Compensation des courants harmoniques gnrs par les ordinateurs grce un compensateur actif dharmoniques rvolutionnaire.

LE SAVOIR-FAIRE MERLIN GERIN

Compensation des courants harmoniques gnrs par les ordinateurs grce un compensateur actif dharmoniques rvolutionnaire.Auteurs : Serge BERNARD Grard TROCHAIN

sommaire 1. abstract............................................................................................................................3 2. introduction ...................................................................................................................4

3. solutions traditionnelles pour l'limination des courants harmoniques......................................................................................................................5n n n n surdimensionnement ou dclassement de l'installation lectrique.........................5 transformateurs couplage spcial.............................................................................5 inductances (selfs) srie ................................................................................................5 filtre passif accord.........................................................................................................5

4. topologies de compensateur actif d'harmoniques.....................................6n compensateur srie ........................................................................................................6 n compensateur parallle .................................................................................................6 n compensateur hybride ...................................................................................................7

5. compensateur actif d'harmoniques en parallle : description du systme .........................................................................................................................8n n n n principe de fonctionnement...........................................................................................8 enregistrement du courant rel pour une charge non linaire ................................8 description dtaille........................................................................................................9 points d'insertion du compensateur actif...................................................................10

6. tude de cas : Elf Aquitaine .................................................................................11n n n n n description de l'installation ..........................................................................................11 problmes rencontrs par Elf et audit du site ..........................................................12 analyse des solutions ...................................................................................................13 solution finale.................................................................................................................13 rsultats sur le site........................................................................................................14

7. comparaison entre le compensateur actif d'harmoniques et un filtre passif accord ...............................................................................................17

8. conclusion....................................................................................................................18

annexe 1 ............................................................................................................................19n rfrences ......................................................................................................................19

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abstract

Il a fallu un peu plus de dix ans pour que la qualit du courant lectrique, jadis considre comme sans intrt, devienne une proccupation majeure. Les convertisseurs lectroniques et l'lectronique de puissance ont donn naissance de nombreuses applications nouvelles, offrant aux clients un confort, une flexibilit et une efficacit ingalables. Mais leur prolifration au cours de la dernire dcennie est devenue proccupante et se trouve l'origine de problmes dont le nombre ne cesse de crotre : ces charges lectroniques polluent non seulement le rseau de distribution de courant alternatif, mais elles sont apparemment aussi trs sensibles la distorsion de la tension. La qualit du courant lectrique devient donc une proccupation importante pour les distributeurs d'nergie et pour leurs clients ; ils adoptent donc, les uns comme les autres, la philosophie et les limites proposes par les normes IEEE 519-1992, CEI 61000.3-2/4. Aujourd'hui, les rcents progrs en matire de technologie de l'lectronique de puissance apportent une capacit sans prcdent de compensation et de correction de la distorsion harmonique gnre par les charges non linaires. L'tude de cas prsente dans ce mmoire dmontre le rle de la source d'alimentation, de la charge et du rseau de distribution de courant alternatif dans l'optique de la qualit du courant. L'avantage d'un matriel d'annulation des harmoniques est dmontr de faon claire. Parmi les diffrentes solutions techniques possibles, on value un conditionneur actif dharmoniques travaillant en mode d'injection de courant, et on prsente en dtail les mesures obtenues sur site afin de confirmer les performances ingales. Ce nouveau compensateur actif rvolutionnaire est sans doute le plus facile utiliser, le plus flexible, le plus efficace et le plus rentable.

