وزارة ا ا و ا اMINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE تس- 1 UNIVERSITE FERHAT ABBAS – SETIF-1 UFAS (ALGERIE) Faculté de Technologie Présenté au département d’Electrotechnique Pour l’obtention du diplôme de Magister En Electrotechnique Option : Commande Electrique Par Boubakeur ROUABAH Thème Commande d’un Convertisseur Multicellulaire Pour une Application de Filtrage Actif Soutenu le : 24/06/2012 devant la commission d’examen composée de : Pr : Mohamed MOSTEFAI Président Université de Sétif (UFAS) Pr : Lazhar RAHMANI Rapporteur Université de Sétif (UFAS) Dr : Kamel Eddine HEMSAS Examinateur Université de Sétif (UFAS) Dr : Mohamed Najib HARMAS Examinateur Université de Sétif (UFAS) Sétif 2011-2012
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Commande d'un Convertisseur Multicellulaire Pour une Application ...
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ا ا و ا ا وزارة
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
س ت -1
UNIVERSITE FERHAT ABBAS – SETIF-1
UFAS (ALGERIE)
Faculté de Technologie
Présenté au département d’Electrotechnique
Pour l’obtention du diplôme de
Magister En Electrotechnique
Option : Commande Electrique
Par
Boubakeur ROUABAH
Thème
Commande d’un Convertisseur Multicellulaire Pour une
Application de Filtrage Actif
Soutenu le : 24/06/2012 devant la commission d’examen composée de :
Pr : Mohamed MOSTEFAI Président Université de Sétif (UFAS)
Pr : Lazhar RAHMANI Rapporteur Université de Sétif (UFAS)
Dr : Kamel Eddine HEMSAS Examinateur Université de Sétif (UFAS)
Dr : Mohamed Najib HARMAS Examinateur Université de Sétif (UFAS)
Sétif 2011-2012
Remerciements
Remerciements
Au nom d’Allah, le Tout - Miséricordieux, le Très - Miséricordieux
La louange est à Allah l’unique et la paix et le salut sur celui qui n’a point de messager après lui et
sur sa famille, ses compagnons et tous ceux qui suivent son chemin jusqu’au jour de la résurrection.
Je tiens, tout particulièrement, à exprimer ma profonde gratitude à Monsieur Lazhar RAHMANI
Professeur à l’Université de SETIF, pour ces conseils précieux ainsi que pour la confiance et l’aide
qu’il ma accordé pour mener ce travail à terme.
J’adresse mes sincères remerciements à Monsieur Mohamed MOSTFAI, Professeur à l’Université
de Setif, pour l’honneur qu’il nous a fait en acceptant d’être président du jury.
Je tiens à remercier également :
− Monsieur Mohamed Najib HARMAS, Maitre de Conférences à l’Université de Setif.
− Monsieur Kamel Eddine HEMSAS, Maitre de Conférences à l’Université de Setif
Pour avoir accepté d’examiner ce travail.
Mes remerciements vont aussi à l’ensemble de mes professeurs tout le long de ces années d’études.
Je voudrais aussi remercier tous les membres de ma famille, mes frères et mes chères sœurs.
La représentation d’état matricielle d’un onduleur multicellulaire à trois cellules en filtre actif
est donné par :
Filtrage actif à base des onduleurs multicellulaire Chapitre II
24
B1 C D0 0 00 0 00 0 "11F G1 H !
IJJJJJK <=5&
<=5& 00 <=5&
<=5&1 1
: 1 LMMMMMNGH
! D 00:21 <=51F
II.12
II.6. Dimensionnement des paramètres
Les paramètres qu’il faut estimer, dans la conception du circuit de puissance, afin d’assurer
une commande adéquate et une bonne qualité de filtrage, sont :
• La valeur de tension de référence du bus continu (Vdcref ) .
• La valeur de la capacité de stockage (C)
II.6.1. Système de stockage de l’énergie
Pour les grandes puissances des filtres actifs, on utilise une bobine soumise à des conditions
de refroidissement plus complexe tel que l’utilisation des supraconducteurs, mais pour les petites
et moyennes puissances, l’élément de stockage de l’énergie le plus adapté est une capacité placée
du coté continu de l’onduleur [7] qui a deux tâches essentielles :
• En régime permanent, il maintient la tension du bus continu (Vdc) constante avec des
faibles oscillations.
