Chapitre V : …..Technique de Compensation  par Filtrage Actifs

Suite, Cours N#2

8. Filtrage hybride (mixte actif -passif)

Le filtrage mixte ou hybride résulte de l'association d’un filtre passif et d’un filtre actif. L’intérêt des filtres mixtes est que le filtre passif prend en charge la compensation d'une grande partie des harmoniques, le filtre actif maintient les performances de filtrage en fonction de l’évolution de la charge et du réseau. Ainsi la puissance du convertisseur qui constitue le filtre actif est fortement diminuée grâce aux éléments passifs. Ces structures permettent donc d’optimiser le rapport performance/coût et d’avoir une meilleure tenue de tension.

©Filtre actif série associe avec filtre passif en parallèle

Dans cette structure de filtrage hybride comme est montrée par la figure 7, on note que  filtre actif série est chargé d’empêcher les courants harmoniques de circuler vers le réseau et de les piégés à passer au travers  le filtres passif raccordé à sa propre fréquence.

Les filtres passifs sont accordés aux fréquences des harmoniques fortement présents sur le réseau, ils absorbent une grande partie des courants harmoniques créés par la charge non linéaire. Le filtre actif fournit une tension qui s'oppose à la tension harmonique venant du côté source et à la chute de tension harmonique due à la charge non linéaire de façon à contrôler la tension harmonique aux bornes de la charge.

©Filtre actif série associe avec filtre passif en série avec la charge

Le principe de fonctionnement de cette configuration, présentée en figure 5.7, est la même que la précédente avec l’avantage de réduire encore le dimensionnement du filtre actif série car le courant qui le traverse est plus faible. Cette topologie n'est pas adaptée pour traiter un réseau à fort taux de pollution de la tension amont; néanmoins, ses performances minimisent le dimensionnement des filtres passifs et complètent leurs effets. Cette structure est donc bien adaptée à traiter les réseaux de puissances et tensions élevées, tout en assurant le déphasage des composantes fondamentales. Son principal inconvénient est que les filtres passifs sont définis en fonction de la nature de chaque charge ce qui nécessite toujours une étude préalable.

Figure 7 : structure de filtrage hybride ; Filtre actif série/ filtre passif parallèle.

Figure 8 : Filtrage hybride ; filtre actif série/ filtre passif, en séries avec la charge

©Filtre actif et filtres passif en parallèle avec la charge

La structure de filtrage hybride, montrée dans la figure 9, permet la compensation des courants harmoniques basses fréquences émis par la charge polluante. Le filtre passif accordé sur une fréquence élevée, élimine les harmoniques hautes fréquences y compris ceux créés par le filtre actif parallèle. Ce type de filtrage a déjà été appliqué à la compensation des courants harmoniques émis par un cycloconvertisseur de forte puissance.

Les filtres passifs sont accordés aux fréquences des harmoniques fortement présents sur le réseau. Le filtre actif se comporte comme une source de tension contrôlée en courant. Les composantes harmoniques du courant de la charge sont absorbées par la branche parallèle. Le courant is du réseau est alors sinusoïdal.

Figure 9 : Filtrage hybride ; filtre actif shunt/ filtre passif, en parallèles avec la charge

9. Filtrage par combinaison des deux filtres actifs (FAS/FAP)

La combinaison parallèle - série actif est une solution de compensation universelle basée sur le fonctionnement simultané des filtres actifs parallèle et série (figure 10). Cette nouvelle topologie est appelée combinaison parallèle série actifs ( Unified Power Quality Conditioner : UPQC). L’UPQC possède les avantages cumulés des filtres actifs parallèles et série.

* Le filtre actif série, lorsqu’il est placé en amont du filtre actif parallèle, il permet de dépolluer la source des tensions perturbatrices.

*  Lorsqu’il est placé en aval, il permet d’isoler la charge de la source perturbée.

