Modélisation du réseau et filtrage


Vu les formes d’ondes de la tension de sortie de l’onduleur (Figure 22), on est obligé de placer un filtre entre celui-ci et le réseau électrique. Avant de placer ce filtre il est nécessaire de modéliser le réseau électrique afin de pouvoir définir les interactions entre le filtre et le réseau de distribution électrique basse tension.

1) Modélisation du réseau

On a pris comme bases pour tous les calculs le réseau électrique qui est utilisé pour la maquette de l’éolienne au LEEI. Toutes les impédances en amont du transformateur HT/BT sont supposées négligeables.

Ce réseau est connecté au réseau haute tension par l’intermédiaire d’un transformateur 300kVA. La ligne entre le transformateur et l’installation fait 100 mètres de longueur. On calcule les impédances du transformateur et de la ligne. Les caractéristiques du réseau sont résumées dans le tableau ci-dessous.

Transformateur Ligne

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2) Mise en place du filtre

On place un filtre LC entre l’onduleur et le réseau (Figure 24). On rajoute une inductance en série avec le réseau afin de protéger l’onduleur si un court-circuit se produit au niveau de la connexion au réseau. Ce circuit comportant deux inductances et une capacité, il possède deux fréquences de résonance (Figure 23) :

 

Figure 22 Allure des tensions de sortie de l'onduleur

Figure 23 Impédances du réseau en fonction de la fréquence

Afin de limiter les effets des résonances, on place une résistance d’amortissement en série avec le condensateur.
On a donc le schéma monophasé équivalent suivant.

Figure 24 Schéma du filtre

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3) Calcul des paramètres du filtre

3. 1) Inductance de protection Lp

On place une inductance de protection contre les courts-circuits entre l’onduleur et le réseau pour limiter les variations du courant de sortie de l’onduleur. On prend pour un réseau 400V une inductance de 50µH.

3. 2) Inductance du filtre Lo

Elle a été calculée page *, de sorte à obtenir l’ondulation de courant et la fréquence de découpage voulus.

3. 3) Condensateur de filtrage Cf et Résistance d’amortissement R

Le placement de la fréquence de cassure du filtre n’est pas faisable par les méthodes classiques utilisées pour les onduleurs MLI. Dans le cas d’une commande par hystérésis le spectre de la tension de sortie ne présente pas des bandes mais un paquet d’harmoniques autour de la fréquence de découpage maximale fixée par l’inductance Lo. Ne disposant pas de normes sur les émissions de courant harmoniques pour la bande de fréquence où se situent les harmoniques de découpage (comprise entre 20kHz et 150kHz), on cherche à dimensionner le condensateur de filtrage et la résistance d’amortissement pour maximiser la qualité du courant tout en respectant les contraintes suivantes :

Afin de pouvoir qualifier la qualité du courant sur le plan harmonique dans un premier temps, nous prenons comme critère le taux de distorsion harmonique défini par la relation suivante :

On écrit un programme MATLAB qui permet à partir de la forme temporelle de la tension phase neutre de sortie de l’onduleur de calculer le taux de distorsion. Ce programme calcule aussi le spectre de la tension, du courant injecté sur le réseau avec et sans filtre, du facteur de puissance de l’installation et la puissance dissipée dans la résistance d’atténuation. On peut donc, pour une valeur de condensateur et de résistance donnée, calculer le TDH et vérifier la valeur du facteur de puissance ainsi que la puissance dissipée dans la résistance.

Le déroulement de l’algorithme d’optimisation (méthode de Gauss-Seidel) se fait à la main en partant du couple de valeur limite (C=4µF et R=10W ). On ne trouve pas d’amélioration du TDH, que ce soit pour des variations du condensateur ou de la résistance. Le programme donne un THD de 15%, pour vérifier la qualité de l’onde de courant, on fait une simulation. Le résultat de cette simulation est donné ci-dessous. En regardant la forme du courant, on remarque que son TDH ne peut pas être de 15%. Une onde 120° a un TDH de 30% alors quelle n’a pas d’enveloppe sinusoïdale, dans notre cas on devrait avoir un THD de l’ordre de 5%.

Pour situer le problème, on vérifie le calcul de la FFT de MATLAB dans les mêmes conditions sur un signal carré. Le spectre obtenu n’est pas celui attendu. On a donc un spectre harmonique ne permettant pas le calcul du TDH.

Afin de vérifier si on est arrivé à une réponse optimale, on fait des simulations pour différentes valeurs de paramètres. En observant les ondulations du courant réseau, on vérifie bien que l’on a obtenu un résultat optimal.

Figure 25 Courant injecté sur le réseau pour C=4µF et R=10W

Figure 26 Vérification de la FFT

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