Chargeurs de véhicules électriques et qualité de l’énergie résidentielle – Une étude de terrain de deux semaines
| Site | Copropriété résidentielle — Bangkok, Thaïlande |
| Durée de mesure | Deux semaines de mesures continues sur le terrain |
| Type de chargeur de VE | Niveau monophasé 2 Chargeurs CA (modèle d'utilisation dominant) |
| Déséquilibre de tension | Moyenne 0.535% · Culminer 2.18% pendant la charge active |
| THD actuel pendant la charge | 15–20 % – augmentation significative par rapport à la référence |
| Courant neutre | Important – entraîné par la dominance de la charge monophasée |
| État des infrastructures | Rénové – non conçu à l'origine pour les charges de recharge de véhicules électriques |
| Constatation clé | La recharge monophasée des VE crée un déséquilibre de phase et une injection d'harmoniques que le câblage résidentiel existant n'a pas été conçu pour gérer |
01 Contexte et contexte
L’adoption des véhicules électriques s’accélère à l’échelle mondiale, et cela s'accompagne d'un ensemble de défis en matière de qualité de l'énergie pour lesquels la plupart des infrastructures de distribution résidentielles n'ont jamais été conçues.. Cette étude de terrain réalisée par Ngaopitakkul (2025) à l'Université Chulalongkorn examine l'impact PQ du déploiement de chargeurs EV dans un véritable condominium résidentiel à Bangkok, Thaïlande – une ville où l’adoption rapide des véhicules électriques dépasse la mise à niveau des infrastructures électriques.[1]
L'étude est particulièrement pertinente car elle aborde le scénario réel le plus courant.: infrastructure résidentielle rénovée avec niveau monophasé 2 Chargeurs AC installés dans des places de parking individuelles ou des garages, sans gestion coordonnée des charges. Il ne s'agit pas d'une installation spécialement conçue pour les véhicules électriques, dotée d'une charge triphasée équilibrée et d'un contrôle intelligent de la charge. Il s'agit du système électrique existant d'un immeuble résidentiel à plusieurs logements confronté à une nouvelle génération de charges non linéaires de haute puissance qui n'étaient pas prévues dans la conception originale..
Le défi que les chargeurs de véhicules électriques présentent aux réseaux de distribution est différent des problèmes d'harmoniques industriels qui dominent la plupart des publications PQ.. Les sources d’harmoniques industrielles sont concentrées, prévisible, et souvent soumis à des études de raccordement aux services publics. Des chargeurs de véhicules électriques résidentiels sont distribués, stochastique, et connectés au réseau basse tension à des points qui n'ont jamais été conçus pour absorber des charges harmoniques ou déséquilibrées importantes. Un ingénieur de services publics planifiant des mises à niveau de distribution a besoin de données de terrain provenant exactement de ce type de paramètre..
02 Méthodologie de mesure
Une campagne de mesure continue sur le terrain de deux semaines a été menée au niveau du tableau de distribution électrique de la copropriété.. La durée de la mesure est importante: Le comportement de recharge des véhicules électriques varie selon l’heure de la journée, jour de la semaine, et les modèles de résidents individuels. Un ensemble de données sur deux semaines capture la variabilité qu'une mesure sur une seule journée ou un seul événement manquerait, et fournit une caractérisation statistiquement significative de l'impact PQ dans des conditions d'utilisation réalistes.[1]
Les paramètres suivants ont été mesurés et analysés:
- Profils de charge — demande actuelle par rapport au temps, révélant des modèles de charge
- Formes d'onde de courant et de tension — valeurs RMS triphasées et capture de forme d'onde pendant les événements de charge
- Symétrie des phases — répartition de la charge de charge sur les trois phases
- Distorsion harmonique — analyse THD actuelle pendant la charge active et au départ
- Déséquilibre de tension — quantifié à l'aide de la méthode de l'écart maximal (NON définition): écart maximal de toute tension de phase par rapport à la moyenne triphasée, divisé par la moyenne
- Courant neutre — amplitude et forme d'onde pendant les événements de charge
