| Titre : | Etude et Conception d’un Filtre Actif Parallèle Triphasé à Quatre Fils en vue de sa Commande par des Méthodes d’Intelligence Artificielle. |
| Auteurs : | Tidjani MAHNI, Auteur ; Mohamed Toufik Benchouia, Auteur |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Note générale : | Filtre actif parallèle à quatre fils, Régulateur PI, Régulateur flou, Régulateur Backstepping, Régulateur ANFIS, Taux de Distorsion Harmonique (THD), Optimisation par essaim de particules (PSO), Réseau de neurones artificiels. |
| Langues: | Français |
| Résumé : |
: Les convertisseurs de puissance sont de plus en plus utilisés grâce aux avantages énormes qu'ils offrent. Cependant ces convertisseurs polluent les réseaux électriques en introduisant des courants et des tensions harmoniques et en consommant parfois l'énergie réactive. Les harmoniques circulent dans les réseaux électriques et peuvent perturber le fonctionnement normal de certains équipements électriques voir même engendrer leur destruction.
L'objectif de ce travail est l'étude de la commande du filtre actif parallèle à structure tension afin d'améliorer la qualité du courant dans les réseaux triphasés à quatre fils à l'aide des techniques classiques et intelligentes. La commande du filtre actif parallèle sera traitée en se basant sur deux axes distincts : l'un concerne l'identification du courant polluant et l'autre s'intéresse au contrôle de la tension du bus continu. L'identification du courant polluant est un étape essentiel dans le processus de commande des filtres actifs, trois techniques d'identification sont utilisées dans ce travail, la première concerne la méthode des Puissances Instantanées Réelle, Imaginaire et Homopolaire réalisée avec deux variantes, la deuxième traite la méthode de Référentiel Synchrone réalisé avec trois variantes et la troisième est faite par la méthode Neuronale Directe. Différentes techniques de régulation linéaires et non-linéaires sont introduites, Il s'agit de la régulation par logique floue, logique floue à gain adaptatif, logique floue avec PSO, ANFIS et Backstepping. Les méthodes d'identification et de régulation sont élaborées, le filtre actif est simulé avec ces méthodes et les résultats des simulations sont analysés et comparées. La qualité de l'énergie fournie relativement aux normes imposées prouve leur efficacité en termes de diminution du taux de distorsion harmonique, temps de réponse et erreur dynamique. Finalement le filtre actif parallèle à quatre fils est validé expérimentalement sur un banc d'essai au laboratoire utilisant la carte DSPACE ABSTRACT : Power converters are increasingly used due to the huge benefits that they offer. However they cause enormous pollution at the networks by introducing current and voltage harmonics and consuming reactive energy sometimes. Harmonics circulate in the power system and can interrupt normal operations of electrical equipment and even cause their destruction. The objective of this work is the control of shunt active filter using classic and inteligent techniques to improve current quality in three-phase four-wire networks. The control of shunt active filter will be treated based on two distinct parts : the first is related to the identification of reference current and the second interests the control of DC voltage bus . The identification of reference current is an essential step in the control of shunt active filter, three identification techniques are used in this work, the first concerns p-q-o theory that will be made with two variants. The second is Synchronous Reference Frame method that will be treated with three variants and the third technique by the Direct Artificial Neural Network method. Differents linear and nonlinear DC voltage control techniques are introduced in this work, this concern fuzzy logic, adaptive fuzzy gain, Fuzzy-PSO, ANFIS and Backstepping techniques. Identification and regulation methods are developed and analyzed by simulation ; the quality of power supply with respect to required standards proves their efficiency in terms of reduction in the Total Harmonic Distortion, response time and dynamic error. Finally three-phase four-wire shunt active filter is validated experimentally on a test bench in the laboratory using DSPACE card. |
| Sommaire : |
Introduction G´en´erale 1
1 Perturbations et D´epollution dans les R´eseaux Electriques 4 ´ 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2 D´egradation de la qualit´e d’´energie dans les r´eseaux ´electriques . . . . . . . . 5 1.2.1 Perturbations harmoniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2.2 D´es´equilibre de la tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2.3 Creux de tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.2.4 Variation de la fr´equence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3 Caract´erisation et normes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3.1 Puissance active . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3.2 Puissance r´eactive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3.3 Puissance d´eformante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3.4 Facteur de puissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3.5 Taux harmonique de rang i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.3.6 Taux global de distorsion harmonique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.3.7 THD en courant ou en tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.3.8 Normes impos´ees sur le THD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.4 Solutions de d´epollution du courant dans les r´eseaux ´electriques . . . . . . . 