79224921 Harmoniques Compensation

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Compensation des courants harmoniques générés par les ordinateurs grâce à un compensateur actif d’harmoniques révolutionnaire. LE SAVOIR-FAIRE MERLIN GERIN

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Compensation descourantsharmoniquesgénérés par lesordinateurs grâce àun compensateuractif d’harmoniquesrévolutionnaire.

LE SAVOIR-FAIRE MERLIN GERIN

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Compensation des courants harmoniques générés par lesordinateurs grâce à un compensateur actif d’harmoniquesrévolutionnaire.

MGE UPS SYSTEMS MGE0128FRI - 01/2000 2

Auteurs : Serge BERNARD Gérard TROCHAIN

sommaire

1. abstract............................................................................................................................3

2. introduction ...................................................................................................................4

3. solutions traditionnelles pour l'élimination des courantsharmoniques......................................................................................................................5n surdimensionnement ou déclassement de l'installation électrique.........................5n transformateurs à couplage spécial.............................................................................5n inductances (selfs) série ................................................................................................5n filtre passif accordé.........................................................................................................5

4. topologies de compensateur actif d'harmoniques.....................................6n compensateur série ........................................................................................................6n compensateur parallèle .................................................................................................6n compensateur hybride ...................................................................................................7

5. compensateur actif d'harmoniques en parallèle : descriptiondu système .........................................................................................................................8n principe de fonctionnement...........................................................................................8n enregistrement du courant réel pour une charge non linéaire ................................8n description détaillée........................................................................................................9n points d'insertion du compensateur actif...................................................................10

6. étude de cas : Elf Aquitaine .................................................................................11n description de l'installation ..........................................................................................11n problèmes rencontrés par Elf et audit du site ..........................................................12n analyse des solutions ...................................................................................................13n solution finale.................................................................................................................13n résultats sur le site........................................................................................................14

7. comparaison entre le compensateur actif d'harmoniques etun filtre passif accordé ...............................................................................................17

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

annexe 1 ............................................................................................................................19n références ......................................................................................................................19

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abstract

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Il a fallu un peu plus de dix ans pour que la qualité du courant électrique, jadisconsidérée comme sans intérêt, devienne une préoccupation majeure.

Les convertisseurs électroniques et l'électronique de puissance ont donnénaissance à de nombreuses applications nouvelles, offrant aux clients un confort,une flexibilité et une efficacité inégalables. Mais leur prolifération au cours de ladernière décennie est devenue préoccupante et se trouve à l'origine de problèmesdont le nombre ne cesse de croître : ces charges électroniques polluent nonseulement le réseau de distribution de courant alternatif, mais elles sontapparemment aussi très sensibles à la distorsion de la tension.

La qualité du courant électrique devient donc une préoccupation importante pour lesdistributeurs d'énergie et pour leurs clients ; ils adoptent donc, les uns comme lesautres, la philosophie et les limites proposées par les normes IEEE 519-1992, CEI61000.3-2/4.

Aujourd'hui, les récents progrès en matière de technologie de l'électronique depuissance apportent une capacité sans précédent de compensation et de correctionde la distorsion harmonique générée par les charges non linéaires.

L'étude de cas présentée dans ce mémoire démontre le rôle de la sourced'alimentation, de la charge et du réseau de distribution de courant alternatif dansl'optique de la qualité du courant. L'avantage d'un matériel d'annulation desharmoniques est démontré de façon claire. Parmi les différentes solutionstechniques possibles, on évalue un conditionneur actif d’harmoniques travaillant enmode d'injection de courant, et on présente en détail les mesures obtenues sur siteafin de confirmer les performances inégalées.

Ce nouveau compensateur actif révolutionnaire est sans doute le plus facile àutiliser, le plus flexible, le plus efficace et le plus rentable.

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2. introduction

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Aujourd'hui, la situation au niveau des réseaux alternatifs basse tension est devenuetrès préoccupante. La qualité du courant électrique dans les installationscommerciales et électriques se dégrade incontestablement.

Outre les perturbations extérieures telles que les coupures, les creux et les pointesprovoquées par la commutation et par les phénomènes atmosphériques, il existeaussi des causes intrinsèques et internes spécifiques à chaque site, dues à uneutilisation conjuguée de charges linéaires et non linéaires.

