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Promotion : 2005-2006 République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère

Promotion : 2005-2006 République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou Faculté du Génie Electrique et d’Informatique Département d’Electrotechnique De fin d’études En Vue de l’Obtention du diplôme d’Ingénieur d’État en Electrotechnique Option : Réseau électrique Proposé et dirigé par : Réalisé par : Mr: BESSAI HAMZA Melle : OUAMARA ASSIA Melle : OUKID LILIA Etude de l’évaluation de la distorsion harmonique dans un réseau industriel Promotion 2009/2010 Nous tenons à remercier Mr BESSAI HAMZA qui nous a suivi et aidé tout au long de ce travail. Nous sommes aussi reconnaissantes à tous les enseignants qui ont contribué à notre formation. Notre profonde gratitude va également aux membres de jury qui fera l’honneur d’évaluer ce travail. Nous désirons exprimer nos remerciements à tous ceux qui par leurs aide et encouragement, nous ont permis d’achever ce travail. Le sommaire Introduction générale 1 CHAPITRE I : Généralités sur les harmoniques 1 .Définitions : 1 .1 Définition des harmoniques 2 1 .2 Courants harmoniques 4 1.3 Tensions harmoniques 5 1.4 Puissances harmoniques 5 1.5 Rang de l’harmonique 5 1.6 Inter-harmoniques 5 1 .7 Infra-harmoniques 6 1.8 Taux de distorsion harmonique 6 1.9 Foisonnement des phases 8 1.10 Facteur de crête 8 1.11 Facteur de puissance 1.12 Facteur d’amplification ou facteur de qualité 9 2 .Origines des harmoniques 9 3 .Effets des harmoniques 11 3.1 Les effets instantanés 11 3.2 Les effets différés (effets à long terme) 11 CHAPITRE II : Modélisation des éléments du réseau 1. Réseau industriel 12 2 .Condition de propagation des harmoniques sur le réseau 13 3. Impédance du réseau 14 Le sommaire 4. Résonance 17 2.1 La résonance parallèle 17 2.2 La résonance série 18 5. Solutions de filtrage 21 3.1 Filtre passif 21 3.2 Filtre actif 26 6. Modélisation des éléments du réseau en régime harmonique 28 6.1 Modélisation d’un réseau amont 28 6.2 Modélisation des transformateurs 29 6.3Modélisation des câbles et des lignes 30 6.4Modélisation d’une charge linéaire 31 6.5Modélisation d’une charge perturbatrice 33 6.6Modélisation d’une batterie de condensateur 35 7 .Normes en vigueur 35 CHAPITRE III : Simulation avec MATLAB SIMULINK 1 .Représentation du réseau test 37 2 .Paramètres du réseau 38 2.1 Source 38 2.2 Générateur 38 2 .3 Impédance des lignes et câbles 38 2.4 Transformateurs 39 2.5 Données aux nœuds 39 2 .6 Compensation 40 2 .7 Source polluante 40 Le sommaire 3. Résultats de simulation 41 3.1 Représentation du réseau sous MATLAB SIMULINK 41 3.2 Taux de distorsion harmonique en tension aux nœuds 42 3.3 Formes d’ondes et spectres des signaux tension et courant 43 3.4 Impédance harmonique vue des jeux de barres du réseau 48 3.5 Effet de la compensation sur la distorsion harmonique de la tension 49 Conclusion générale 52 1 Introduction : L’essor technologique a connu ces dernières années une remarquable évolution, cette avancée a drainé tous les domaines technologiques, nous apostrophons le domaine de l’électricité. L’électricité avec toute ces formes (alternative, continue) représente l’une des sources importantes d’énergie utilisées dans plusieurs et différents usages domestiques ou industriels, c’est pour cela qu’elle doit être d’une bonne qualité, malheureusement certains désagréments s’y posent, ce qui se manifeste sous forme de différentes perturbations comme la pollution harmonique. Cette dernière provoque des effets nocifs sur le réseau électrique comme le dysfonctionnement d’appareils sensibles, l’échauffement des machines, le claquage des condensateurs…..etc. Pour palier à ce problème, afin de réduire ces conséquences désastreuses, des solutions s’imposent tel que les dispositifs de filtrages. L’une des sources importantes de la pollution harmonique dans les réseaux industriels, moyenne tension est le variateur de vitesse pour machines électriques. Les courants harmoniques générés par le convertisseur se propagent à travers le réseau et contribuent à la distorsion de l’onde de tension, et peuvent dans certaines situations être à l’origine de résonances en présence de condensateurs de compensation d’énergie réactive. L’objectif de notre travail est d’évaluer la distorsion harmonique dans un réseau industriel [1], en présence de convertisseurs statiques, à l’aide du logiciel MATLAB SIMULINK. Nous avons divisé notre travail en trois parties, le premier chapitre est consacré aux généralités et définitions des perturbations harmoniques dans les réseaux électriques. Le second chapitre traite de la modélisation du réseau pour l’étude harmonique et