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2. introduction

Aujourd'hui, la situation au niveau des rseaux alternatifs basse tension est devenue trs proccupante. La qualit du courant lectrique dans les installations commerciales et lectriques se dgrade incontestablement. Outre les perturbations extrieures telles que les coupures, les creux et les pointes provoques par la commutation et par les phnomnes atmosphriques, il existe aussi des causes intrinsques et internes spcifiques chaque site, dues une utilisation conjugue de charges linaires et non linaires. Un dclenchement intempestif des dispositifs de protection, des surcharges harmoniques, des niveaux levs de distorsion des tensions et des courants, et l'augmentation de la temprature dans les conducteurs et les gnrateurs sont autant de facteurs contribuant dtriorer la qualit et la fiabilit d'un rseau alternatif basse tension. Les perturbations voques ci-dessus sont bien comprises, et dcoulent directement de la prolifration des charges qui consomment un courant non sinusodal, appeles "charges non linaires". Ce type de charge est utilis pour assurer la conversion, la variation et la rgulation du courant lectrique dans les installations commerciales, industrielles et rsidentielles. La perspective d'un retour rapide aux conditions des charges linaires est illusoire. De rcentes tudes ont dmontr que la consommation de courant non linaire va augmenter de faon trs abrupte dans les prochaines annes. Cependant, les progrs remarquables raliss au cours des dernires annes, dans le domaine des dispositifs lectroniques de puissance [les Transistors Bipolaires Grille Isole (IGBT), ...], ont permis de concevoir des dispositifs d'limination des harmoniques auto-adaptables appels compensateurs actifs dharmoniques, ou encore filtres actifs. Les compensateurs actifs dharmoniques s'avrent tre une option valable pour la rgulation des niveaux des distorsion harmonique dans de nombreuses applications.

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3. pour chaque gamme, des schmas adapts

Il existe aujourd'hui toute une panoplie de matriels et de solutions pour l'attnuation des harmoniques ; tous prsentent cependant des inconvnients. Les solutions en question sont numres ci-aprs.

surdimensionnement ou dclassement de l'installation lectrique

L'objectif n'est pas d'liminer les courants harmoniques circulant dans l'installation lectrique, mais plutt de "faire avec", en vitant leurs consquences. Au moment de la conception d'une installation nouvelle, l'ide consiste surdimensionner tous les lments de l'installation susceptibles de vhiculer des courants harmoniques, savoir les transformateurs, les cbles, les disjoncteurs, les groupes lectrognes et les tableaux de distribution. La solution la plus largement utilise est le surdimensionnement du conducteur neutre. La consquence est un accroissement important du cot de l'installation. Dans des installations existantes, la solution la plus rpandue consiste dclasser les quipements de distribution lectrique soumis aux courants harmoniques. La consquence est l'impossibilit de tirer profit du potentiel rel de l'installation.

transformateurs couplage spcial

Cette solution empche la propagation des courants harmoniques de rang 3 et de leurs multiples. Il s'agit d'une solution centralise pour un ensemble de charges monophases. Elle n'a cependant aucun effet sur les autres rangs d'harmoniques (H5, H7, etc...). Cette solution limite, au contraire, la puissance disponible de la source, et augmente l'impdance de ligne. Il en rsulte une augmentation de la distorsion en tension due aux autres rangs harmoniques.

inductances (selfs) srie

Cette solution, utilise pour les entranements vitesse rglable (variateurs de vitesse) et les redresseurs triphass, consiste introduire une inductance srie en amont d'une charge non linaire. Peu onreuse, la self a cependant efficacit limite. Il faut en installer une par charge non linaire. La distorsion en courant est divise approximativement par deux.

filtre passif accord

Le principe est de "piger" les courants harmoniques dans des circuits LC, accords sur les rangs d'harmoniques filtrer. Un filtre comprend donc une srie de "gradins" qui correspondent tous un rang d'harmonique. Les rangs 5 et 7 sont les plus couramment filtrs. On peut installer un filtre pour une charge ou pour un ensemble de charges. Sa conception ncessite une tude approfondie du rseau lectrique et un travail de conception de bureau d'tude. Le dimensionnement dpend du spectre harmonique de la charge et de l'impdance de la source d'nergie. Il convient galement de coordonner ses caractristiques avec les besoins en puissance ractive des charges; enfin, il est souvent difficile de concevoir les filtres de manire viter un facteur de puissance avance (capacitif) pour certaines conditions de charge. Cette solution est d'une efficacit moyenne et sa conception dpend entirement de la source d'nergie et des charges concernes : elle n'offre trs peu de flexibilit et quasiment aucune volutivit. Son utilisation peut crer des rsonances, qui dpendent des caractristiques spcifiques du rseau. Note : lorsqu'il est bien conu, ce type de filtre peut aussi tre utilis pour liminer la distorsion harmonique dj prsente sur le rseau lectrique du distributeur d'nergie, sous rserve d'un surdimensionnement significatif pour l'absorption des harmoniques issus du rseau.