• Il sert comme élément de stockage d’énergie pour compenser la différence de la
puissance réelle entre la charge et la source lors des périodes transitoires.
En régime permanent, la puissance réelle générée par la source est égale à celle imposée par la
charge ajoutée à une petite quantité de puissance pour compenser les pertes dans le filtre actif.
Donc, la tension du bus continu peut être maintenue constante à sa référence.
II.6.2. Dimensionnement de la tension de référence du bus continu
Le courant fondamental délivré par le filtre est donné par :
O1 1 <=5P1 1P1 Q1 <=51 R II.13
Avec Vf1 indique la composante fondamentale de la tension de sortie du filtre actif
L’énergie réactive délivrée par le filtre est : S1 3<=5O1 II.14
Alors
Filtrage actif à base des onduleurs multicellulaire Chapitre II
25
S1 3<=5 Q 1P1RQ1 <=51R II.15
L’équation II.15 de l’énergie réactive indique que le filtre actif peut compenser l’énergie
réactive si et seulement si Vf1>Vres.
Selon la référence [7] la puissance réactive maximale est obtenue à partir de la dérivée de la
puissance réactive par rapport à la tension du réseau :UV:WXYZ 0 alors:
(S1(<=5 Q31P1RQ1 2<=51 R 0 II.16
Il en résulte que la capacité maximale de compensation du filtre actif se produit à Vf1 =2Vres et
l’énergie maximale
S1[\] 3<=5P1 II.17
<=5 ^ 1 ^ 2<=5 II.18
1√2 (2 II.19
: 2√2`1 II.20
2√2<=5 ^ (2 ^ 4√2<=5 II.21
II.6.3. Dimensionnement de la valeur de la capacité du bus continu
La détermination de la valeur de la capacité du condensateur de stockage d’énergie C peut
être estimée en se basant sur le principe de l’échange instantané de l’énergie nécessaire pour
subvenir à une augmentation ou une diminution d’un échelon de puissance imposé par la charge
(régime transitoire), en appliquant le concept de l’équilibre d’énergie.
Un autre principe réside dans la mitigation des oscillations de la tension du bus continu Vdc
imposées par les harmoniques de la charge non linéaire ou au déséquilibre de celle-ci en régime
permanent, l’aspect déséquilibre s’applique aussi au cas d’une charge linéaire.
Selon la référence [7] l’expression permettant de déduire la valeur du condensateur du bus
continu peut s’écrire :
&: 12P /c∆:: II.22
Avec Snch est la puissance nominale de la charge.
∆Vdc est l’oscillation de la tension de bus continu.
II.7. Régulation de la tension du bus continu
II.7.1. Théorie de la puissance instantanée réactive
Filtrage actif à base des onduleurs multicellulaire Chapitre II
26
Le concept de cette théorie est très commun pour l’extraction des courants/tensions de
référence d’un filtre actif. Elle consiste en une transformation variable, dans le référentiel α-β,
des puissances, courants et tensions instantanés à partir du référentiel a-b-c. elle est introduite
par Akagi [8]. Les équations transformées du 1er plan triphasé au second à coordonnées
diphasées, sont données par [9]
de &# G<=5f<=5<=5$H II.23
de &# B1f11$C II.24
&# g23 IJJK1 12 120 √32 √32 LMM
N II.25
Les puissances active et réactive sont données par [10] : % <=5d1d ! <=5e1e II.26 h% <=5d1e ! <=5e1d II.27
Les puissances active et réactive peuvent être exprimées en composantes AC et DC telle que : % i ! j II.28 h% hi ! hk II.29
Avec: i: Composante DC de p(t) liée au courant actif fondamental conventionnel. j: Composante AC de p(t), dépourvue de valeur moyenne et liée aux courants harmoniques
causés par les composantes AC de la puissance instantanée réelle. hi: Composante DC de q(t) liée à la puissance réactive générée par les composantes
fondamentales des courants et des tensions. hk: Composante AC de q(t) liée aux courants harmoniques causés par les composantes AC de
la puissance instantanée réactive.
