieurs problèmes, ce qui conduit à la diminution du facteur de puissance. Ces charges non linéaires jouent un rôle clé dans les réseaux électriques, car ce sont des transformateurs de puissance construits sur des semi-conducteurs, elles ne peuvent donc pas être supprimées, c’est pourquoi les scientifiques cherchent des moyens de résoudre ce dilemme.

Traditionnellement, les scientifiques se sont appuyés sur des filtres de puissance actifs shunt pour atténuer les harmoniques, qui sont des impédances qui sont connectées au réseau de différentes manières, mais leur utilisation est limitée, car elles portent de nombreux défauts tels que leur grande taille, ainsi que leur dépendance sur les paramètres de grille tels que la résistance et la classification de la charge, et par conséquent, ses performances deviennent limitées car il souffre du problème de résonance qui se produit généralement à certaines fréquences.

Pour améliorer l’efficacité des filtres de puissance actifs shunt classiques, on s’appuie sur l’énergie photovoltaïque en la connectant au côté DC, où le condensateur est remplacé par une source photovoltaïque, pour réduire la consommation d’énergie du réseau principal.

Système étudiée

La figure suivant montre le schéma du système étudié, qui est divisé en deux étapes :

  1. La première étape consiste en un système photovoltaïque, qui est un générateur photovoltaïque connecté à un convertisseur élévateur qui est contrôlé à l’aide d’une routine Hill Climbing MPPT.
  2. La deuxième étape consiste en un onduleur à deux niveaux connecté au réseau dans le PCC via des inductances.

Ce convertisseur agit comme un filtre de puissance actif shunt et relie en même temps le système photovoltaïque au réseau. Un redresseur à diode triphasé non contrôlé considère une charge non linéaire.

Filtre de puissance actif shunt

Stratégie de commande

Régulateur de tension de liaison CC

La figure suivant montre le schéma de contrôle du circuit intermédiaire pour le filtre de puissance actif. Le contrôleur PI est utilisé pour contrôler la tension entre les deux bornes du condensateur pour filtre de puissance actif. La tension est contrôlée aux bornes du condensateur au lieu de la liaison CC pour faciliter son contrôle car la tension aux bornes de la jonction CC est une forme d’onde pulsée, elle est donc difficile à contrôler.

Filtre de puissance actif shunt

Contrôleur par backstepping

Le contrôle par backstepping est basé sur la garantie de la stabilité du système basée sur la théorie de Lyapunov. La figure suivante montre le schéma de contrôle du contrôleur de backstepping pour le filtre de puissance actif. Les erreurs peuvent être définies comme suit :

Fonctions de Lyapunov sont données par les expressions suivantes :

Les dérivées des fonctions de Lyapunov peuvent être exprimées par :

Les tensions de sortie de référence peuvent être obtenues comme suit :

Filtre de puissance actif shunt

Hill Climbing

La technique d’escalade est l’une des méthodes les plus utilisées pour sa facilité de réalisation. Cet algorithme dépend de l’apparition d’une certaine perturbation et de la surveillance du changement.

Lorsque la puissance diminue, le sens du contrôle des perturbations est inversé jusqu’à ce que la puissance change dans le seuil spécifié. Si la puissance augmente, la perturbation évolue dans le même sens tandis que la puissance continue d’augmenter. La figure montre l’algorithme d’escalade Hill pour le filtre de puissance actif.

Filtre de puissance actif shunt

Résultats de simulation

Les résultats des simulations sont réalisées pour analyser les performances du système, un SAPF avec une source PV. Le tableau suivante donne les paramètres du système étudié.

Filtre de puissance actif shunt

Irradiation instable

Dans ce cas, la valeur de rayonnement est modifiée comme le montre la figure suivante. La valeur de puissance active instantanée de la source diminue car la puissance injectée par le système photovoltaïque a augmenté.

Filtre de puissance actif

La figure suivante montre la tension aux bornes de la liaison CC et la puissance réactive. On remarque qu’il suit la valeur de référence malgré le changement de rayonnement.

Filtre de puissance actif

Le courant de charge, le courant de source et le courant de compensation sont représentés respectivement sur les figures suivantes :

Filtre de puissance actif

La figure suivante montre l’harmonique spectrale avant et après activation du SAPF. On remarque la valeur du THD diminuer à 2,85% après activation du SAPF.

Filtre de puissance actif

La puissance de la source PV est présentée sur la figure suivante où sa valeur est proportionnelle au rayonnement.

Filtre de puissance actif

Charge dynamique

Dans ce cas, la demande de charge a été augmentée de 20 % à 0,6 s. Le courant de source est augmenté avec la forme d’onde sinusoïdale maintenue.

Filtre de puissance actif

La tension du circuit intermédiaire est confrontée à la petite perversion, quant à la puissance active elle augmente avec la charge tandis que la puissance réactive reste quasi inexistante.

Filtre de puissance actif

Conclusion

Cette étude a confirmé que les charges non linéaires sont à l’origine des harmoniques, harmoniques qui à leur tour influencent les courants de source.

Pour résoudre un tel problème, une approche globale de la commande de courant pour le filtre de puissance actif a été effectuée sous le filtre.

Le filtre de puissance actif élaboré équipé du contrôleur mentionné est testé dans des conditions de charge non linéaires.

La méthode de contrôle par backstepping a donné de bons résultats en termes de diminution du THD et de compensation de puissance réactive, et d’injection de puissance PV.

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Cette publication contient la leçon N° 8 de la commande des machines électriques. Proposé et rédigé par Dr Khadar Saad
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