Brevet FR2457029A1 — publié le 19801212

CIRCUIT DE COMMANDE D'UN COMPENSATEUR STATIQUE A THYRIS TORS DE LA PUISSANCE REACTIVE DUE A UNE CHARGE PERTURBA TRICE. La présente invention se rapporte à une disposition permettant la compensation de la puissanceréactive dans les réseaux de distribution d'énergie électrique à courant alternatif et concerne, plus particulièrement, un circuit de commande d'un compensateur statique à thyristors de la puissance réactive introduite par une charge perturbatrice engendrant des variations de tension à caractère aléatoire et rapide. Les fours à arc, notamment, constituent de telles charges perturbatrices puisque, en fonctionnement normal, courts-circuits et ouvertures de circuit se succèdent très rapidement de façon aléatoire. Il en résulte des fluctuations de la tension du réseau qui, avec les appareils d'éclairage, sont très sensibles à l'oeil humain puisqu'elles se produisent essentiellement à des fréquences inférieures à 25 Hertz. Pour réguler cette tension, il est connu d'utiliser un compensateur statique thyristors dont le temps de réponse est nettement inférieur à celui des machines synchrones. Un tel compensateur statique est généralement constitué par une batterie de condensateurs engendrant une puissance réactive donnée et un absorbeur de puissance réactive commandé par des thyristors. Toutefois, pour les perturbations dont la fré quence'est inférieure à 25 Hertz et qui présentent un caractère aléatoire, le circuit de commande des thyristors en mode lent ne permet pas la compensation de la puissance réactive développée de façon rapide. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient à l'aide d'un circuit de commande fonctionnant en mode rapide, se combinant éventuellement avec un circuit de commande conventionnel fonctionnant en mode lent. Selon l'invention, le circuit de commande est constitué par une chaine comportant un capteur de la puissance réactive dans la charge fonctiounant en mode rapide, ce capteur étant en série avec un filtre actif qui, pour les fr6quencesinfe'rieures à 25 Hertz environ, présente un gain sensiblement unitaire et imprime une avance de phase sensiblement égale au retard de phase introduit par l'ensemble constitué par le compensateur statique et ledit capteur à un signal appliqué à un générateur des impulsions de commande des thyristors du compensateur. La fonction de transfert de ce filtre actif est constituée par un rapport de deux polynômes au moins du premier degré ne présentant pas de pôle pour les fréquences inférieures à 25 Hertz. De façon préférée, le numérateur de ce rapport est constitué par un polynôme du troisième degré, tandis que le'dénominateur est constitué par un polynôme du sixième degré, la fonction de transfert présentant quatre pôles simples et deux pôles complexes pour des fréquences supérieures ou égales à 25 Hertz, et ne présentant ni pôle ni zéro pour les fréquences inférieures à 15 Hertz. Les performances du circuit de commande peuvent être améliorées par l'adjonction de régulateurs fonctionnant en mode lent, un circuit sommateur étant alors requis pour attaquer le générateur des impulsions de commande des thyristors du compensateur. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation, à laquelle un dessin est annexé. La figure 1 représente schématiquement le circuit de commande en mode rapide d'un compensateur statique conformément à l'invention, et La figure 2 illustre des perfectionnements pouvant être apportés au circuit de commande de la figure 1. Sur ces figures, un fourc à arc 1 et son dispositif d'alimentation 2 sont représentés schématiquement dans le bloc en traits mixtes 3. L'ensemble est connecté à une ligne 4 de distribution d'énergie électrique à laquelle est également connectée une batterie de filtres 5 destinée à éliminer essentiellement les composantes harmoniques dues à la charge. Ces filtres sont1 par exemple, constitués par des circuits résonnants accordés sur les fréquences harmoniques et/ou par des filtres passe-bas. Le compenstateur statique est constitué par la combinaison d'une batterie de condensateurs 6 dont la puissance est égale à (une fraction déterminée de) la puissance réactive maximale susceptible d'être absorbée par l'installation à compenser et est branchée en parallèle avec celle-ci, et d'un absorbeur 7.de puissance réactive. Habituellement, la batterie 5 de filtres et la batterie 6 de condensateurs ne constituent qu'un seul é1ément, la batterie de condensateurs 6 étant aménagée en filtres. L'absorbeur 7 est, par exemple, constitué, pour chaque phase, par une inductance disposée en série avec deux thyristors montés en parallèle tête-bêche. Naturellement, d'autres dispositions pourraient être adoptées, par exemple une disposition en triangle de trois thyristors seulement, les sommets du triangle étant respectivement reliés aux trois conducteurs de phase à l'aide d'inductances monophasées. De façon classique, les thyristors sont commandés, à l'amorçage, par application sur leur gâchette d'impulsions issues du générateur dtimpulsions 8, et se désamorcent naturellement. Le circuit de commande selon l'invention est constitué par une chaîne comportant un capteur Il de puissance réactive fonctionnant en mode rapide pour l'énergie circulant dans la charge incluant un ou plusieurs fours à arc 1 et les batteries 5 de filtres et 6 de condensateurs. De facon simplifiée, la tension étant identique en tous les points, elle est mesurée directement sur la ligne du réseau 4, tandis que le courant réactif dans la charge est mesuré, selon les lois de Kirchhoff, par différence entre le courant circulant dans la ligne 4 et le courant circulant dans l'absorbeur 7 à l'aide d'un circuit soustracteur 12, dans le but de ne pas multiplier inutilement les capteurs dans le circuit. Le capteur Il est disposé en série avec un filtre actif 13 qui, pour les fréquences inférieures à 25 Hertz, présente un gain