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4. topologies de compensateur actif dharmoniques

Le concept de compensateurs actifs d'harmoniques, aussi appels filtres actifs, est relativement ancien mme si l'absence d'une technologie performante un prix comptitif a frein son dveloppement pendant un certain nombre d'annes. A l'heure actuelle, l'utilisation largement rpandue des transistors IGBT, la matrise de leur mise en oeuvre et l'existence de nouvelles mthodes de traitement numrique du signal prparent la voie d'un avenir beaucoup plus brillant pour le compensateur actif d'harmoniques. Le principe du compensateur actif d'harmoniques est d'utiliser l'lectronique de puissance pour produire des composantes harmoniques qui annulent les composantes harmoniques des charges non linaires. Il est propos un certain nombre de topologies diffrentes ; quelques-unes d'entre elles sont dcrites ciaprs. Pour chaque topologie interviennent des problmes de caractristiques nominales requises des composants, et de mthode de dtermination des caractristiques du compensateur pour les charges compenser.

compensateur srie

Ce type de compensateur, connect en srie sur le rseau de distribution, compense la fois les courants harmoniques gnrs par la charge et la distorsion de tension dj prsente sur le rseau. Proche dans le principe des conditionneurs de rseau, ils doivent tre dimensionne pour la puissance totale de la charge.compensateur actif charge NL

source

Fig. 01

compensateur parallle

Appel aussi compensateur "shunt", il est connect en parallle sur le rseau. Il est dimensionn pour la seule puissance harmonique (ou le courant harmonique) absorbe par la ou les charges non linaires. La topologie parallle choisie pour SineWave ne dpend en rien de la charge ou des caractristiques du rseau . Elle est dcrite en dtail dans la section 4.charge NL compensateur actif

source

Fig. 02

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4. topologies de compensateur actif dharmoniques

compensateur hybride

De type srie ou de type parallle, il est constitu de l'association d'un compensateur actif et d'un filtre passif. Dans certains cas, cette solution est conomiquement intressante. Le filtre passif effectue le filtrage de base (rang 5, par exemple), et le compensateur actif, grce son action prcise et dynamique, couvre les autres rangs.charge NL

source

compensateur actif

Fig. 03

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5. compensateur actif dharmoniques en parallle : description du systmeprincipe de fonctionnementLe compensateur actif est connect en parallle avec le rseau, et injecte en permanence des courants qui correspondent tout moment aux composantes harmoniques des courants absorbs par la charge. De cette manire, le courant fourni par la source d'nergie reste sinusodal.source de puissance Is

Ic compensateur actif dharmoniques

II

charge non linaire

I charge = I fondamental + I harmonique I compensateur = I harmonique I charge = I source + I compensateurFig. 04 - Principe de la compensation active des harmoniques

La source alimente alors la charge avec la composante fondamentale du courant uniquement. La source d'nergie normale fournit le courant fondamental, et le compensateur actif d'harmoniques (CAH : "Compensateur Actif d'Harmoniques") fournit les courants harmoniques demands par la charge. La totalit du spectre des harmoniques basse frquence (H2 H25) est couverte. Si les courants harmoniques absorbs par la charge dpassent la capacit nominale du compensateur actif, ce dernier limite automatiquement son courant de sortie sa valeur nominale. Facile mettre en oeuvre, un compensateur actif peut tre install en n'importe quel point d'un rseau basse tension, pour compenser la puissance absorbe par une ou plusieurs charges non linaires, vitant ainsi la circulation des courants harmoniques dans tout le rseau basse tension.

enregistrement du courant rel pour une charge non linaire

V C:(0,0 s, -1,58181 V) 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 -0,5 -1,0 -1,5 -2,0 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040

Fichier 1

0,045

s

Fig. 05 - I charge = courant de charge (Pont de Graetz), I eff = 82A, THDI = 41 %