17 1.4.1 Solutions traditionnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.4.2 Solutions modernes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.5 Comparaison entre les filtres passifs et les filtres actifs . . . . . . . . . . . . . 22 1.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2 Structure d’un Filtre Actif Parall`ele `a Quatre Fils 23 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.2 Structure du filtre actif parall`ele `a quatre fils . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.3 Etude de la partie puissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 25 2.3.1 Onduleur d’un filtre actif parall`ele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.3.2 Filtre de couplage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.3.3 Syst`eme de stockage d’´energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.4 Etude de la partie commande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 35 2.4.1 Strat´egies de commande du filtre actif parall`ele . . . . . . . . . . . . 35 2.4.2 Identification du courant pollu´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.4.3 Commande de l’onduleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.4.4 R´egulation de la tension du bus continu . . . . . . . . . . . . . . . . 39 i Table des Mati`eres 2.4.5 Boucle `a verrouillage de phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3 Identification du Courant Polluant 45 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.2 M´ethode des puissances instantan´ees r´eelle, imaginaire et homopolaire avec FPB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.3 M´ethode des puissances instantan´ees r´eelle, imaginaire et homopolaire avec FMV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.4 M´ethode de r´ef´erentiel synchrone avec FPB . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.5 M´ethode de r´ef´erentiel synchrone avec FMV . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.6 Application des techniques neuronales au filtrage actif parall`ele `a quatre fils . 51 3.6.1 G´en´eralit´es sur les r´eseaux de neurones . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.6.2 Principe de l’Adaline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.6.3 Algorithme d’apprentissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.6.4 Choix du coefficient d’apprentissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.6.5 Identification par la m´ethode neuronale directe . . . . . . . . . . . . . 55 3.6.6 Identification par la m´ethode SRF avec FRNA . . . . . . . . . . . . 58 3.7 R´esultats des simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.7.1 Cas d’une charge ´equilibr´ee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.7.2 Cas de charges d´es´equilibr´ees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4 R´egulation de la Tension du Bus Continu 76 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.2 R´egulateur flou standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.2.1 Bases de la logique floue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.2.2 R´egulation par logique floue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.3 R´egulateur flou `a gain adaptatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.4 R´egulateur par ANFIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 4.4.1 Apprentissage de l’ANFIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 4.4.2 Avantages de l’ANFIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4.5 R´egulateur Backstepping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4.5.1 Principe de la commande par Backestepping . . . . . . . . . . . . . . 90 4.5.2 R´egulation de la tension du bus continu . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.6 R´esultats des simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 4.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 5 Optimisation par PSO et Validation Exp´erimentale du FAP 101 5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 5.2 Optimisation par essaim de particules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 5.2.1 Origines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 5.2.2 Principe de la technique PSO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 5.2.3 Principe de l’Algorithme PSO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 5.2.4 Formulation Math´ematique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 ii Table des Mati`eres 5.2.5 Application de la technique PSO `a l’optimisation des param`etres du r´egulateur flou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 5.3 R´esultats des simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 5.3.1 D´epollution du courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 5.3.2 Performances des r´egulateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 5.4 Validation exp´erimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 5.4.1 Pr´esentation du mat´eriel exp´erimental . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 5.4.2 Description du syst`eme Dspace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 5.4.3 Le Filtre actif `a structure tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 5.4.4 La carte analogique `a hyst´er´esis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 5.4.5 R´esultats exp´erimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Conclusion G´en´erale 133 A Les Filtres d’Extraction 136 R´ef´erences 13 |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0755 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Salle de mémoires et de théses |
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