Un déclenchement intempestif des dispositifs de protection, des surchargesharmoniques, des niveaux élevés de distorsion des tensions et des courants, etl'augmentation de la température dans les conducteurs et les générateurs sontautant de facteurs contribuant à détériorer la qualité et la fiabilité d'un réseaualternatif basse tension.

Les perturbations évoquées ci-dessus sont bien comprises, et découlentdirectement de la prolifération des charges qui consomment un courant nonsinusoïdal, appelées "charges non linéaires". Ce type de charge est utilisé pourassurer la conversion, la variation et la régulation du courant électrique dans lesinstallations commerciales, industrielles et résidentielles.

La perspective d'un retour rapide aux conditions des charges linéaires est illusoire.De récentes études ont démontré que la consommation de courant non linéaire vaaugmenter de façon très abrupte dans les prochaines années.

Cependant, les progrès remarquables réalisés au cours des dernières années, dansle domaine des dispositifs électroniques de puissance [les Transistors Bipolaires àGrille Isolée (IGBT), ...], ont permis de concevoir des dispositifs d'élimination desharmoniques auto-adaptables appelés compensateurs actifs d’harmoniques, ouencore filtres actifs. Les compensateurs actifs d’harmoniques s'avèrent être uneoption valable pour la régulation des niveaux des distorsion harmonique dans denombreuses applications.

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3. pour chaque gamme, des schémas adaptés

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Il existe aujourd'hui toute une panoplie de matériels et de solutions pour l'atténuationdes harmoniques ; tous présentent cependant des inconvénients. Les solutions enquestion sont énumérées ci-après.

L'objectif n'est pas d'éliminer les courants harmoniques circulant dans l'installationélectrique, mais plutôt de "faire avec", en évitant leurs conséquences.

Au moment de la conception d'une installation nouvelle, l'idée consiste àsurdimensionner tous les éléments de l'installation susceptibles de véhiculer descourants harmoniques, à savoir les transformateurs, les câbles, les disjoncteurs, lesgroupes électrogènes et les tableaux de distribution. La solution la plus largementutilisée est le surdimensionnement du conducteur neutre.

La conséquence est un accroissement important du coût de l'installation.

Dans des installations existantes, la solution la plus répandue consiste à déclasserles équipements de distribution électrique soumis aux courants harmoniques. Laconséquence est l'impossibilité de tirer profit du potentiel réel de l'installation.

Cette solution empêche la propagation des courants harmoniques de rang 3 et deleurs multiples. Il s'agit d'une solution centralisée pour un ensemble de chargesmonophasées.

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'impédance de ligne. Il en résulte une augmentation de la distorsion entension due aux autres rangs harmoniques.

Cette solution, utilisée pour les entraînements à vitesse réglable (variateurs devitesse) et les redresseurs triphasés, consiste à introduire une inductance série enamont d'une charge non linéaire. Peu onéreuse, la self a cependant efficacitélimitée. Il faut en installer une par charge non linéaire. La distorsion en courant estdivisée approximativement par deux.

Le principe est de "piéger" les courants harmoniques dans des circuits LC, accordéssur les rangs d'harmoniques à filtrer. Un filtre comprend donc une série de "gradins"qui correspondent tous à un rang d'harmonique. Les rangs 5 et 7 sont les pluscouramment filtrés.

On peut installer un filtre pour une charge ou pour un ensemble de charges. Saconception nécessite une étude approfondie du réseau électrique et un travail deconception de bureau d'étude. Le dimensionnement dépend du spectre harmoniquede la charge et de l'impédance de la source d'énergie. Il convient également decoordonner ses caractéristiques avec les besoins en puissance réactive descharges; enfin, il est souvent difficile de concevoir les filtres de manière à éviter unfacteur de puissance avance (capacitif) pour certaines conditions de charge.

Cette solution est d'une efficacité moyenne et sa conception dépend entièrement dela source d'énergie et des charges concernées : elle n'offre très peu de flexibilité etquasiment aucune évolutivité. Son utilisation peut créer des résonances, quidépendent des caractéristiques spécifiques du réseau. Note : lorsqu'il est bienconçu, ce type de filtre peut aussi être utilisé pour éliminer la distorsion harmoniquedéjà présente sur le réseau électrique du distributeur d'énergie, sous réserve d'unsurdimensionnement significatif pour l'absorption des harmoniques issus du réseau.

surdimensionnementou déclassement del'installation électrique

transformateurs àcouplage spécial

inductances (selfs)série

filtre passif accordé

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4. topologies de compensateur actif d’harmoniques

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Le concept de compensateurs actifs d'harmoniques, aussi appelés filtres actifs,est relativement ancien même si l'absence d'une technologie performante à un prixcompétitif a freiné son développement pendant un certain nombre d'années.