Cette étude a utilisé la méthode de déviation maximale NEMA pour le déséquilibre de tension., qui nécessite uniquement des amplitudes de tension de phase. La méthode des composants symétriques CEI (rapport entre la tension inverse et la tension directe) est plus rigoureux mais nécessite des mesures de phaseur. Pour les petits balourds inférieurs à environ 3%, les deux méthodes donnent des résultats numériques similaires. Le déséquilibre maximal de 2.18% rapporté dans cette étude serait proche de l’EN 50160 limite de 2% quelle que soit la définition, ce qui rend la conclusion pertinente à la fois pour les pratiques nord-américaines et celles de la CEI.[2]
03 Principales conclusions
Paramètres PQ mesurés
| Paramètre | Référence (pas de recharge) | Pendant la recharge active d’un véhicule électrique | Limite standard | Statut |
|---|---|---|---|---|
| DHT actuel | Faible – référence résidentielle normale | 15–20% | IEEE 519: 5–8% TDD et BT PCC | ÉLEVÉ |
| Déséquilibre de tension (moyenne) | Ci-dessous 0.5% | 0.535% moyenne | EN 50160: ≤ 2% (95% de la semaine) | Dans la limite |
| Déséquilibre de tension (pic) | Ci-dessous 0.5% | 2.18% pic | EN 50160: ≤ 2% (95% de la semaine) | À LA LIMITE |
| Courant neutre | Faible | Significativement élevé | Pas directement limité — risque de dimensionnement | MONITEUR |
| Symétrie de chargement de phase | À peu près équilibré | Monophasé dominant | Chargement équilibré supposé dans la conception | DÉSÉQUILIBRÉ |
| Source: Ngaopitakkul (2025).[1] Mesure sur le terrain sur deux semaines, Copropriété à Bangkok. Déséquilibre de tension par méthode de déviation maximale NEMA. | ||||
La charge monophasée domine – la racine du problème de déséquilibre
Le résultat comportemental le plus significatif est que la recharge monophasée domine complètement les modèles d'utilisation observés.. Les résidents ont utilisé le niveau monophasé 2 Chargeurs CA, connecté à la phase par laquelle leur espace de stationnement était desservi – sans aucune coordination entre les phases. Le résultat est une charge très déséquilibrée qui varie en fonction du nombre de résidents qui facturent simultanément et de la phase sur laquelle ils se trouvent..[1]
Il ne s'agit pas d'une limitation technologique des chargeurs de véhicules électriques : des chargeurs triphasés existent et répartiraient la charge de manière symétrique.. C’est une conséquence de la manière dont la recharge résidentielle des véhicules électriques est déployée dans la pratique.: unités individuelles, chargeurs individuels, pas de coordination au niveau du système, connecté à n'importe quelle branche monophasée disponible au niveau du parking.
L’infrastructure électrique de la copropriété n’a pas été conçue à l’origine pour les charges de recharge des véhicules électriques. Dans les bâtiments rénovés, les effets de la recharge des véhicules électriques sont souvent exacerbés par les limitations de conception: conducteurs neutres dimensionnés pour la charge pré-VE, tableaux de distribution sans capacité disponible, et des parcours de câblage qui n'ont pas été conçus pour la combinaison d'une amplitude de courant élevée et d'un contenu harmonique important. Un bâtiment conçu aujourd’hui en pensant à la recharge des véhicules électriques aurait une architecture électrique fondamentalement différente : des chargeurs triphasés, systèmes de recharge gérés, neutres surdimensionnés, et une évaluation de la capacité de distribution qui inclut la charge des VE dès le départ.
04 Analyse technique
Chargeurs EV comme charges non linéaires
Les chargeurs embarqués pour véhicules électriques utilisent une conversion de puissance à découpage : l'alimentation CA est redressée puis régulée par un convertisseur à découpage haute fréquence pour fournir le courant CC requis à la batterie.. Cela fait du chargeur EV une charge non linéaire qui consomme du courant par impulsions plutôt que par sinusoïde., injecter des courants harmoniques dans le réseau d'alimentation. Les ordres harmoniques dominants dépendent de la topologie du convertisseur, mais troisième, cinquième, et les septièmes harmoniques sont typiques des chargeurs monophasés.[1]
Les valeurs THD actuelles de 15 à 20 % mesurées pendant la charge sont cohérentes avec les données publiées pour le niveau résidentiel. 2 Chargeurs AC sans correction active du facteur de puissance. Les chargeurs modernes dotés de circuits PFC frontaux actifs peuvent atteindre un THD inférieur 5%, mais ceux-ci ne sont pas déployés uniformément dans la population résidentielle existante de recharge de véhicules électriques..