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5. compensateur actif dharmoniques en parallle : description du systmeV C:(0,0 s, 0,49542 V) Fichier 1

1,5 1,0 0,5 0,0 -0,5 -1,0 -1,5 -2,0 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 s

Fig. 06 - I compensateur, I eff = 30 A

V C:(0,0 s, 0,77771 V)

Fichier 1

1,5 1,0 0,5 0,0 -0,5 -1,0 -1,5 -2,0 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 s

Fig. 07 - I source = courant de la source, I eff = 75 A, THDI = 3.6 %

description dtailleSOURCEC2

R1 FU1 K1 Cf BRAS MUTATEURIm

Lf

CT2

L1

C3

Udc CT1 EXTRACTION DES HARMONIQUES Ih REGULATION ET CONTROLE

CHARGE

GENERATION DES SIGNAUX DE COMMANDE ELECTRONIQUE DE COMMANDE

Signaux de commande

Fig 2

Fig. 08 - Schma unifilaire d'un compensateur actif

Le conditionneur actif est constitu des lments suivants : n FU1 : fusible de protection ultra-rapide ; n R1 et contacteur K1 : dispositif de prcharge pour condensateurs chimiques C2 & C3 ; n Lf & Cf : filtre destin attnuer les effets du dcoupage ; n L1, convertisseur CC/ca, C2 et C3 : onduleur MILV (ou PWM), bras ; n CT2 : capteurs de courant d'onduleur ; n lectronique de commande ; n CT1 : capteur externe de courant absorb par la charge.

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5. compensateur actif dharmoniques en parallle : description du systme (suite)Le convertisseur comporte un bras d'onduleur triphas IGBT qui assure le dcoupage avec une vitesse de commutation moyenne de 16 kHz, les condensateurs chimiques C2 et C3 assurant l'alimentation de soutien. Ce conditionneur tire la puissance active ncessaire son fonctionnement de la source d'alimentation active. L'lectronique de commande comporte : n un module d'extraction des harmoniques, qui gnre une consigne de rgulation proportionnelle aux composantes harmoniques du courant de charge ; n un module qui rgule les courants de l'onduleur et la tension CC ; n un module de contrle qui assure la protection du filtre en cas de surcharge ou de dfaillance interne ; n un module de commande qui gnre les signaux de commande ncessaires au fonctionnement de l'onduleur. Afin d'augmenter le pouvoir de correction un point donn de l'installation, il est possible de brancher des conditionneurs actifs en parallle.

points dinsertion du compensateur actif

On peut connecter le compensateur actif diffrents points des circuits de distribution du courant alternatif : n prs des charges gnrant un niveau lev d'harmoniques, afin d'assurer une correction locale des courants harmoniques ; n correction partielle des courants harmoniques ; n de faon centralise, au niveau du PCC, pour une compensation globale des courants harmoniques. Dans l'idal, la correction des harmoniques doit tre effectue leur point d'origine. Un certain nombre de critres financiers et techniques sont pris en compte pour assurer le choix optimal. Principaux avantages d'une compensation locale : n vite la circulation des courants harmoniques dans l'installation lectrique ; n diminue l'effet des pertes par effet de Joule dans les cbles, et rduit la charge apparente sur le transformateur principal ; n rduit la section des cbles ncessaires dans les nouvelles installations ; n permet l'installation d'tre conforme aux normes en vigueur concernant les harmoniques.

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6. tude de cas : Elf Aquitaine (suite)

description de linstallationEtage 4

Btiment A Colonne Gtableau d'tage

Btiment B Colonne Ftableau d'tage

Colonne Ctableau d'tage

Colonne Atableau d'tage

Etage 3

tableau d'tage

tableau d'tage

tableau d'tage

tableau d'tage

Etage 2

tableau d'tage

tableau d'tage

tableau d'tage

tableau d'tage

Etage 1

tableau d'tage

tableau d'tage

tableau d'tage

tableau d'tage

5m RDCtableau d'tage tableau d'tage tableau d'tage tableau d'tage

75m 105m 150m Sous Sol 35m

ONDULEURS

Rseau Public

SCHEMA DE PRINCIPE

G.E.