A l'heure actuelle, l'utilisation largement répandue des transistors IGBT, la maîtrisede leur mise en oeuvre et l'existence de nouvelles méthodes de traitementnumérique du signal préparent la voie d'un avenir beaucoup plus brillant pour lecompensateur actif d'harmoniques.

Le principe du compensateur actif d'harmoniques est d'utiliser l'électronique depuissance pour produire des composantes harmoniques qui annulent lescomposantes harmoniques des charges non linéaires. Il est proposé un certainnombre de topologies différentes ; quelques-unes d'entre elles sont décrites ci-après. Pour chaque topologie interviennent des problèmes de caractéristiquesnominales requises des composants, et de méthode de détermination descaractéristiques du compensateur pour les charges à compenser.

Ce type de compensateur, connecté en série sur le réseau de distribution,compense à la fois les courants harmoniques générés par la charge et la distorsionde tension déjà présente sur le réseau. Proche dans le principe des conditionneursde réseau, ils doivent être dimensionnée pour la puissance totale de la charge.

charge

NL

compensateur

actifsource

Fig. 01

Appelé aussi compensateur "shunt", il est connecté en parallèle sur le réseau. Il estdimensionné pour la seule puissance harmonique (ou le courant harmonique)absorbée par la ou les charges non linéaires. La topologie parallèle choisie pourSineWave ne dépend en rien de la charge ou des caractéristiques du réseau . Elleest décrite en détail dans la section 4.

sourcecharge

NL

compensateur

actif

Fig. 02

compensateur série

compensateur parallèle

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4. topologies de compensateur actif d’harmoniques

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De type série ou de type parallèle, il est constitué de l'association d'uncompensateur actif et d'un filtre passif.

Dans certains cas, cette solution est économiquement intéressante. Le filtre passifeffectue le filtrage de base (rang 5, par exemple), et le compensateur actif, grâce àson action précise et dynamique, couvre les autres rangs.

sourcecharge

NL

compensateur

actif

Fig. 03

compensateur hybride

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5. compensateur actif d’harmoniques en parallèle :description du système

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Le compensateur actif est connecté en parallèle avec le réseau, et injecte enpermanence des courants qui correspondent à tout moment aux composantesharmoniques des courants absorbés par la charge. De cette manière, le courantfourni par la source d'énergie reste sinusoïdal.

chargenon linéaire

source depuissance

compensateuractifd’harmoniques

éIc

Is è II è

I charge = I fondamental + I harmoniqueI compensateur = I harmoniqueI charge = I source + I compensateur

Fig. 04 - Principe de la compensation active des harmoniques

La source alimente alors la charge avec la composante fondamentale du courantuniquement.

La source d'énergie normale fournit le courant fondamental, et le compensateur actifd'harmoniques (CAH : "Compensateur Actif d'Harmoniques") fournit les courantsharmoniques demandés par la charge.

La totalité du spectre des harmoniques basse fréquence (H2 à H25) est couverte.Si les courants harmoniques absorbés par la charge dépassent la capacité nominaledu compensateur actif, ce dernier limite automatiquement son courant de sortie à savaleur nominale.

Facile à mettre en oeuvre, un compensateur actif peut être installé en n'importe quelpoint d'un réseau basse tension, pour compenser la puissance absorbée par une ouplusieurs charges non linéaires, évitant ainsi la circulation des courantsharmoniques dans tout le réseau basse tension.

s0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045

V

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

C:(0,0 s, -1,58181 V) Fichier 1

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

enregistrement ducourant réel pour unecharge non linéaire

principe defonctionnement

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5. compensateur actif d’harmoniques en parallèle :description du système

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s0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045