Figure 10 : Combinaison ; filtre actif série avec filtre actif parallèle; UPQC

10. Avantages et inconvénients des filtres actifs

Le filtre actif offre de nombreux avantages:

· Il s'adapte automatiquement à l ' évolution des charges et du réseau;

· Il peut compenser plusieurs rangs harmoniques (dans la limite de sa bande passante);

· Il ne passe pas en surcharge lorsque le courant harmonique à compenser dépasse le dimensionnement du filtre actif. Il limite son émission de compensation harmonique au maximum de ses capacités, mais il n’y a aucun risque de destruction;

· Le risque de résonance entre le filtre et l’impédance du réseau ne se présente pas comme dans le cas du filtre passif;

· Il peut protéger des condensateurs de compensation par élimination des courants harmoniques générés par une charge.

11. Toutefois, le filtrage actif présente quelques inconvénients :

· Le filtrage actif n’est possible que dans le cas des réseaux de faible puissance;

· Il permet la compensation de l'énergie réactive, mais à un coût très élevé par rapport au filtrage passif;

· Son coût est beaucoup plus élevé que celui du filtrage passif.

· Le filtrage actif est donc plus intéressant sur des charges ne nécessitant pas de compensation de la puissance réactive. Par contre, le filtrage passif est intéressant sur des charges nécessitant cette compensation.

Principes	Avantages	Inconvénients
Renforcement de la puissance de court-circuit	Amélioration de la forme de la tension	Pas d’amélioration de la forme du courant, pas toujours réalisable
filtrage passif	Amélioration de la forme du courant	Risque de résonance, pas d’adaptabilité
Redresseur Dodécaphasé	Harmoniques 5, 7,17et 19 sont éliminés	Harmoniques de rang 12 k ± 1sont conservés
Filtrage actif série  FAS	Amélioration de la forme de la tension, adaptabilité aux variations de charge et du réseau	pas d’amélioration de la forme du courant
Filtrage actif parallèle FAP	Amélioration de la forme du courant, adaptabilité aux variations de charge et du réseau	Amélioration de la forme de la tension pas toujours évidente
Combinaison Parallèle - Série Actifs UPQC	Amélioration de la forme du courant, amélioration de la forme de la tension, adaptabilité aux variations de charge et du réseau	Réalisation difficile

Tableau 1 : Récapitulatif des solutions de dépollution

Critères de Comparaison	Filtre Actif	Filtre Passif
Action sur les courants     harmoniques	Agit simultanément sur plusieurs fréquences selon sa bande passante	Nécessite un filtre pour chaque harmonique (encombrant)
Interaction entre filtres voisins	Pas de risque	Risque de destruction de filtres accordés à des fréquences voisines (résonance)
Influence d'une variation de fréquence	Aucune conséquence	Efficacité réduite (le filtre est calculé pour une fréquence exacte)
Surcharge	Pas de risque	Risque de détérioration lorsque le courant harmonique à compenser dépasse ses capacités
Variation de l'impédance du réseau	Aucune conséquence	Risque d'amplification des harmoniques (déplacement de la fréquence d'antirésonance vers une fréquence harmonique)
Vieillissement	Pas d'influence sur les performances	Risque de dégradation des performances (dérive de la fréquence d'accord)
Raccordement	Pas d'étude préalable	Etude au cas par cas
Surveillance de fonctionnement	Réalisée par le système de contrôle commande	Pas de surveillance
Influence d'une augmentation de courant	Aucun risque de surcharge, mais efficacité diminuée	Risque de surcharge et de détérioration
Rajout d'équipement en  aval	Pas de problème (dans la limite de la puissance du filtre)	Nécessite des modifications sur le filtre, dans certains cas
Encombrement	Faible	Important
Poids	Faible	Elevé
Coût	Coût composant plus élevé Pas de coût d'étude de dimensionnement	Coût composant plus faible Étude de dimensionnement obligatoire

Tableau 2 : présente les éléments de comparaison entre le filtrage passif et le filtrage actif.