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Présentation
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RÉSUMÉ
La correction de la distorsion de la forme d’onde des courants consommés par des charges non linéaires est devenue nécessaire afin d’éviter les problèmes conséquents de dégradation de la qualité d’énergie électrique. Dans ce but, cet article constitue une contribution à une meilleure connaissance des problèmes de déformation de l’onde de courant, de ses origines et des solutions possibles pour y remédier. Plus particulièrement, il présente un état de l’art des solutions classiques de compensation des courants harmoniques et réactifs consommés par des charges non linéaires et réactives.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Meriem MERAI : Docteur en génie électrique - Ingénieur en génie électrique - Assistante technologue à l’École supérieure privée d’ingénierie et de technologie (Esprit) - Université de Tunis El Manar, École nationale d’ingénieurs de Tunis - Laboratoire de systèmes électriques, LR11ES15, Tunis, Tunisie
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Mohamed Wissem NAOUAR : Docteur - Ingénieur en génie électrique - Maître de conférences à l’École nationale d’ingénieurs de Tunis - Université de Tunis El Manar, École nationale d’ingénieurs de Tunis - Laboratoire de systèmes électriques, LR11ES15, Tunis, Tunisie
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Ilhem SLAMA-BELKHODJA : Professeur des universités - Université de Tunis El Manar, École nationale d’ingénieurs de Tunis - Laboratoire de systèmes électriques, LR11ES15, Tunis, Tunisie
INTRODUCTION
Un réseau électrique constitue un système complexe qui inclut essentiellement des éléments de génération, de distribution et de consommation d’énergie électrique. En dépit de sa complexité, un réseau électrique doit assurer une génération d’énergie électrique adaptée à la consommation instantanée des charges. L’énergie électrique étant très difficilement stockable, la stabilité du réseau électrique nécessite un équilibre permanent entre la génération et la consommation. C’est pourquoi, de nos jours, la qualité d’énergie électrique (QEE) dans les réseaux électriques est devenue un enjeu crucial. Ceci est dû au fait que l’amélioration de la QEE assure :
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une meilleure maîtrise de la consommation d’énergie électrique ;
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un gain de productivité lors de la génération de l’énergie électrique.
L’énergie électrique est généralement distribuée sous la forme d’une source triphasée de tensions sinusoïdales et équilibrées dans le cas idéal. La forme d’onde des courants consommés par les charges impose la nature de l’énergie transmise. Celle-ci peut être décomposée en une partie « active », une partie « réactive » et une partie « harmonique ». En général, l’utilisateur final ne bénéficie que de l’apport énergétique fourni par la partie « active » de l’énergie électrique transmise. Les énergies « réactive » et « harmonique » transmises ne peuvent pas être éliminées, mais peuvent être compensées par des dispositifs appropriés qui offrent les avantages suivants :
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la possibilité de compenser les courants harmoniques consommés par des charges non linéaires. Ceci contribue à l’amélioration de la qualité d’énergie électrique par la diminution du TDH (taux de distorsion harmonique) des courants parcourant les lignes de distribution d’énergie électrique ;
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la possibilité de compenser le courant réactif consommé par des charges non linéaires et réactives. Ceci permet d’augmenter le facteur de déplacement de puissance.
On parle dans ce cas d’amélioration de la qualité d’énergie électrique, et l’énergie totale soutirée aux sources du réseau électrique sera globalement réduite.
Dans ce but, cet article est une contribution à une meilleure connaissance des problèmes liés à la consommation de courants harmoniques et réactifs dans le réseau électrique. Par ailleurs, cet article dresse un état de l’art sur les solutions classiques d’amélioration de la qualité d’énergie électrique au travers de la compensation des parties « réactive » et « harmonique » de l’énergie électrique distribuée. Dans ce contexte, les auteurs souhaitent sensibiliser les lecteurs quant au potentiel énergétique et économique offert par ces solutions, mais aussi aux défis technologiques et limitations qui leur sont associés.
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MOTS-CLÉS
qualité d'énergie électrique puissance réactive puissance déformante compensation des courants
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Conclusion
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2. Solutions classiques d’amélioration de la qualité d’énergie électrique
Dans la majorité des applications, l’utilisateur bénéficie uniquement de l’apport énergétique de la puissance active. C’est pourquoi, il est utile de compenser la puissance réactive ainsi que la puissance déformante au travers de dispositifs appropriés, et ce en vue de réduire de manière efficace l’énergie totale fournie par le réseau. Dans ce qui suit sont détaillés les procédés de compensation des puissances réactive et déformante. Il est important de noter ici que :
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pour améliorer le facteur de déplacement de puissance DPF, il faut injecter du courant réactif ;
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pour améliorer le facteur de puissance PF, il faut d’une part injecter du courant réactif pour augmenter le DPF, et d’autre part augmenter le facteur de distorsion DF à travers un traitement des harmoniques ayant pour objectif la réduction du contenu harmonique du courant.
2.1 Compensation de la puissance réactive
2.1.1 Compensation par condensateurs
Historiquement, la solution à base de condensateurs fut la première à être utilisée pour la compensation de la puissance réactive [D4315]. Le principe de l’opération de compensation est illustré sur la figure 2. Comme le montre cette figure, pour améliorer le DPF d’une valeur initiale égale à cos(ζ 1) vers une valeur finale égale à cos(ζ 2), il est nécessaire de réduire la consommation de puissance réactive d’une quantité Q c égale à la différence entre la puissance réactive Q 1 initialement consommée et la puissance réactive Q 2 à atteindre après...
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Solutions classiques d’amélioration de la qualité d’énergie électrique
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - VEDAM (R.S.), SARMA (M.S.) - Power quality : VAR compensation in power systems. - Taylor & Francis Group Book (2009).
-
(2) - SINGH (B.), CHANDRA (A.), AL-HADDAD (K.) - Power quality : Problems and mitigation techniques. - Wiley Book (2015).
-
(3) - ZENG (Z.), YAN (H.), CHEN (L.), FANG (S.), GE (L.) - Research on static VAR generator with direct current control strategy. - 8th IEEE Conf. on Industrial Electronics and Applications (ICIEA), June 2013.
-
(4) - ABDELLATIF (M.), NAOUAR (M.W.), CHARAABI (L.), SLAMA-BELKHODJA (I.) - Réalisation à base de FPGA d’un estimateur en temps réel de la phase d’un réseau triphasé alternatif. - Conférence Internationale JTEA, Tunis, Tunisie, Mai 2006.
-
(5) - BLAABJERG (F.), TEODORESCU (R.), LISERRE (M.), TIMBUS (V.) - Overview of control and grid synchronization for distributed power generation systems. - IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 53, n° 5, pp. 1398-1409, Oct. 2006.
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ANNEXES
Perspectives énergétiques à l’horizon 2050 : http://ec.europa.eu/energy/en/data-analysis//energy-trends-2050.
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