Déséquilibre de phase - la conséquence du courant neutre
Lorsque les charges monophasées dominent sur une ou deux phases, le système triphasé devient déséquilibré. Dans un système à quatre fils, le conducteur neutre transporte la somme vectorielle des courants triphasés - qui dans des conditions sinusoïdales équilibrées est nulle. Dans les conditions de charge déséquilibrées des véhicules électriques monophasés observées dans cette étude, le courant neutre est devenu important, créer une charge thermique sur un conducteur dimensionné pour un courant beaucoup plus faible. Il s'agit du mécanisme identique à la surcharge neutre harmonique triple discutée dans les études de cas PQ hospitalières - cause profonde différente, même conséquence pour le conducteur neutre.
Déséquilibre de tension – pic à EN 50160 limite
Le déséquilibre de tension moyen de 0.535% est bien dans la norme EN 50160 limite de 2%. Cependant, le sommet de 2.18% lors d'événements de charge simultanés sur la même phase, s'approche et dépasse momentanément la limite. Pour l'ingénieur des services publics, c'est important: EN 50160 la conformité est évaluée comme une statistique du 95e percentile sur une période d'observation d'une semaine — un seul événement de pointe au cours d'une soirée ne constitue pas en soi une non-conformité. Mais cela indique qu’à mesure que la pénétration des véhicules électriques augmente dans le bâtiment, le déséquilibre maximal augmentera proportionnellement, et la distribution statistique se déplacera vers la limite.
Une seule copropriété avec une douzaine de bornes de recharge pour véhicules électriques produit un pic de déséquilibre proche de l'EN 50160 limite. Un départ de distribution desservant dix de ces bâtiments – ce qui est un scénario réaliste à court terme dans toute zone urbaine avec adoption active des VE – pourrait produire un déséquilibre soutenu qui dépasse la limite au niveau du départ BT sans qu'aucun bâtiment individuel ne viole ses conditions de connexion.. Il s'agit d'un problème de planification PQ au niveau du réseau qui nécessite une surveillance au niveau des lignes d'alimentation., pas seulement au niveau des branchements clients individuels.
05 Recommandations
L'étude identifie les mesures techniques suivantes pour les systèmes résidentiels prêts pour les véhicules électriques:[1]
- Chargeurs triphasés pour véhicules électriques — répartir le courant de charge de manière symétrique sur les trois phases, éliminer le problème de déséquilibre monophasé à la source. Convient aux nouvelles installations et aux rénovations majeures
- Gestion coordonnée des charges (chargement intelligent) — contrôler les horaires de charge pour éviter une demande de pointe simultanée sur la même phase, réduire le courant de pointe, et permettre la gestion du temps d'utilisation. Nécessite un système de gestion de l’énergie du bâtiment et une capacité de communication avec le chargeur
- Planification de l'affectation des phases — pour les installations de chargeurs monophasés, attribuer délibérément des chargeurs à des phases alternées dans tout le bâtiment pour équilibrer la charge. Nécessite un inventaire des affectations de phases sur toutes les places de stationnement
- Évaluation du conducteur neutre — revoir et augmenter la taille des conducteurs neutres là où les charges de recharge monophasées des véhicules électriques sont concentrées. Le conducteur neutre d'un bâtiment pré-VE a été dimensionné pour une hypothèse de charge équilibrée qui n'est plus valable
- Filtrage actif des harmoniques — si le parc de chargeurs ne peut pas être remplacé par des unités équipées de PFC, un filtre d'harmoniques actif central au niveau du panneau de distribution peut réduire le THD à des niveaux acceptables
- Etude de capacité de distribution avant déploiement — tout bâtiment résidentiel ajoutant une borne de recharge pour véhicules électriques doit réaliser une étude de flux de charge et d'impact PQ avant d'installer des bornes de recharge, pas après l'apparition des problèmes
Avant toute dépense en capital, l'atténuation la plus immédiate et la plus gratuite est la planification de l'affectation des phases. Vérifier quelles places de stationnement sont desservies par quelle phase et attribuer délibérément de nouvelles connexions de chargeur de VE à la phase la moins chargée ne coûte rien et réduit directement le déséquilibre de pointe.. Cela ne résoudra pas le problème des harmoniques, mais il s'attaque à la cause dominante de la surcharge du courant neutre et du déséquilibre de tension, sans coût d'investissement..
