Harmonic currents suppression based on three-phase four-wire shunt active power filter
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Dellahi, MostafaEditorial
Universidad de Granada
Departamento
Universidad de Granada. Programa de Doctorado en Ingeniería CivilMateria
Active power filter Harmonic currents Three-phase
Date
2021Fecha lectura
2021-06-02Referencia bibliográfica
Dellahi, Mostafa. Harmonic currents suppression based on three-phase four-wire shunt active power filter. Granada: Universidad de Granada, 2021. [http://hdl.handle.net/10481/70463]
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Tesis Univ. Granada.Résumé
La pollution harmonique est l’un des principaux problèmes qui détériore la qualité de
l’énergie électrique dans les systèmes de distribution électrique. Les e ets nocifs les
plus évidents des harmoniques sont : Les dysfonctionnements de certains équipements électriques
dus à la présence de la pollution harmonique, l’endommagement des disjoncteurs
ou des condensateurs a ectés par un fort courant harmonique amplifié par la résonance et
l’échau ement des câbles, condensateurs et transformateurs. En comparaison avec la solution
classique contre les perturbations harmoniques, à savoir les filtres de puissance passifs,
le filtre actif de puissance parallèle (FAPP) est une solution qui présente de meilleures performances.
Ce travail de thèse porte sur l’étude et l’analyse du filtre actif parallèle triphasé a structure
de tension à quatre bras (FAP4B), qui assure la compensation de la puissance réactive,
ainsi que la suppression des harmoniques dans les systèmes électriques triphasés à quatre
fils. Afin d’e ectuer le conditionnement susmentionné, ce e thèse propose dans le cas des
tensions du réseau équilibrées et sinusoïdales, un algorithme basé sur la théorie de la puissance
réactive instantanée (PQ) avec un filtre SOGI (Second Order Generalized Integrator)
à la place du filtre passe bas classique LPF (Low pass filter) pour calculer les courants de
référence de compensation afin de contourner l’inconvénient du LPF classique relatif à l’introduction
d’un retard et l’incapacité d’extraire parfaitement les composantes fondamentales
des courants de la charge à la pulsation w = 2 f (problème de déphasage) ce qui ralentit la
réponse dynamique. Dans le cas des tensions du réseau perturbées, ce e thèse propose un
algorithme basé sur la trame de référence synchrone pour la boucle à verrouillage de phase
basée sur le mixage de l’intégrateur généralisé de deuxième et de troisième ordre (Synchronous
Reference Frame-Mixed Second and Third-Order Generalized Integrator-based Phase
Locked Loop SRF-MSTOGI-PLL) pour calculer les courants de référence de compensation et
de contourner les problème de la théorie PQ sous les conditions des tensions du réseau non
idéales. Le modèle mathématique du système de courant du FAP4B, qui se réfère aux courants de compensation, est obtenu dans la trame de référence abc puis, dans la trame de référence
stationnaire dq0, par conséquent, le contrôle du courant du FAP4B est implémenté dans les
axes dq0. Le modèle qui représente le système de la tension, qui est liée à la tension du bus
continu DC du FAP4B, est également modélisée mathématiquement, à partir de ce modèle,
il est possible de concevoir des gains du contrôleur proportionnel intégrale (PI) utilisé pour la
commande de la tension du bus continu du FAP4B, dans ce contexte, ce e thèse présente un
contrôleur robuste basé sur la fonction de Lyapunov pour la régulation de la tension continu
qui ne nécessite pas un modèle mathématique linéaire précis contrairement au contrôleur
PI et perme ant une bonne réponse dynamique avec et sans variation de la charge. Ce e
méthodologie de projet permet d’obtenir des meilleures performances du contrôle du FAP4B.
Afin de valider les analyses théoriques, ainsi que d’évaluer les performances du FAP4B, des
simulations informatiques sont réalisés avec Matlab/Simulink. La contaminación armónica es uno de los principales problemas que deterioran la calidad de la energía eléctrica en los sistemas de distribución eléctrica. Los efectos nocivos
más evidentes de los armónicos son : Mal funcionamiento de ciertos equipos eléctricos debido a la presencia de contaminación armónica, daños en los disyuntores o condensadores
afectados por una fuerte corriente armónica amplificada por resonancia y calentamiento de
cables, condensadores y transformadores. En comparación con la solución clásica contra las
perturbaciones armónicas, es decir, los filtros de potencia pasivos, el filtro de potencia activo
paralelo (FAPP) es una solución con mejores prestaciones.
Este trabajo de tesis se centra en el estudio y análisis del filtro activo paralelo trifásico con
estructura de tensión de cuatro brazos (FAP4B), que proporciona compensación de potencia
reactiva y supresión de armónicos en sistemas eléctricos trifásicos a cuatro hilos. Para llevar
a cabo el acondicionamiento mencionado, esta tesis propone en el caso de las tensiones de
la red equilibradas y sinusoidales, un algoritmo basado en la teoría PQ con un filtro SOGI (
Second Order Generalized Integrator) en lugar del filtro de paso baja clásico LPF, para calcular
las corrientes de referencia de compensación, con el fin de eludir el inconveniente del LPF
clásico relativo a la introducción de un retraso y la incapacidad de extraer perfectamente los
componentes fundamentales de las corrientes de la carga a la pulsación ω = 2πf (problema
de desplazamiento de fase), que ralentiza la respuesta dinámica. En el caso de tensiones de red
perturbadas, esta tesis propone un algoritmo SRF-MSTOGI-PLL de lazo de seguimento de fase
basado en un integrador generalizado de segundo y tercer orden para calcular las corrientes
de referencia de compensación, y evitar los problemas de la teoría PQ en condiciones de
tensiones de red no ideales. El modelo matemático del sistema de corriente FAP4B, que se
refiere a las corrientes de compensación, se obtiene en la referencia abcy luego en la referencia
estacionario αβ0, por lo tanto, el control de corriente FAP4B se implementa en los ejes αβ0.
También se modela matemáticamente el modelo que representa el sistema de tensión, que
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está relacionado con la tensión del bus continuo del FAP4B. A partir de este modelo es posible
diseñar las ganancias del controlador proporcional-integral (PI) utilizado para controlar la
tensión del bus continuo del FAP4B. En este contexto, esta tesis presenta un controlador
robusto basado en la función de Lyapunov para la regulación de la tensión continuo que
no requiere un modelo matemático lineal preciso a diferencia del controlador PI y permite
una buena respuesta dinámica con y sin variación de carga. Esta metodología de proyecto
permite obtener un mejor rendimiento de control del FAP4B. Para validar los análisis teóricos,
así como para evaluar el rendimiento del FAP4B, se realizan simulaciones por ordenador con
Matlab/Simulink