L’expression des courants en fonction des puissances instantanées dans le plan α-β est donnée
par:
ldem 1<d ! <e l<d <e<e <dm li ! jhi ! hkm II.30
Maintenant, si on souhaite également compenser la puissance réactive ainsi que les courants
harmoniques générés par les charges non linéaires, le signal de référence du filtre actif parallèle
Filtrage actif à base des onduleurs multicellulaire Chapitre II
27
est donné par :
ld<=1e<=1m 1<d ! <e l<d <e<e <dm lj ∆hi ! hk m II.31
Ou ∆ est la puissance active nécessaire pour garder la tension du bus continu égal Vdcref
Alors
Bf<=1<=1$<=1C g23 IJJJK 1 012 √3212 √32 LM
MMN ld<=1e<=1m II.32
Calcule de ∆n
L’énergie de référence dans le condensateur du bus continu est :
:<=1 12&::<=1 II.33
L’énergie instantanée dans le condensateur est :
o% 12&:: % II.34
L’écart entre L’énergie instantanée et sa référence au régime permanant :
Où f est la fréquence de la tension du réseau électrique
La structure générale de la puissance réactive instantanée seront données dans la figure
suivante (figure II.7):
Filtrage actif à base des onduleurs multicellulaire Chapitre II
28
Figure II.7 Structure de la régulation du bus continu
II.8. Conclusion
Dans ce chapitre nous avons exposé l'intérêt d'intégration des convertisseurs multicellulaires
dans les réseaux électriques comme un filtre actif parallèle de puissance et leur efficacité de
monté en puissance pour la compensation de l'énergie réactive et l'amélioration de la qualité des
formes d'ondes des courants délivrés par le réseau électrique de fiables et moyenne puissance
puis nous avons étudié de façon détaillé son principe de fonctionnement et la modélisation de
l'ensemble: réseau électrique-charge non linéaire-filtre actif parallèle à base de convertisseurs
multicellulaires séries à trois cellules, le but principal de cette structure est de minimiser les
contraintes de tensions sur les semi-conducteurs à l’état bloqué et d’améliorer la qualité de la
tension fournie à la charge.
La modélisation du filtre actif parallèle de puissance avec un onduleur multicellulaire donne
une représentation d’état simple de premier ordre, ce qui facilite l’application des techniques de
commande de l'automatique tell que: la commande à structure variable, commande par
linéarisation exacte, commande directe de Lyapunov.
Pour le réglage de la tension du bus continu à sa valeur de référence et l'extraction des
courants de références pour l'élaboration de la commande interne de notre filtre actif parallèle de
puissance, nous avons utilisé la théorie de la puissance réactive instantanée ainsi un algorithme
qui permet de calculer les courants de référence a été exploité.
Bibliographie
[1]GUILLAUME GATEAU, " Contribution à la commande des convertisseurs statiques
Filtrage actif à base des onduleurs multicellulaire Chapitre II
29
multicellulaires série ", Thèse de doctorat, Institut national polytechnique de Toulouse, 1997.
[2] FRANÇOIS DEFAŸ, " Commande prédictive directe d’un convertisseur multicellulaire
triphasé Pour une application de filtrage actif " Thèse de doctorat 2008 Université de Toulouse.
[3]MARTIN AIME " Évaluation et optimisation de la bande passante des convertisseurs
statiques application aux nouvelles structures multicellulaires" Thèse de doctorat 2003 Institut
national polytechnique de Toulouse.
[4]ALAIN DONZEL " Analyse géométrique et commande active sous observateur d'un onduleur
triphasé à structure multicellulaire série" Thèse de doctorat 2000 Institut national de Gronoble.
[5]REDHA BENSAID " Observateur des tensions aux bornes des capacités flottantes pour les
convertisseurs multicellulaires séries " Thèse de doctorat 2001 Institut national polytechnique de
Toulouse.
