A Novel Approach to Determine Harmonic Distortions in Unbalanced Networks and Harmonic Filter Planning in Industrial Systems

Ce mémoire présente une méthode d'analyse des harmoniques dans un réseau électrique à n phases. Cette méthode est basée sur l'analyse nodale modifiée augmentée (abrégée MANA en anglais). Elle peut être appliquée à des réseaux déséquilibrés avec plusieurs sources d'harmoniques et plusieurs charges déséquilibrées. Il n'y a pas de limites quant à la taille, la structure ou la topologie du réseau étudié. L'algorithme développé ici peut être divisé en deux parties. Une première partie résous l'écoulement de puissance du réseau (load-flow en anglais) pour la fréquence fondamentale. La seconde partie est un calcul en régime permanent (basé sur la MANA) pour les différentes fréquences des harmoniques étudiés. Cette partie permet de calculer la propagation des harmoniques issus des éléments non-linéaires. Les éléments linéaires du réseau sont représentés par un modèle équivalent tandis que les éléments non-linéaires sont représentés par un modèle généralisé de l'équivalent de Norton. L'application de l'analyse nodale modifiée augmentée à l'étude des harmoniques est réalisée ici pour la première fois. Cette méthode est appliquée ici à l'étude des filtres passifs qui réduisent la propagation des harmoniques. L'objectif de ces filtres est de maintenir la tension des harmoniques sous les niveaux présentés dans le standard IEEE 519. Les différents types de filtre et la variation de la fréquence de coupure de ceux-ci sont aussi considérés ici. De plus ce mémoire présente une analyse sur l'emplacement de ces filtres. En raison de la forte capacité de calcul des ordinateurs actuels ainsi que la petite taille des réseaux industriels, une méthode essai erreur est appliquée. Dans cette méthode, toutes les barres pouvant accueillir des filtres sont identifiées puis l'emplacement est déterminé en testant tous les cas possibles. Afin de réduire le nombre de filtres, la méthode proposée a aussi pour objectif de minimiser les coûts d'investissement de ces filtres. Les principaux objectifs de cette étude sont (1) de résumer les modèles harmoniques pour les composants de réseau dans des conditions déséquilibrées, (2) de promulguer la formulation de MANA pour déterminer le courant / les distorsions de tension harmonique -, (3) de discuter des stratégies pratiques afin d'améliorer la compensation réactive des systèmes électriques industriels, tout en réduisant les problèmes de résonance et limitant les problèmes harmoniques. Les modèles et algorithmes ont été testés avec différent systèmes de distribution et industriels. Les résultats montrent que les méthodes sont efficaces et adaptées aux 'analyses harmoniques et à la planification des filtres passifs dans des systèmes électriques de puissance.