V

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

C:(0,0 s, 0,49542 V) Fichier 1

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

s0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045

V

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

C:(0,0 s, 0,77771 V) Fichier 1

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

FU1

R1

Cf

Lf L1CT2

K1

C2

C3

CT1EXTRACTION

DES HARMONIQUES

CHARGE

SOURCE

REGULATION

GENERATION DESSIGNAUX DE

BRAS MUTATEUR

ELECTRONIQUE DE COMMANDE

Ih

Im

Udc

ET CONTROLE

Signaux de commande

Fig 2

COMMANDE

Fig. 08 - Schéma unifilaire d'un compensateur actif

Le conditionneur actif est constitué des éléments suivants :n FU1 : fusible de protection ultra-rapide ;n R1 et contacteur K1 : dispositif de précharge pour condensateurs chimiquesC2 & C3 ;n Lf & Cf : filtre destiné à atténuer les effets du découpage ;n L1, convertisseur CC/ca, C2 et C3 : onduleur MILV (ou PWM), bras ;n CT2 : capteurs de courant d'onduleur ;n électronique de commande ;n CT1 : capteur externe de courant absorbé par la charge.

description détaillée

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5. compensateur actif d’harmoniques en parallèle :description du système (suite)

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Le convertisseur comporte un bras d'onduleur triphasé à IGBT qui assure ledécoupage avec une vitesse de commutation moyenne de 16 kHz, lescondensateurs chimiques C2 et C3 assurant l'alimentation de soutien. Ceconditionneur tire la puissance active nécessaire à son fonctionnement de la sourced'alimentation active.

L'électronique de commande comporte :n un module d'extraction des harmoniques, qui génère une consigne de régulationproportionnelle aux composantes harmoniques du courant de charge ;n un module qui régule les courants de l'onduleur et la tension CC ;n un module de contrôle qui assure la protection du filtre en cas de surcharge ou dedéfaillance interne ;n un module de commande qui génère les signaux de commande nécessaires aufonctionnement de l'onduleur.

Afin d'augmenter le pouvoir de correction à un point donné de l'installation, il estpossible de brancher des conditionneurs actifs en parallèle.

On peut connecter le compensateur actif à différents points des circuits dedistribution du courant alternatif :n près des charges générant un niveau élevé d'harmoniques, afin d'assurer unecorrection locale des courants harmoniques ;n correction partielle des courants harmoniques ;n de façon centralisée, au niveau du PCC, pour une compensation globale descourants harmoniques.

Dans l'idéal, la correction des harmoniques doit être effectuée à leur point d'origine.

Un certain nombre de critères financiers et techniques sont pris en compte pourassurer le choix optimal.

Principaux avantages d'une compensation locale :n évite la circulation des courants harmoniques dans l'installation électrique ;n diminue l'effet des pertes par effet de Joule dans les câbles, et réduit la chargeapparente sur le transformateur principal ;n réduit la section des câbles nécessaires dans les nouvelles installations ;n permet à l'installation d'être conforme aux normes en vigueur concernant lesharmoniques.

points d’insertion ducompensateur actif

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6. étude de cas : Elf Aquitaine (suite)

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tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

ONDULEURS

G.E.

Colonne G Colonne F Colonne C Colonne A

Etage 4

Etage 3

Etage 2

Etage 1

tableaud'étage

tableaud'étage

RDC

Sous Sol

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

Bâtiment A Bâtiment B

Réseau Public

35m

75m105m

150m

5m

SCHEMA DE PRINCIPE

Fig. 09 - Schéma unifilaire de l'installation

Un système d'onduleurs centralisé alimente deux bâtiments de quatre étageschacun. Ce système d'onduleurs a une double alimentation constituée soit duréseau public, soit du groupe électrogène. La distance entre le système d'onduleurset le bâtiment est de 35 m à 150 m.

Dans chaque bâtiment, la distribution est assurée grâce à deux départs principaux ;à chaque étage, un tableau de distribution d'étage alimente tout le matérielinformatique : PC, stations de travail réseau, serveurs de réseau.

Le réseau de distribution en courant alternatif est constitué de quatre fils (troisphases et un neutre), le conducteur neutre étant dimensionné à 50 % de la sectiondu conducteur de phase.

description del’installation

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6. étude de cas (suite)

MGE UPS SYSTEMS MGE0128FRI - 01/2000 12

Elf a subi plusieurs types de perturbation :n problèmes de fonctionnement des ordinateurs ;n panne et défaillance des matériels informatiques très sensibles, avec dommages ;n augmentation de la température du conducteur neutre et pertes caloriquesexcessives ;n en aval du tableau de distribution d'étage, distorsion de tension incompatible avecles niveaux de compatibilité standards et avec les spécifications des ordinateurs.