[6]ADEL CHOUDER " Contribution à la commande des convertisseurs multicellulaires séries"
mémoire de magister 2010 Université de Sétif.
[7] CHAOUI ABDELMADJID " Filtrage actif triphasé pour charges non linéaires " Thèse de
doctorat 2010 Université de Sétif.
[8]Murat Kale , Engin Ozdemir " Harmonic and reactive power compensation with shunt active
power filter under non-ideal mains voltage " science direct 10.1016/j.epsr.2004.10.014.
[9]Moleykutty George et Kartik Prasad Basu " Three-Phase shunt active power filter " American
Journal of Applied Sciences 2008.
[10] HİND DJEGHLOUD " Filtrage actif de puissance"thèse de doctorat 2007 université de
Constantine.
Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un convertisseur multicellulaire Chapitre III
30
Chapitre III
Commande par Mode Glissant d’un Filtre Actif
à base d’un onduleur Multicellulaire Table des matières III.Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un onduleur multicellulaire .............. 31
III.2.Définition de la commande par mode glissant ...................................................................... 31
III.3.Choix de la surface de glissement ......................................................................................... 32
III.4.Condition d’existence de convergence .................................................................................. 32
III.5.Détermination de la loi de commande ................................................................................... 32
III.6.Application de la commande par mode glissant sur l'onduleur multicellulaire triphasé à trois cellules utilisé dans un système de filtrage de puissance actif ...................................................... 35
III.7.Résultats de Simulation ......................................................................................................... 37
Bibliographie III ............................................................................................................................ 43
Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un convertisseur multicellulaire Chapitre III
31
III. Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un onduleur multicellulaire
III.1. Introduction
Les premiers travaux concernant les systèmes de commande à structure variable en mode de
glissement ont été proposés et élaborés au début des années 50 par Emelyanov[1].
Cependant, ce n’est qu’à partir des années 80 que la commande par mode de glissement des
systèmes à structure variable est devenue intéressante et attractive. Elle est considérée comme
l’une des approches de commande des systèmes non linéaires et des systèmes ayant des modèles
imprécis [2].
Le système à structure variable est un système dynamique et sa structure change selon la
commande, il est considéré comme plusieurs structures indépendants lies par la logique de
commutation [1]. Le système à structure variable peut exploiter les propriétés désirées de chaque
structure, et à cause de la structure du contrôleur utilisé qui peut changer d’une façon discontinue
entre deux ou plusieurs structures, c’est le cas par exemple des circuits de conversion de
puissance ou le système est gouverné par une équation différentielle différente pour chaque
position de l’interrupteur.
L’avantage principal de la commande par mode glissant est la robustesse vis-à-vis les
variations paramétriques, précision importante, stabilité, simplicité et temps de réponse faible
[3][4]. La théorie du mode glissant est utilisée dans les observateurs, entrainements à vitesse
variable des moteurs électriques, régulation des processus chimiques, commande des robots [1].
Dans ce chapitre, nous montrons comment la commande par mode de glissement peut être
appliquée au contrôle de courant d’un filtre actif parallèle avec un onduleur multicellulaire série
à quatre niveaux.
III.2. Définition de la commande par mode glissant
Dans la commande des systèmes à structure variable par mode de glissement la trajectoire
d’état est amenée vers une surface puis à l’aide de la loi de commutation, elle est obligée de
rester au voisinage de cette surface. Cette dernière est appelée surface de glissement et le
mouvement le long de laquelle est appelée mouvement de glissement.
L'objectif de la commande par mode glissant se résume en deux points essentiels:
• Synthétiser une surface S(x), telle que toutes les trajectoires du système obéissent
à un comportement désiré de poursuite, régulation et stabilité.
• Déterminer une loi de commande u (commutations) qui est capable d'attirer toutes
les trajectoires d'état vers la surface de glissement et les maintenir sur cette surface.
La conception de la loi de commande peut être effectuée en trois étapes principales très
Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un convertisseur multicellulaire Chapitre III
32
dépendantes l’une de l’autre:
• Le choix de la surface.
• L’établissement des conditions d’existence de la convergence.
• La détermination de la loi de commande.
