Study of Active Harmonic Filtering System

Abstract

This thesis presents the study and control of a Shunt Active Power Filter (SAPF) for harmonic compensation in electrical power systems supplying nonlinear loads. The widespread use of power electronic devices has led to increased harmonic distortion, resulting in degraded power quality and reduced performance of electrical equipment. The work first introduces the sources and effects of harmonics in power networks, followed by an overview of conventional and advanced mitigation techniques, including passive, active, and hybrid filters, with particular emphasis on the SAPF due to its superior flexibility and performance. The SAPF is modeled as a voltage source inverter connected in parallel with the grid. Its control strategy is based on Direct Current Control (DCC) for reference current generation and a Phase-Locked Loop (PLL) for grid synchronization. PI controllers are used to regulate the DC-link voltage, with their parameters optimized using the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm to enhance dynamic performance. The simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed approach in significantly reducing harmonic distortion, improving source current quality, and enhancing overall power system performance. --------------------------------------------------------------------------- تقدم هذه المذكرة دراسة وتحكم مرشح القدرة الفعال النشط(SAPF) لتعويض التوافقيات في أنظمة القدرة الكهربائية التيتغذي أممالل غير خطية. وقد أدى النتشار الواسع للجهزة اللكترونية القدرة إلى زيادة التشوه التوافقي، مما تسبب فيتدهور جودة الطاقة وانخفاض أداء المعدات الكهربائية. يبدأ العمل بعرض مصادر التوافقيات وتأثيراتها في شبكات القدرة،ثم يقدم لمحة عامة عن تقنيات التخفيف التقليدية والمتقدمة، بما في ذلك المرشحات السلبية والنشطة والهجينة، مع التركيزبشكل خاص على مرشحSAPF نظرال لمرونته العالية وأدائه المتميز. يتم نمذجة مرشحSAPF كمحول مصدر جهدموصول على التوازي مع الشبكة الكهربائية. وتعتمد استراتيجية التحكم على طريقة التحكم بالتيار المباشر(DCC) لتوليدالتيارات المرجعية، إضافة إلى ملقة القفال الطوري(PLL) لمزامنة الشبكة. كما تتستخدم متحكماتPI لتنظيم جهد رابطالتيار المستمر، مع تحسين معاملت هذه المتحكمات باستخدام خوارزمية تحسين سرب الجسيمات(PSO) بهدف تحسينالداء الديناميكي. تتظهر نتائج المحاكاة فعالية النهج المقترح في تقليل التشوه التوافقي بشكل كبير، وتحسين جودة تيارالمصدر، وتعزيز الداء العام لنظام القدرة الكهربائية. --------------------------------------------------------------------------- Ce mémoire présente l’étude et la commande d’un filtre actif parallèle (SAPF) pour la compensation des harmoniques dans les systèmes électriques alimentant des charges non linéaires. L’utilisation massive des dispositifs d’électronique de puissance a entraîné une augmentation des distorsions harmoniques, provoquant une dégradation de la qualité de l’énergie et une réduction des performances des équipements électriques. Le travail commence par la présentation des sources et des effets des harmoniques dans les réseaux électriques, suivie d’un aperçu des techniques de mitigation conventionnelles et avancées, incluant les filtres passifs, actifs et hybrides, avec un accent particulier sur le SAPF en raison de sa grande flexibilité et de ses performances élevées. Le SAPF est modélisé comme un onduleur de tension connecté en parallèle avec le réseau électrique. Sa stratégie de commande repose sur la méthode de contrôle de courant direct (DCC) pour la génération des courants de référence, ainsi que sur une boucle à verrouillage de phase (PLL) pour la synchronisation avec le réseau. Des régulateurs PI sont utilisés pour la régulation de la tension du bus continu, dont les paramètres sont optimisés à l’aide de l’algorithme d’optimisation par essaim de particules (PSO) afin d’améliorer les performances dynamiques. Les résultats de simulation démontrent l’efficacité de l’approche proposée pour réduire significativement les distorsions harmoniques, améliorer la qualité du courant source et renforcer les performances globales du système électrique.