Fig. 09 - Schma unifilaire de l'installation

Un systme d'onduleurs centralis alimente deux btiments de quatre tages chacun. Ce systme d'onduleurs a une double alimentation constitue soit du rseau public, soit du groupe lectrogne. La distance entre le systme d'onduleurs et le btiment est de 35 m 150 m. Dans chaque btiment, la distribution est assure grce deux dparts principaux ; chaque tage, un tableau de distribution d'tage alimente tout le matriel informatique : PC, stations de travail rseau, serveurs de rseau. Le rseau de distribution en courant alternatif est constitu de quatre fils (trois phases et un neutre), le conducteur neutre tant dimensionn 50 % de la section du conducteur de phase.

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6. tude de cas

(suite)

problmes rencontrs par Elf et audit du site

Elf a subi plusieurs types de perturbation : n problmes de fonctionnement des ordinateurs ; n panne et dfaillance des matriels informatiques trs sensibles, avec dommages ; n augmentation de la temprature du conducteur neutre et pertes caloriques excessives ; n en aval du tableau de distribution d'tage, distorsion de tension incompatible avec les niveaux de compatibilit standards et avec les spcifications des ordinateurs. La plupart des charges sont monophases et non linaires. Au niveau du sous-sol, des mesures montrent une distorsion harmonique totale du courant de 86 %, et une distorsion harmonique du courant de 69 % pour le rang 3. Par la suite, la circulation de ces courants harmoniques dans les cbles longs gnre une distorsion l'extrmit des cbles, l'endroit o sont branchs les matriels informatiques critiques. Au point d'utilisation, la distorsion de la tension est double par rapport celle observe au niveau de la sortie de l'onduleur : 8,3 % compare 4,2 %. Lors des interventions de maintenance ou de test sur le groupe lectrogne et sur la drivation statique du systme d'onduleurs, on a constat une distorsion de tension pouvant atteindre 15 %. De plus, le courant du neutre est gal 140 % du courant des phases, ce qui entrane une surtemprature dans le conducteur neutre et une diffrence de potentiel pouvant atteindre 8 V entre le neutre et la terre. Le tableau ci-dessous rsume les mesures de tension effectues surtout sur les dparts F et G :THDU phase / neutre sortie onduleur dpart G - 4me tage dpart G - salle informat. dpart F - 4me tage dpart C - 4me tage 4,2 % 8% 8,3 % 5,7 % 6% d.d.p. neutre / terre 0V 8,3 V 4V 4,4 V

Le tableau suivant donne les mesures dtailles obtenues sur le dpart G, au niveau du sous-sol :I eff total facteur de crte THDI facteur de Puissance I harmonique eff. THDU d.d.p. neutre/terre I neutre eff. 66 A 2,3 86 % 0,72 42 A 7,7 % 7,9 V 108 A

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6. tude de cas

(suite)

analyse des solutions

Il va de soi que la solution adopte doit liminer les perturbations subies par Elf, mais doit aussi garantir une distorsion de tension infrieure 5 % au niveau du point d'utilisation, c'est dire l'entre du matriel informatique. Plusieurs solutions ont t proposes et compares par lorganisme qui a ralis l'audit du site. Ces solutions sont numres ci-dessous : n mise en place d'un transformateur disolement sur chaque dpart ; n remplacement de l'ensemble du rseau de distribution, en changeant aussi le rgime de neutre ; n augmentation de la section du conducteur neutre ; n mise en place d'un ou plusieurs compensateurs actifs dharmoniques au niveau sous-sol de chaque dpart. Les avantages et inconvnients de chacune de ces solutions ont t valus dans le dtail, aussi bien du point de vue conomique que technique. L'analyse est rsume dans le tableau suivant :avantages n limination des chutes de tension dues la circulation des courants harmoniques ; n limination de lharmonique de rang 3. n facilit de mise en oeuvre. inconvnients cot lev : n dclassement du transformateur ; n influence de l'appel de courant sur l'onduleur. n un nouveau rgime de neutre est dconseiller ; n mauvaise matrise des courants circulant dans le rseau de distribution ; n aucune diminution de la distorsion de la tension.