III.3. Choix de la surface de glissement
On considère le système dynamique représenté par
III.1
x: est le vecteur d’état.
xref: est le vecteur de référence.
L’erreur est la différence entre le vecteur de référence et le vecteur d’état
Afin d’assurer la convergence d’une variable d’état x vers sa valeur de référence xref, Slotine
propose la forme générale suivante [5]:
III.2
γ: Constante positive et r: est le degré relatif.
III.4. Condition d’existence de convergence
Pour vérifier cette condition on utilise l’approche de Lyapunov.
Il s’agit de choisir une fonction de Lyapunov V (x) > 0 (fonction scalaire positive) pour les
variables d’état du système et de choisir une loi de commande qui fera décroitre cette fonction
(la dérivée de la fonction de Lyapunov est négative).
En définissant par exemple une fonction de Lyapunov pour le système comme suit :
V 12 III.3
En dérivant cette dernière on obtient :
V III.4
Pour que la fonction de Lyapunov décroitre, il suffit d’assurer que sa dérivée soit négative:
0 III.5
III.5. Détermination de la loi de commande
Lorsque le régime glissant est atteint, la dynamique du système est indépendante de la loi de
commande qui n’a pour but que de maintenir les conditions de glissement (l’attractivité de la
surface), c’est pour cette raison que la surface est déterminée indépendamment de la commande.
Maintenant, il reste à déterminer la commande nécessaire pour attirer la trajectoire d’état vers la
surface et ensuite vers son point d’équilibre en maintient les conditions d’existence du mode de
glissement.
Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un convertisseur multicellulaire Chapitre III
33
L’obtention d’un régime de glissement oblige une commande discontinue. La surface de
glissement devrait être attractive des deux cotées. De ce fait, si cette commande discontinue est
indispensable, il n’empêche nullement qu’une partie continue lui soit ajoutée. La partie continue
peut en effet amener à réduire autant que nous voulons l’amplitude de la partie discontinue. En
présence d’une perturbation, la partie discontinue a essentiellement pour but de vérifier les
conditions d’attractivité. Dans ce cas, la structure d’un contrôleur par mode de glissement est
constituée de deux parties, une concernant la linéarisation exacte (ueq) et l’autre la stabilité
(un)[2].
III.6
ueq correspond à la commande proposée par Filipov [5]. Elle sert à maintenir la variable à
contrôler sur la surface de glissement S(x) = 0. La commande équivalente est déduite, en
considérant que la dérivée de la surface est nulle.
La commande discrète un est déterminée pour vérifier la condition de convergence en dépit de
l’imprécision sur les paramètres du modèle du système.
Afin de mettre en évidence le développement précédent, on considère le système d’état (III.1).
On cherche à déterminer l’expression analogique de la commande u.
La dérivée de la surface S(x) est:
III.7
En remplaçant les équations (III.1) et (III.6) dans (III.7), on trouve :
III.8
Durant le mode de glissement et le régime permanent, la surface est nulle, et par conséquent,
sa dérivée et la partie discontinue sont aussi nulles. D’où, on déduit l’expression de la commande
équivalente.
! " !
" III.9
Pour que la commande équivalente puisse prendre une valeur finie, il faut que :
# 0 III.10
Durant le mode de convergence, et en remplaçant la commande équivalente par son
expression dans (III.8), on obtient la nouvelle expression de la dérivée de la surface :
III.11
Et la condition d’attractivité$$ 0 devient :
Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un convertisseur multicellulaire Chapitre III
34
$ 0 III.12
Afin de satisfaire la condition d’attractivité, le signe de un doit être opposé à celui
de$ %&%' . La forme la plus simple que peut prendre la commande discrète est celle d’une
fonction sign.
(')* III.13
Le signe de kx doit être différent de celui de%&%'
La figure III.1 représente la fonction sign.
Figure III.1 représentation de la fonction sign
La commande de tels systèmes par mode de glissement a en générale deux modes de
fonctionnement:
• Le mode non glissant (reaching mode) ou mode d'accès, ou encore mode de
convergence.
• Le mode glissant (sliding mode).