La plupart des charges sont monophasées et non linéaires. Au niveau du sous-sol,des mesures montrent une distorsion harmonique totale du courant de 86 %, et unedistorsion harmonique du courant de 69 % pour le rang 3.

Par la suite, la circulation de ces courants harmoniques dans les câbles longsgénère une distorsion à l'extrémité des câbles, à l'endroit où sont branchés lesmatériels informatiques critiques. Au point d'utilisation, la distorsion de la tension estdoublée par rapport à celle observée au niveau de la sortie de l'onduleur : 8,3 %comparée à 4,2 %. Lors des interventions de maintenance ou de test sur le groupeélectrogène et sur la dérivation statique du système d'onduleurs, on a constaté unedistorsion de tension pouvant atteindre 15 %.

De plus, le courant du neutre est égal à 140 % du courant des phases, ce quientraîne une surtempérature dans le conducteur neutre et une différence depotentiel pouvant atteindre 8 V entre le neutre et la terre.

Le tableau ci-dessous résume les mesures de tension effectuées surtout sur lesdéparts F et G :

THDUphase / neutre

d.d.p.neutre / terre

sortie onduleur 4,2 % 0 V

départ G - 4ème étage 8 % 8,3 V

départ G - salle informat. 8,3 % -

départ F - 4ème étage 5,7 % 4 V

départ C - 4ème étage 6 % 4,4 V

Le tableau suivant donne les mesures détaillées obtenues sur le départ G, auniveau du sous-sol :

I eff total 66 A

facteur de crête 2,3

THDI 86 %

facteur de Puissance 0,72

I harmonique eff. 42 A

THDU 7,7 %

d.d.p. neutre/terre 7,9 V

I neutre eff. 108 A

problèmes rencontréspar Elf et audit du site

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6. étude de cas (suite)

MGE UPS SYSTEMS MGE0128FRI - 01/2000 13

Il va de soi que la solution adoptée doit éliminer les perturbations subies par Elf,mais doit aussi garantir une distorsion de tension inférieure à 5 % au niveau du pointd'utilisation, c'est à dire à l'entrée du matériel informatique.

Plusieurs solutions ont été proposées et comparées par l’organisme qui a réalisél'audit du site. Ces solutions sont énumérées ci-dessous :n mise en place d'un transformateur d’isolement sur chaque départ ;n remplacement de l'ensemble du réseau de distribution, en changeant aussi lerégime de neutre ;n augmentation de la section du conducteur neutre ;n mise en place d'un ou plusieurs compensateurs actifs d’harmoniques au niveausous-sol de chaque départ.

Les avantages et inconvénients de chacune de ces solutions ont été évalués dans ledétail, aussi bien du point de vue économique que technique. L'analyse est résuméedans le tableau suivant :

avantages inconvénientstransformateur n élimination des chutes de

tension dues à la circulationdes courants harmoniques ;n élimination de l’harmoniquede rang 3.

coût élevé :n déclassement du transformateur ;n influence de l'appel de courant surl'onduleur.

remplacement n facilité de mise en oeuvre. n un nouveau régime de neutre està déconseiller ;n mauvaise maîtrise des courantscirculant dans le réseau dedistribution ;n aucune diminution de la distorsionde la tension.

augmentation de lasection du conducteurneutre

n aucune modification duréseau de terre et maîtrise ducourant neutre circulant.

n aucune diminution de la distorsionde la tension ;n petite diminution de la chute detension dans le conducteur neutre ;n important travail de câblage.

compensateur actifd’harmoniques

n prix compétitif ;n diminution de la distorsionde tension ;n diminution du courantneutre ;n diminution importante ducourant efficace.

n nécessité de monter deuxcompensateurs sur le même départ(F & G).

La solution mettant en oeuvre le compensateur actif d’harmoniques a été adoptéecar il s'agissait de la plus compétitive, et de la seule capable de satisfaire lesexigences du client à 100 %.

Afin d'obtenir les meilleurs résultats pour le client, on branchera un compensateuractif à chaque départ, au niveau du sous-sol.

