Perturbation dans les réseaux électriques

A l’image des réseaux électriques au niveau mondiale, l’Algérie possède un réseau triphasé sinusoïdal de fréquence 50 Hz ainsi l’onde de tension délivrée prend idéalement la forme d’une sinusoïde de fréquence constante et d’amplitude constante. Mais, en réalité l’onde de tension n’est jamais parfaitement sinusoïdale, la fréquence et l’amplitude de cette onde varient en permanence, ceci est dû en partie à la présence des charges non linéaire. Dans ce chapitre, nous nous intéressons à la qualité de l’énergie dans les réseaux électriques en présentant les principaux défauts affectant la tension et le courant. Nous citerons également les normes internationales en matière de qualité de l’énergie imposées aux utilisateurs. En dernier, nous présenterons quelques solutions traditionnelles et modernes utilisées pour dépolluer les réseaux électriques.

• Caractéristiques des perturbations électriques « Tout phénomène perturbateur qui fait sortir l’onde de tension (ou de courant) du secteur de ses caractéristiques peut être considéré comme une perturbation » [7]. Les distributeurs d’énergie rencontrent de plus en plus de problèmes sur la maitrise de la qualité de l’énergie et ceci est lié principalement à l’accroissement du nombre de convertisseurs statiques raccordés aux réseaux de distribution d’énergie, conséquence de l’évolution technologique des composants d’électronique de puissance.

• Perturbations de type courant Les courants perturbateurs comme les courants harmoniques, déséquilibrés, et la puissance réactive sont majoritairement émis par des charges non linéaires, à base d’électronique de puissance, et/ou déséquilibrées, sans pour autant négliger les surintensités.

Fluctuation de tension & flicker : Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations cycliques ou aléatoires de l’enveloppe d’une tension. Ces fluctuations se situent dans les limites de variation normale de la tension, c’est-à-dire dans la tolérance de ± 10 % autour de la tension nominale, ils sont principalement dus à des charges industrielles rapidement variables comme les machines à souder, les fours à arc. Ces fluctuations se traduisent par des variations d’intensité, visible au niveau de l’éclairage causant une gêne visuelle perceptible pour une variation de 1 % de la tension. Ce phénomène de papillotement est appelé flicker.

Compensation des courants harmoniques :

Plusieurs solutions existent pour limiter la propagation et l’effet des harmoniques dans les systèmes électriques :

• Renforcement de la puissance de court-circuit du réseau et la diminution de l’impédance en amont de la charge permet de réduire la tension crées par les harmoniques de courant qui ont pour effet de réduire la distorsion harmonique ;

• Utilisation de dispositifs de filtrage pour réduire la propagation des harmoniques produite par des charges non linéaires. Le filtre passif consiste à implanter en parallèle sur le réseau électrique une impédance de très faible valeur autour de la fréquence à filtrer ; [3] Le but du filtrage est d’abaisser l’impédance harmonique du réseau à l’aide de filtres accordés sur les fréquences des harmoniques générés par la source perturbatrice. Son principe consiste à placer en parallèle sur le réseau d’alimentation une impédance de valeur très faible autour de la fréquence à filtrer et suffisamment importante à la fréquence fondamentale du réseau, il existe deux classes de filtres passifs permettant de réduire les harmoniques :

• Le filtre passif résonant : est un filtre très sélectif. Il peut se connecter en parallèle avec d’autres filtres résonnants ;

• Le filtre passif amorti : il est le choix préférable pour atténuer toute une bande de fréquence.

Dépollution de tensions perturbées :

Les tensions perturbées dans un réseau électrique basse tension sont dues principalement aux creux de tension, aux tensions harmoniques et /ou déséquilibrés. Ces deux dernières sont généralement causées par la circulation des courants harmoniques et/ou déséquilibrés. Pour dépolluer les réseaux électriques de ces deux types de perturbation, on peut limiter la circulation des courants perturbateurs en utilisant les solutions traditionnelles présentées précédemment dans le cas des perturbations de courant. [3] Quant aux creux de tension, la solution la plus fréquente pour les milieux sensibles (hôpitaux, sites industriels, etc.) est d’utiliser des groupes électrogènes qui se substituent au réseau électrique. Mais la limitation de la puissance de ces groupes ainsi que la qualité médiocre de l’énergie électrique fournie restent un problème. [3] Il est à noter que ses solutions traditionnelles connues pour leur simplicité d’implémentation, présentent des inconvénients tel que leur courte durée de vie et offrent très peu de flexibilité.

Après avoir présenté les différents types de perturbations qui peuvent apparaitre dans les réseaux électriques, qu’elles soient de types courants ou tensions, ainsi que les normes relatives à la qualité de l’énergie pour le cas CEI et IEEE. En se basant sur notre recherche bibliographique, nous avons présentés différentes topologies permettant d’éliminer ses différentes perturbation qu’elles soit traditionnels ou modernes, allant de l’emploi des inductances, capacités, transformateurs à l’utilisation des convertisseurs statique à travers les filtre actif parallèle, filtre actif série, combinaisons filtre actif parallèle/filtres passifs, filtre actif série/filtres passifs, pour enfin arrivé aux solutions universels pour compenser à la foi les perturbations de types courants et tensions : les conditionneurs de puissances « UPQC ». Dans le chapitre suivant on se propose d’effectuer une étude détaillé sur les performances d’un filtre actif parallèle « étude et simulation d’un filtre actif parallèle ».

Conclusion générale

Dans ce mémoire de fin d’étude, nous avons confirmé que l’UPQC représente une solution universelle pour la compensation de tous les types de perturbation. Ainsi, nous avons proposé de faire l’étude des différentes stratégies de commande appliqué à la fois aux deux types de filtres de puissance (FAP et FAS) pour constituer notre conditionneur de puissance. Nous avons dans un premier temps valider notre modèle de FAP à la suite d’une série de simulation qui a permis d’amélioré de façon sensible la qualité des courant de source avec des THD inférieur à 5%. Dans une seconde phase, nous nous somme intéressé à la structure d’un FAS où nous avons travaillé sur deux modèles afin d’éliminer les perturbations produites par la source pour le premier modèle et celle produite par la charge pour le second modèle où les THDs des tensions de sources ou charges ainsi obtenue sont inférieur à 6%. Suite à quoi nous avons pu valider notre FAS. En dernier, nous avons développé un filtre actif combiné série-parallèle (UPQC) comme étant une solution générale pour la compensation de toutes les perturbations de courants et de tensions. Les résultats de simulation ont montré la prise en charge de ce type de structure (UPQC) pour la compensation simultanée des perturbations courant et tension au niveau des réseaux électriques.