Ainsi la trajectoire de phase partant d'une condition initiale quelconque atteint la surface
de commutation en un temps fini (mode non glissant) puis tend asymptotiquement vers le
point d'équilibre avec une dynamique définie par le mode glissant [2]
Figure III.2 Modes de fonctionnement.
Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un convertisseur multicellulaire Chapitre III
35
III.6. Application de la commande par mode glissant sur l'onduleur multicellulaire
triphasé à trois cellules utilisé dans un système de filtrage de puissance actif
Selon l'équation II.12 dans le deuxième chapitre, la représentation d’état d’un filtre actif de
puissance multicellulaire est sous la forme suivante:
+ III.14
La surface de glissement est donnée par :
III.15
Le vecteur d’état de l’erreur est donné par:
, - . ./ III.16
Pour vérifier la condition de convergence, en choisissant la fonction de Lyapunov comme suit:
0 12 III.17
0 III.18
La dérivée de la surface de glissement
III.19
En remplaçant (III.14) dans (III19)
+ III.20
La commande équivalente est pour que le système glisse sur la surface de commutation où la
dérivée de la surface de glissement est nulle.
121 + 2 III.21
La commande totale u est la somme des deux commandes équivalente et discontinue.
III.22
En remplaçant (III.22) dans (III.21)
III.23
Alors la dérivée de la fonction de Lyapunov est donné par
III.24
Pour la représentation d’état du filtre actif de puissance multicellulaire
Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un convertisseur multicellulaire Chapitre III
36
-3434) /, III.25
!054320543 ) "
, III.26
-./, III.27
7888889)4: )&;
)4: )&; 00 )4: )&;
)4: )&;34< 34 34<
= 34< >?????@ III.28
+ A00 0542< 3&< B, III.29
AC)4: )&; 34< D
C)4: )&; )4: )&; 34 34< D
C)4: )&; 054 34< D.B
III.30
Pour assurer la stabilité selon le théorème de Lyapunov il faut0 0 alors :
)* A C)4: )&; 34< DB III.31
)* A C)4: )&; )4: )&; 34 34< DB III.32
. )* A C)4: )&; 054 34< DB III.33
Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un convertisseur multicellulaire Chapitre III
37
Figure III.3 structure de la commande par mode glissant.
III.7. Résultats de Simulation
Les paramètres de simulation sont donnés dans le tableau suivant:
Vres 180V Rs 1 mΩ Vdc 600V Ls 0.1 µH Rch 40 Ω Lch 0.02 H Lf 0.008 H f 50 Hz C 0.008F
III.7.1. Régime permanant
Les résultats de simulation sont illustrés sur les figures III.4- 10. Le courant de charge ich dans
la figure III.4 est de forme non sinusoïdale, avec un THD égal 23.35% (figure. III.8).
La figure III.5 illustre le courant de filtre i f et sa référence obtenue par la méthode de la
puissance réactive instantanée et la commande par mode glissant sur cette figure on observe un
très bon suivi du courant du filtre à sa référence. L’injection du courant i f dans le réseau permet
Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un convertisseur multicellulaire Chapitre III
38
de rendre le courant réseau ires sinusoïdal (figure III.6) avec un très faible THD de 1.02% comme
le montre la figure. III.9.
La fréquence de commutation obtenue par la commande est variable dans le temps entre 3 et
20KHz comme l'illustre la figure III.7.
Figure III.4 Courant de charge.
Figure III.5 Courants du filtre et de sa référence.
Figure III.6 Courant du réseau.
Figure III.7 Fréquence de commutation.
Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un convertisseur multicellulaire Chapitre III
39
La tension du bus continu et les tensions aux bornes des condensateurs flottants sont
représentées sur la figure III.10. On remarque que après un régime transitoire égal 0.125S, les
tensions du bus continu et aux bornes des capacités flottantes convergent vers leurs valeurs
finales respectivement (600V pour le bus continu E, 400V pour vc2 et 200V pour vc1)
Figure III.8 Spectre du courant de source après filtrage
Figure III.9 Spectre du courant de charge.
Figure III.10 Tension du bus continu et les tensions des condensateurs flottants.