sensiblement unitaire et imprime à son signal de sortie une avance de phase sensiblement égale au retard de phase introduit par l'ensemble constitué par le compensateur statique et le eapteur 11.Bien éyidemment, ce retard augmentant avec la fréquence des perturbations, l'avance de phase imprime par le filtre 13 augmente de façon similaire. En référence aux courbes de Bode, la fonction de transfert d'un tel filtre actif 13-est constituée par le rapport de deux polynômes ne présentant pas de pôle pour les fréquences inférieures à 25 Hertz. En effet, ce filtre n'est activé que pour des perturbations sensibles à l'oeil humain, dont la fréquence est inférieure à 25 Hertz et plus particulièrement comprise entre 8 et 10 Hertz. Les perturbations dont la fréquence est supé rieure.ou6gale à 25 Hertz sont, par exemple, prises en compte par les filtres 5. De façon préférée, la fonction de transfert du filtre 13 est constituée par un rapport dont le numérateur est un polynôme du troisième degré et le dénominateur, un polynôme du sixième degré et présente quatre pôles simples et deux complexes pour des fréquences supérieures ou égales à 25 Hertz, tandis quelle ne présente ni zéro ni pôle pour les fréquences inférieures à 15 Hertz. Les signaux issus du filtre actif 13 sont ap pliqués à la borne de commande du générateur d'impulsions 8. La figure 2 illustre des perfectionnements pouvant être apportés au circuit de commande de la figure 1. Les éléments communs aux deux figures portent les mêmes références. En vue d'améliorer les performances en mode lent du circuit de commande, un circuit de régulation 10 fonctionnant en mode lent peut être relié à la sortie d'un capteur 9 de puissance réactive connecté à la ligne du réseau 4, fonctionnant également en mode lent. Le circuit de régulation 10 a pour fonction de réguler la puissance réactive ou bien le cosinus de l'an- gle de phase entre tension et courant dans la ligne. Les signaux issus du filtre actif 13 et ceux issus de ce circuit de régulation 10 sont appliqués respectivement à deux bornes d'entrée d'un circuit sommateur 14 dont la borne de sortie est reliée à la borne de commande du générateur d'impulsions. Dans le même but, à la place ou en combinaison avec le circuit de régulation 10, un circuit de régulation 15 fonctionnant également en mode lent peut être connecté entre la borne de sortie du capteur 11 de la puissance réactive en mode rapide et une borne d'entrée du circuit sommateur 14, de manière à tenir compte de la variation du cosinus moyen de l'angle électrique de la charge en régime permanent. Il peut être prévu, associé à ce circuit de régulation 15, un moyen d'affichage de ce cosinus. En outre, de façon connue, un circuit de li néarisation 16 peut être disposé en série entre le circuit sommateur 14 et le générateur d'impulsions 8. Bien évidemment, toute modification apportée par l'Homme de l'Art dans l'esprit de l'invention ne sortirait pas du cadre de la présente invention. En particulier, le filtre actif peut être réalisé de plusieurs manières selon le nombre d'étages utilisés. En outre, une matrice d'entrée peut être disposée en série à lten- trée du ou des circuits de régulation en mode lent (10, 15) de façon à éviter les déséquilibres entre les phases du réseau 4, et relier ainsi les différents circuits de commande rattachés à chaque phase du réseau. REVENDICATIONS 1.- Circuit de commande d'un compensateur statique à thyristors de la puissance réactive due à une charge perturbatrice introduisant dans le réseau de distribution d'énergie électrique des fluctuations de tension rapides à caractère aléatoire sensibles à l'oeil humain, c'est-à-dire ayant une fréquence inférieure-à 25 Hertz environ, ledit compensateur incluant essentiel lement une batterie de condensateurs et un absorbeur de puissance réactive à thyristors commandés à l'aide d'un générateur d'impulsions, ledit circuit de commande étant caractérisé en ce qu'il comporte un capteur (11) de la puissance réactive dans la charge fonctionnant en mode rapide, en série avec un filtre actif (13)qui, pour les fréquences inférieures à 25 Hertz environ, présente un gain sensiblement unitaire et imprime une avance de phase sensiblement égale au retard de phase introduit par l'ensemble constitué par ledit compensateur statique et ledit capteur à un signal appliqué à la borne de commande dudit générateur d'impulsions(8). 2.- Circuit de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fonction de transfert dudit filtre actif (13) est constituée par un rapport de deux polynômes du premier degré au moins, ladite fonction ne présentant pas de pôles pour les fréquences inférieures à 25 Hertz. 3.- Circuit de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que le numérateur dudit rapport est un polynôme du troisième degré, tandis que le dénominateur est un polynôme du sixième degré, ladite fonction de transfert présentant quatre pôles simples et deux pôles complexes pour les fréquences supérieures ou égales à 15 Hertz et ne présentant ni pôle ni zéro pour les fréquences inférieures à 15 Hertz. 4.- Circuit de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il inclut en outre un circuit sommateur (14) dont une borne d'entrée reçoit le signal de sortie dudit filtre actif (13) et dont la borne de sortie est reliée à la borne de commande dudit générateur d'impulsions. 5.- Circuit de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'unie autre borne d'entrée dudit circuit sommateur (14) est reliée à un circuit de régulation (15) fonctionnant en mode lent, connecté à une borne de sortie dudit capteur (ici) fonctionnant en mode rapide. 6.- Circuit de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une autre borne d'entrée dudit circuit sommateur (14) est reliée à un circuit de régulation (10) en mode lent connecté à la borne de sortie d'un capteur (9) fonctionnant en mode lent de la puissance réactive dans la ligne du réseau (4).