transformateur

remplacement

augmentation de la n aucune modification du n aucune diminution de la distorsion section du conducteur rseau de terre et matrise du de la tension ; neutre courant neutre circulant. n petite diminution de la chute de tension dans le conducteur neutre ; n important travail de cblage. compensateur actif n prix comptitif ; n ncessit de monter deux dharmoniques n diminution de la distorsion compensateurs sur le mme dpart de tension ; (F & G). n diminution du courant neutre ; n diminution importante du courant efficace.

La solution mettant en oeuvre le compensateur actif dharmoniques a t adopte car il s'agissait de la plus comptitive, et de la seule capable de satisfaire les exigences du client 100 %.

solution finale

Afin d'obtenir les meilleurs rsultats pour le client, on branchera un compensateur actif chaque dpart, au niveau du sous-sol. Pour les dparts F et G, situs une distance importante du systme d'onduleurs, on branchera un compensateur supplmentaire au niveau du deuxime tage. Ainsi, la distorsion harmonique sera aussi faible que possible au quatrime tage.

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6. tude de cas

(suite)

rsultats sur le site

Cette section dcrit la forme d'onde et les caractristiques du courant du dpart G, aprs le branchement d'un seul compensateur actif dharmoniques de 30 A au niveau du sous-sol. Il s'agit de la premire phase de la mise en application de la solution. Les mesures et les rsultats prsents ci-dessous donnent une bonne indication de l'amlioration apporte par le compensateur actif.Btiment A Colonne G Etage 4tableau d'tage

Btiment B Colonne Ctableau d'tage

Colonne Ftableau d'tage

Colonne Atableau d'tage

Etage 3

tableau d'tage

tableau d'tage

tableau d'tage

tableau d'tage

SW Etage 2tableau d'tage tableau d'tage tableau d'tage tableau d'tage

SW

Etage 1

tableau d'tage

tableau d'tage

tableau d'tage

tableau d'tage

RDC

tableau d'tage

tableau d'tage

tableau d'tage

tableau d'tage

SW Sous Sol

SW

SW

SW

ONDULEURS

Rseau public

POINTS D'INSERTION

G.E.

Fig. 10 - Points de branchement des compensateurs actifs

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6. tude de cas

(suite)

forme d'onde de la tension au 4me tage1 0,5 0 -0,5 -1

Fig. 11 - Forme d'onde de la tension sans compensateur actif

1,5 1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5

Fig. 12 - Forme d'onde de la tension avec compensateur actif

Conclusion : La distorsion harmonique totale de tension est rduite de 7,7 % 4,6 %, et la diffrence de potentiel entre neutre et terre de 7,9 V 4,4 V.

Forme d'onde du courant2 1 0 -1 -2

Fig. 13 - Forme d'onde du courant de ligne (charge) sans compensateur actif

1,5 1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5

Fig. 14 - Forme d'onde du courant de ligne (source) avec compensateur actif

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6. tude de cas

(suite)

Conclusion : L'avantage du compensateur actif se voit nettement sur le courant : n diminution de 29 % de la valeur efficace du courant (de 66 47 A) ; n facteur de crte rduit 1,92 aprs correction (par rapport 2,3 avant) ; n amlioration du facteur de puissance, qui passe de 0,72 0,92.

Spectre harmonique100 80 60 40 20 0 H1 H3 H5 H7 H9 H11

Fig. 15 - Spectre (% de H1) du courant de ligne (charge) sans compensateur actif

100 80 60 40 20 0 H1 H3 H5 H7 H9 H11

Fig. 16 - Spectre (% de H1) du courant de ligne (source) avec compensateur actif

Conclusion : Les graphes montrent l'impact du compensateur actif SineWave sur les courants harmoniques. Compte tenu du courant harmonique lev, le compensateur actif fonctionne en mode limitation et compense partiellement les courants harmoniques : n attnuation du THDI d'un facteur de 3 : passe de 86 % 28 % ; n diminution de 65 % du courant neutre : passe de 108 A 38 A ; n diminution de 70 % du courant harmonique efficace : passe de 42 A 13 A.