III.7.2. Régime Dynamique
III.7.2.1. Variation de la charge
Pour tester la robustesse de la commande par mode glissant aux variations de la charge. Nous
augmentons la résistance de la charge non linéaire de 40 Ω à 80 Ω puis diminuons à nouveau à
Vdc
Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un convertisseur multicellulaire Chapitre III
40
40Ω.
Les résultats de ce test de robustesse sont représentés sur les figures III.11-13
On remarque sur ces figures que les différents courants i f et ires diminuent lorsque la
résistance de charge augmente, le courant du réseau garde sa forme sinusoïdale.
Figure III.11 Courants du filtre et de sa référence.
Figure III.12 Courant du réseau
Figure III.13 Tension aux bornes du bus continu.
On observe sur la figure III.11 que le courant du filtre suit parfaitement sa valeur de référence
au cours des variations de la charge, ce qui démontre la robustesse de la commande par mode
glissant. La figure III.12 montre que le courant de réseau est sinusoïdal et en phase avec la
tension de réseau aux cours des variations de la charge.
La tension aux bornes du bus continu sur la figure III.13 fait un dépassement de ±4V quand la
charge varie dans les deux sens par augmentation et diminution respectivement puis revient à sa
Vdc(V)
Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un convertisseur multicellulaire Chapitre III
41
valeur de référence 600V au bout de 0.04S.
III.7.2.2. Variation de la tension du bus continu
Pour tester la robustesse de la commande par mode glissant aux variations de la tension du
bus continu. Nous augmentons la tension du bus continu de 600 V à 700 V puis diminuons à
nouveau à 600 V.
Les résultats de ce test de robustesse sont représentés sur les figures III.14-16.
La tension aux bornes du bus continu présente un régime transitoire de 0.05S pour atteindre sa
nouvelle valeur 700 V.
Figure III.14 Tension du bus continu.
Figure III.15 Courants du filtre et de sa référence.
Figure III.16 Courant du réseau.
On remarque que le courant filtre suit parfaitement sa référence lors des variations de la
tension aux bornes du bus continu. Le courant ires présente un dépassement 40 A au bout de
0.03S puis revient à sa forme sinusoïdale.
Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un convertisseur multicellulaire Chapitre III
42
III.7.2.3. Variation de la tension du réseau
Pour tester la robustesse de la commande par mode glissant aux variations de la tension du
réseau. Nous augmentons la tension du réseau de 20% puis diminuons à nouveau à la valeur
initiale.
Les résultats de ce test de robustesse sont représentés sur les figures III.17-20.
Figure III.17 Tension triphasé du réseau.
Figure III.18 Courant du réseau.
Figure III.19 Courants du filtre et de sa référence.
Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un convertisseur multicellulaire Chapitre III
43
Figure III.20 Tension aux bornes du bus continu.
On remarque que le courant filtre suit parfaitement sa référence lors de variation de la tension
du réseau. Le courant ires garde la forme sinusoïdale mais avec une amplitude déférente.
La tension aux bornes du bus continu fait un dépassement de ±3V quand la charge varie dans
les deux sens par augmentation et diminution puis revient à sa valeur de référence 600V au bout
de 0.03S.
III.8. Conclusion
Dans ce chapitre nous avons développé et appliquée la commande par mode glissant sur
l'onduleur multicellulaire triphasé utilisé dans un système de filtrage actif de puissance. Nous
avons utilisé la théorie de la puissance réactive instantanée pour maintenir la tension aux bornes
de la capacité du bus continu et extraire les courants de référence du filtre actif de puissance pour
la boucle de courant.
La commande par mode glissant donne un courant du réseau presque sinusoïdal avec un THD
très faible et une fréquence de commutation des semi-conducteurs variable entre 3et 20KHz.
La robustesse de cette commande est vérifiée par la variation de la résistance de la charge de
100%, la variation de la tension du bus continu de 100 V et la variation de la tension du réseau
de 20%, le courant du réseau reste sinusoïdal, et le courant du filtre suit parfaitement sa
référence.
L’inconvénient principal de la commande par mode glissant est la fréquence de commutation
variable ce qui engendre des chutes ohmiques et par conséquent l'augmentation de la température
des semi-conducteurs.