06 Perspective de la qualité de l'énergie
Cette étude de cas représente une classe de problèmes PQ dont la fréquence et la gravité ne feront qu'augmenter au cours de la prochaine décennie.: la modernisation de nouvelles charges non linéaires de haute puissance sur une infrastructure de distribution conçue pour un profil de charge complètement différent. Chargeurs EV, pompes à chaleur, et les systèmes de stockage par batterie sont tous connectés à des bâtiments résidentiels et commerciaux dont les systèmes électriques ont été conçus pour l'éclairage à incandescence., chauffage résistif, et charges de moteur linéaires.
Du point de vue de la planification de la distribution des services publics, la découverte la plus importante de cette étude ne concerne pas les numéros de bâtiments individuels : 15 à 20 % de THD, 2.18% déséquilibre maximal. Ceux-ci sont gérables à l’échelle d’un seul bâtiment. La préoccupation de la planification est l'ensemble: lorsqu'une fraction importante des maisons et des copropriétés raccordées à la même ligne d'alimentation BT déploient des chargeurs de VE monophasés avec une charge non coordonnée, le déséquilibre au niveau du départ et la distorsion harmonique peuvent atteindre des niveaux qui affectent tous les clients du départ, pas seulement les bâtiments de recharge des véhicules électriques.
Les ingénieurs des services publics qui ont passé leur carrière à gérer les harmoniques des charges industrielles et les transitoires de commutation de condensateurs des lignes de distribution sont désormais confrontés à un système distribué., version à l'échelle résidentielle du même problème - amplifiée par la rapidité d'adoption des véhicules électriques et l'absence de compteurs visibles par le service public au niveau des chargeurs individuels. La boîte à outils PQ des utilitaires traditionnels – mesures PCC, IEEE 519 études de conformité, spécifications de filtre d'harmoniques pour les grands clients industriels - n'a pas été conçu pour des millions de 7 kW de charges résidentielles réparties sur le réseau BT. Nouvelles stratégies de surveillance, nouveaux outils de planification, et de nouvelles conditions de connexion pour la recharge résidentielle des véhicules électriques sont toutes en cours de développement. Cette étude de terrain réalisée à Bangkok n'est qu'un point de données dans un ensemble de données que l'industrie doit construire de toute urgence..
Références
- Ngaopitakkul A. “Évaluation des effets des chargeurs de véhicules électriques sur l'infrastructure électrique résidentielle.” Sciences appliquées, vol. 15, pas. 11, p. 5997, 2025. DOI: 10.3390/application15115997. Accès libre sous CC BY 3.0.
- EN 50160:2010+A3:2019. Caractéristiques de tension de l'électricité fournie par les réseaux publics d'électricité. CENELEC, Bruxelles.
- IEEE Std 519-2022. Norme IEEE pour le contrôle des harmoniques dans les systèmes d'alimentation électrique. IEEE, New York, NY, 2022.
- NON MG-1-2021. Moteurs et générateurs — Définition du déséquilibre de tension. Association nationale des fabricants d'électricité, Rosslyn, Virginie.
Ngaopitakkul A. “Évaluation des effets des chargeurs de véhicules électriques sur l'infrastructure électrique résidentielle.” Sciences appliquées, 15(11), 5997, 2025.
DOI: 10.3390/application15115997 · Lire l'article original sur MDPI →
Publié en libre accès sous CC BY 3.0. Cette étude de cas est présentée sous forme de synthèse et de commentaire.. La section Perspective PQ (Section 6) est le commentaire éditorial original de l'IPQDF par Denis Ruest, M.Sc.. (Appliqué), P.Eng. (ret.). IPQDF ne revendique pas la paternité de la recherche originale.