la dernière partie est consacrée à la simulation numérique du réseau étudié. Nous terminons notre rapport par une conclusion générale. Chapitre I Généralités sur les harmoniques 2 Introduction : Parmi les phénomènes perturbateurs qui affectent l’environnement électromagnétique, les harmoniques occupent une place particulière. Cette pollution constitue un sérieux problème de qualité d’énergie électrique. En effet les perturbations harmoniques provoquent beaucoup d’effets néfastes comme l’augmentation des pertes d’énergie, les risques de résonances entre les éléments inductifs et capacitifs à certaines fréquences harmoniques, les perturbations des appareils de protections…etc. Dans les réseaux industriels, la présence des convertisseurs de puissances alimentant les moteurs ainsi que les condensateurs de compensation d’énergie réactive est courante ce qui peut occasionner des risques de résonances. Ce chapitre présente les différentes généralités sur ce phénomène perturbateur. 1. Définitions: 1 .1 Définition des harmoniques : [2] Un signal périodique alternatif se compose d’un fondamental et d’inter- harmonique. Un harmonique est une superposition sur l’onde fondamentale du courant ou de la tension, d’ondes de fréquences différentes de celle de l’onde fondamentale, ces fréquences sont des multiples entiers de la fréquence du réseau. Pour qu’un signal déformé soit accessible à l’étude et à l’analyse, on peut le décomposer en une somme de signaux sinusoïdaux comprenant :  Un signal sinusoïdal à la fréquence fondamentale : le fondamental  Des signaux sinusoïdaux dont les fréquences sont des multiples entiers du fondamental : les harmoniques  Une composante continue. Figure I.1: signal déformé Chapitre I Généralités sur les harmoniques 3 Décomposition en série de Fourier : [3] Soit un signal périodique s(t) de période T, de fréquence = et de pulsation ω=2πf est de :  Valeur moyenne : = ∫ ( ) (I .1)  Valeur efficace : = ∫ ( ) (I .2) Tout signal périodique s(t) de période T, donc de fréquence = et de pulsation = 2 f, est décomposable en série de Fourier comme suit : S(t) = + ∑ [ ( ) + ( )] (I.3) Avec : = ∫ ( ) (I.4) = ∫ ( ) ( ) (I.5) = ∫ ( ) ( ) (I.6) Où : ( ) = + ∑ ( + ) (I.7) = (I.8) Pour h ≥1 Chapitre I Généralités sur les harmoniques 4 On définit les fréquences harmoniques comme les fréquences multiples de la fréquence du fondamentale f. = . ⇒ h = (I.9) - Le terme ( ) + ( ) est l’harmonique du rang h. - La grandeur = + est l’amplitude de l’harmonique du rang h - = √ : La valeur efficace du l’harmonique h. - : La phase de l’harmonique du rang h. - a0 : composante continue - C1 : amplitude de la composante fondamentale Les appareils générant des harmoniques ont un spectre d’émission inferieur à 2500Hz, c’est pour cela que le domaine d’étude des harmoniques s’étend de 100Hz à2500Hz. (C'est-à-dire des rangs 2 à 50). Figure I.2 : Représentation spectrale d’un signal déformé. 1 .2. Courants harmoniques : [4] Les courants dans les réseaux électriques sont de type périodiques, mais pas toujours sinusoïdaux. Or, on sait qu’une onde périodique peut être décomposée en série de Fourier en une suite d’ondes sinusoïdales dont la fréquence est un multiple de la fréquence Chapitre I Généralités sur les harmoniques 4 On définit les fréquences harmoniques comme les fréquences multiples de la fréquence du fondamentale f. = . ⇒ h = (I.9) - Le terme ( ) + ( ) est l’harmonique du rang h. - La grandeur = + est l’amplitude de l’harmonique du rang h - = √ : La valeur efficace du l’harmonique h. - : La phase de l’harmonique du rang h. - a0 : composante continue - C1 : amplitude de la composante fondamentale Les appareils générant des harmoniques ont un spectre d’émission inferieur à 2500Hz, c’est pour cela que le domaine d’étude des harmoniques s’étend de 100Hz à2500Hz. (C'est-à-dire des rangs 2 à 50). Figure I.2 : Représentation spectrale d’un signal déformé. 1 .2. Courants harmoniques : [4] Les courants dans les réseaux électriques sont de type périodiques, mais pas toujours sinusoïdaux. Or, on sait qu’une onde périodique peut être décomposée en série de Fourier en une suite d’ondes sinusoïdales dont la fréquence est un multiple de la fréquence Chapitre I Généralités sur les harmoniques 4 On définit les fréquences harmoniques comme les fréquences multiples de la fréquence du fondamentale f. = . ⇒ h = (I.9) - Le terme ( ) + ( ) est l’harmonique du rang h. - La grandeur = + est l’amplitude de l’harmonique du rang h - = √ : La valeur efficace du l’harmonique h. - : La phase de l’harmonique du rang h. - a0 : composante continue - C1 : amplitude de la composante fondamentale Les appareils générant des uploads/Ingenierie_Lourd/ ouamaraassia-oukidlilia.pdf