Bibliographie III
[1] CHRISTOPHER EDWARD, SARAH SPURGEON " Sliding mode control theory and
application " édition de Taylor et francis Ltd 1998.
[2] HOCINE AMIMEUR " Contribution `a la commande d’une machine asynchrone double
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Commande par mode glissant d’un filtre actif à base d’un convertisseur multicellulaire Chapitre III
44
[3]J. FERNANDO SILVA " Sliding mode voltage control in current mode PWM inverters " 0-
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Commande non linéaire d’un filtre actif triphasé à base d’un onduleur multicellulaire Chapitre IV
45
Chapitre IV
Commande non linéaire d’un filtre actif triphasé
à base d’un onduleur multicellulaire Table des matières IV.Commande non linéaire d’un filtre actif triphasé à base d’un onduleur multicellulaire ..... 46
IV.2.3.Application de la commande par linéarisation exacte au filtre actif triphasé à base d’un onduleur multicellulaire à trois cellules ………………………………………………………48
IV.2.4.Boucle de régulation proportionnelle ............................................................................ 49
IV.2.5.Dynamiques du système ................................................................................................ 50
IV.2.6.Résultats de simulation ................................................................................................. 50
Control of multicellular converter applied to an active power filter
The energy requirements related to the quality of the distribution of electric energy require the development of the active power filter for the electrical network. The aim of this work is based on the use of the three cells of the three phase multi-cells converter in each phase, applied to an active power filter. The repartitions of the high input voltage on the all switches of the multi-cells converter give him the propriety to be used in high voltage application. In this work, after modeling of the hall system: Source-multi-cells converter-no linear load, we have developed three techniques controls for the active power filter namely, sliding mode control, exact linearization control and direct Layaponouv method to have a sinusoidal current and in phase with the input voltage and compensates the reactive energy and the application of the instantaneous power to regulate the DC bus voltage. The results obtained from Mathlab/Simulink in steady state and transient and in imbalanced conditions show that the sliding mode control has the superiority in terms of THD and overshot compared to the exact linearization control and direct Layaponouv method. But the two last techniques have the advantage of working in constant switching frequency of 20 KHz compared to the first one where the switching frequency varied largely and remain below 20 KHz. In the last of this work, we have developed an algorithm based on the sequence separation, to control the active power filter in imbalanced conditions of load and input voltage
Keywords: active power filter, multicellular converter, sliding mode control, exact linearization, direct Lyapunov, instantaneous reactive power
Commande d’un convertisseur multicellulaire pour une application de filtrage actif
Les enjeux énergétiques liés à la qualité de la distribution de l’énergie électrique nécessitent le développement des dispositifs de filtrage actif des réseaux électriques. L’objet de ce mémoire repose sur l’utilisation du convertisseur multicellulaire triphasé à 3 cellules de commutations par phase, pour une application de filtrage actif parallèle. Les répartitions des contraintes en tension sur les interrupteurs du convertisseur multicellulaire série lui procurent l’avantages d’être le mieux utilisé dans le domaine des grandes puissances. Dans ce travail, et après modélisation de l’ensemble réseau-multicellulaire-charge non linéaire, nous avons développé trois commandes du FAP à savoir, la commande par mode glissant, la commande par linéarisation exacte et la commande directe de Lyapunov pour le réglage du courant de source à sa forme de référence et compenser l’énergie réactive et l’application de la théorie de la puissance instantanée pour le réglage de la tension aux bornes du bus continu. Les résultats obtenus sous l’environnement Mathlab/Simulink en régime permanant et transitoire et en présence du déséquilibre montent que la commande par MG présente des performances meilleurs en termes de THD et de dépassement comparée à la commande par LE et à la commande DL. Par contre, les deux dernières commandes permettent un fonctionnement à une fréquence de commutation constante de 20KHz comparées à la commande par MG où la fréquence de commutation est variable mais reste inférieur à 20KHz. Pour commander le filtre actif en présence du déséquilibre, nous avons élaboré un algorithme basé sur la méthode de séparation des séquences.