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7. Comparaison entre le compensateur actif dharmoniques et un filtre passif accord

filtre passif action sur les courants harmoniques ncessite un filtre pour chaque frquence (encombrant) efficacit rduite

compensateur actif dharmoniques agit simultanment sur plusieurs frquences

influence d'une variation de frquence

aucune consquence

influence d'une modification de risque de rsonance l'impdance influence d'une augmentation de courant risque de surcharge et de dtrioration

aucune consquence

aucun risque de surcharge, mais efficacit diminue aucun problme si Iconditionneur > Iharmoniques-de-charge possible, grce au paramtrage possible, grce la reconfiguration faible faible

ajout de matriel (augmentation ncessite des modifications de charge) sur le filtre, dans certains cas

action sur les harmoniques suivant leur ordre modification de la frquence fondamentale encombrement poids

trs difficile

modification impossible

important important

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8. conclusion

Un compensateur actif dharmoniques de 30 ampres avec "topologie parallle" a t dvelopp avec succs, et sa commercialisation est en cours. Toutes les installations quipes d'un compensateur actif dharmoniques SineWave ont d'excellentes performances sur une large gamme d'applications. Pour ce qui concerne les charges de type informatique, l'tude de cas prsente constitue une dmonstration claire du haut niveau de compensation des courants harmoniques que l'on peut obtenir grce au compensateur. Consquence de la compensation du courant harmonique de rang 3, le compensateur actif diminue aussi le courant neutre (harmonique). Ces rsultats nous donnent de trs bonnes raisons desprer le dveloppement des compensateurs actifs dharmoniques conus pour rduire la distorsion harmonique dans les applications commerciales, mais aussi dans le secteur industriel.

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Annexe 1

rfrences

G W Massey, "Power Distribution System Design for Operation Under Non sinusoidal Load Conditions", IEEE Trans. Ind.Applic., vol.31 n 3, may/june 1995. S Fukuda and T Endoh, "Control Method for a Combined Active Filter System Employing a Current source Converter", IEEE Trans. Ind. Applic., vol. 31 n3, may/june 1995. T Deflandre, C Courty, C Greiveldinger, EDF, "Impact des Harmoniques sur les Rseaux Publics Franais", PPRD, 1995. T Key and J S Lai, "Costs and benefits of Harmonic Current reduction for Switchmode Power Supplies in a Commercial Building", sept. 1995. W Russell, "Hardening data Lines to IEC 1000-4-2, Compliance European Edition", jan./feb. 1996. J Moravek, "Benefits of Using a harmonic monitoring Program", EC&M, sept. 1994. L Lachaume and JM Vialars, "Electric Energy Metering in Presence of Harmonics", EDF study, nov. 1994. R Waggoner, "Beware of Single-phase Harmonic interactions", EC&M, june 1994. P N Enjeti, W Shiren, P Packebush, I Pitel, "Analysis and Design of a new active Power Filter to Cancel Neutral Current harmonics in Three-phase Four-wire Electric Distribution Systems", IEE Trans. Ind. Applic., vol. 30 n6, dec. 1994. S Bernard, G Trochain, "A New High Performance Active Harmonic Conditioner Based on the Current Injection Mode", Power Quality 95, nov. 1995. M Mc Granaghan, L Tang, S Beranrd, S Papoz, "Evaluation of Active Filter Design and performance Using a Detailed EMTP Model", PQA 95, may 1995. H Akagi, "New Trends in Active Filters", EPE 95, sept. 1995. T Key, JS Lai, "Comparison of Standards and Power Supply Design Options for Limiting Harmonic Distortion in Power Systems", IEEE Trans. Ind. Applic., vol 29 n4, jul./aug. 1993.

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En raison de l'volution des normes et du matriel, les caractristiques indiques par les textes et les images de ce document ne nous engagent qu'aprs confirmation par nos services. Toutes les marques cites appartiennent leurs propritaires respectifs.

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