Pour les départs F et G, situés à une distance importante du système d'onduleurs,on branchera un compensateur supplémentaire au niveau du deuxième étage. Ainsi,la distorsion harmonique sera aussi faible que possible au quatrième étage.

solution finale

analyse des solutions

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6. étude de cas (suite)

MGE UPS SYSTEMS MGE0128FRI - 01/2000 14

Cette section décrit la forme d'onde et les caractéristiques du courant du départ G,après le branchement d'un seul compensateur actif d’harmoniques de 30 A auniveau du sous-sol. Il s'agit de la première phase de la mise en application de lasolution.

Les mesures et les résultats présentés ci-dessous donnent une bonne indication del'amélioration apportée par le compensateur actif.

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

ONDULEURS

G.E.

Colonne G Colonne F Colonne C Colonne A

Etage 4

Etage 3

Etage 2

Etage 1

tableaud'étage

tableaud'étage

RDC

Sous Sol

tableaud'étage

tableaud'étage

tableaud'étage

Bâtiment A Bâtiment B

Réseau public

POINTS D'INSERTION

SW SW SW SW

SW

SW

Fig. 10 - Points de branchement des compensateurs actifs

résultats sur le site

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6. étude de cas (suite)

MGE UPS SYSTEMS MGE0128FRI - 01/2000 15

forme d'onde de la tension au 4ème étage

-1

-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 réduite de 7,7 % à 4,6 %, et ladifférence de potentiel entre neutre et terre de 7,9 V à 4,4 V.

Forme d'onde du courant

-2

-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. étude de cas (suite)

MGE UPS SYSTEMS MGE0128FRI - 01/2000 16

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

Spectre harmonique

0

20

40

60

80

100

H1 H3 H5 H7 H9 H11

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

0

20

40

60

80

100

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 courantsharmoniques. Compte tenu du courant harmonique élevé, le compensateur actiffonctionne en mode limitation et compense partiellement les courants harmoniques :n atténuation du THDI d'un facteur de 3 : passe de 86 % à 28 % ;n diminution de 65 % du courant neutre : passe de 108 A à 38 A ;n diminution de 70 % du courant harmonique efficace : passe de 42 A à 13 A.

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7. Comparaison entre le compensateur actif d’harmoniqueset un filtre passif accordé

MGE UPS SYSTEMS MGE0128FRI - 01/2000 17

filtre passif compensateur actifd’harmoniques

action sur les courantsharmoniques

nécessite un filtre pourchaque fréquence(encombrant)

agit simultanément surplusieurs fréquences

influence d'une variation defréquence

efficacité réduite aucune conséquence

influence d'une modification del'impédance

risque de résonance aucune conséquence

influence d'une augmentationde courant

risque de surcharge et dedétérioration

aucun risque de surcharge,mais efficacité diminuée

ajout de matériel (augmentationde charge)

nécessite des modificationssur le filtre, dans certains cas

aucun problème si I-conditionneur > I-harmoniques-de-charge

action sur les harmoniquessuivant leur ordre

très difficile possible, grâce auparamétrage

modification de la fréquencefondamentale

modification impossible possible, grâce à lareconfiguration

encombrement important faible

poids important faible

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8. conclusion

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Un compensateur actif d’harmoniques de 30 ampères avec "topologie parallèle" aété développé avec succès, et sa commercialisation est en cours.

Toutes les installations équipées d'un compensateur actif d’harmoniques SineWaveont d'excellentes performances sur une large gamme d'applications. Pour ce quiconcerne les charges de type informatique, l'étude de cas présentée constitue unedémonstration claire du haut niveau de compensation des courants harmoniquesque l'on peut obtenir grâce au compensateur. Conséquence de la compensation ducourant harmonique de rang 3, le compensateur actif diminue aussi le courantneutre (harmonique).

Ces résultats nous donnent de très bonnes raisons d’espérer le développement descompensateurs actifs d’harmoniques conçus pour réduire la distorsion harmoniquedans les applications commerciales, mais aussi dans le secteur industriel.

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Annexe 1

MGE UPS SYSTEMS MGE0128FRI - 01/2000 19

G W Massey, "Power Distribution System Design for Operation Under Nonsinusoidal Load Conditions", IEEE Trans. Ind.Applic., vol.31 n° 3, may/june 1995.

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références

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Publication : MGE UPS SYSTEMS – 01/2000Conception-rédaction : AMEG