Compensation des courants harmoniques et réactifs par convertisseurs multifonctions

Abstract

Durant les dernieres decennies, la consommation energetique mondiale n’a cesse de croitre. Selon le rapport (Key World Energy Statistics 2017), publie en 2017 par l’IEA (International Energy Agency), la totalite de l’energie consommee a l’echelle mondiale en 2015 est de l’ordre de 13647 Mtep (millions de tonnes equivalent petrole). L’energie non renouvelable en represente 90,3 %, avec la plus grande part de consommation pour le petrole (31,7 %), suivi par le charbon (28,1 %), ensuite le gaz naturel (21,6 %) et finalement le nucleaire (4,9 %). La consommation accrue des energies non renouvelables conduit non seulement a leur epuisement, mais aussi a la pollution de l’environnement et au rechauffement climatique. Par ailleurs, une flambee des prix des energies non renouvelables est observee au fur et a mesure que l’on s’approche de l’echeance de leur epuisement. Cela constitue la raison decisive pour laquelle, dans un futur proche, aussi bien au niveau national qu’international, les reseaux electriques vont evoluer vers l’integration croissante de productions decentralisees d’energie electrique, d’origines solaire ou eolienne, ainsi que de dispositifs de stockage d’energie electrique. C’est pourquoi, actuellement, plusieurs projets pilotes de recherche se focalisent sur le nouveau concept de microreseau. Celui-ci peut etre decrit comme etant un systeme d’energie integre incluant des installations locales de generation d’energie electrique (microturbines, panneaux photovoltaiques, mini-eoliennes, etc.), des charges electriques, des installations de stockage d’energie electrique (batteries, supercondensateurs) et un systeme de supervision et de gestion des flux energetiques. Les microreseaux sont destines a assurer, pour un certain nombre de consommateurs, une generation decentralisee de l’energie electrique et un approvisionnement local d’energie electrique. Le fonctionnement d’un microreseau necessite une gestion intelligente et communicante de l’ensemble de ses constituants en vue d’assurer la disponibilite de l’energie electrique dans un contexte de hausse de demande et avec une offre d’energie decentralisee, intermittente et volatile. Cela a pousse plusieurs chercheurs et universitaires a effectuer des travaux de recherche sur le nouveau concept de microreseau. La problematique traitee dans cet article porte sur l’amelioration de l’efficacite energetique dans un microreseau AC triphase. Elle est motivee par le fait que, de maniere generale, les charges ne beneficient que de la partie « active » de l’energie fournie alors qu’ils consomment aussi une partie « reactive » et « harmonique » de l’energie, ce qui surcharge le microreseau. C’est pour cela qu’il est avantageux de compenser les parties reactive et harmonique de l’energie via des solutions appropriees. Les solutions classiques utilisees a cette fin peuvent etre classees en deux categories, a savoir les solutions passives telles que les batteries de condensateurs ou de filtres passifs et les solutions actives telles que les filtres actifs de puissance. Cela etant dit, de recents travaux de recherche ont montre que la compensation des energies reactives et harmoniques peut etre effectuee avec des convertisseurs multifonctions (CMF) . Ces convertisseurs sont utilises a la base pour faire l’interface entre des sources d’energie renouvelables (SER) et les lignes de transport d’energie electrique d’un microreseau. Leur fonctionnalite peut etre etendue pour realiser des fonctions auxiliaires qui assurent la compensation de la partie harmonique et reactive de l’energie consommee par des charges locales se trouvant a proximite des CMF. La solution a base de CMF s’adapte bien au nouveau concept emergeant de microreseau etant donne que ce dernier est susceptible d’integrer differents systemes reposant sur des SER et presente une structure communicante bidirectionnelle d’informations entre ses differents constituants. Par ailleurs, cette solution est envisageable etant donne que lorsque les tensions au niveau des lignes de distribution d’energie electrique d’un microreseau sont equilibrees et presentent un faible contenu harmonique, la compensation de la partie harmonique et reactive de l’energie consommee par une charge s’effectue essentiellement par la compensation des courants harmoniques et reactifs qu’elle consomme. Les solutions actives standards utilisees pour traiter les courants harmoniques et reactifs presentent les memes topologies que celles des convertisseurs cote reseau (CcR) inclus dans les systemes de generation a base de SER. Ajoute a cela le fonctionnement intermittent ou a puissance reduite de ces systemes de generation, l’extension de la fonctionnalite des CcR vers des CMF assurera une reduction de la consommation d’energie a moindre cout et sans l’ajout de dispositifs additionnels dedies a cette fin. L’utilisation des CMF est egalement motivee par les performances de calcul elevees des nouvelles solutions numeriques qui permettent l’ajout de fonctions auxiliaires complexes sans delais de temps de calcul excessifs. Ainsi, l’article propose a pour principal objectif de faire prendre conscience, aux lecteurs, de l’evolution future des solutions d’amelioration de la qualite d’energie electrique, notamment l’interet de faire contribuer les CMF, integres dans des generations distribuees a base de SER, dans la compensation dynamique des courants harmoniques et reactifs. Bien que ces solutions soient en phase de decollage industriel, les technologies actuelles sont assez matures pour les integrer dans les filieres de production et maitrise de l’energie electrique. Pour cela, les auteurs souhaitent demontrer l’interet economique et energetique offert par les CMF associes a des systemes de generation a base de SER tout en soulignant les defis technologiques qui leur sont associes.