Déséquilibre de tension dans les réseaux riches en DER – Quand l’énergie solaire photovoltaïque est utile et quand elle ne l’est pas
| Réseau | Alimentateur de test BT européen IEEE — 55 charger les bus, 0.416 kV nominal |
| DER intégré | 40 panneaux photovoltaïques monophasés, 2.5 kW chacun — 100 kW total, onduleurs suiveurs de réseau |
| Trois scénarios de charge | Faible, moyen, et déséquilibre de phase élevé - même charge totale, distribution de phase différente |
| Paradoxe clé | L'intégration photovoltaïque a réduit le déséquilibre dans le scénario à déséquilibre moyen mais l'a aggravé dans le scénario à déséquilibre faible. |
| Problème de mesure | Les indices IEEE PVUR1 et PVUR2 peuvent surestimer le VUF d'un facteur 10, ce qui les rend peu fiables pour les réseaux riches en DER. |
| Indice le plus précis | Facteur de déséquilibre CIGRE = reformulation exacte du véritable VUF CEI — en utilisant uniquement les amplitudes de tension de ligne |
| Outil utilisé | Analyse du flux de puissance OpenDSS sur le chargeur de test BT européen IEEE |
| Source | Zabihi, Badesa & Hernández, arXiv:2505.23435, Université Polytechnique de Madrid, Mai 2025 |
01 Contexte — Deux problèmes en un
Alors que les ressources énergétiques distribuées prolifèrent sur les réseaux de distribution basse tension, les ingénieurs chargés de la qualité de l'énergie sont confrontés à deux défis liés mais distincts. Le premier est le problème physique: panneaux photovoltaïques monophasés, Chargeurs EV, et les systèmes de stockage par batterie se connectent de manière inégale entre les trois phases d'un départ de distribution, créer ou modifier un déséquilibre de tension d'une manière que l'analyse de réseau conventionnelle n'avait pas besoin d'anticiper. Le deuxième est le problème de mesure: le portefeuille existant d'indices de déséquilibre de tension - défini par l'IEEE, CEI, NO, et CIGRE au fil des décennies d'élaboration de normes - ne réagissent pas tous de la même manière aux écarts d'angle de phase introduits par le DER, et certains peuvent donner des lectures trompeuses ou petites en fonction des conditions du réseau..
Cette étude de cas présente les conclusions d'une 2025 étude de Zabihi, Badesa, et Hernández à l'Université Polytechnique de Madrid (UPM), qui a étudié les deux problèmes simultanément sur le dispositif d'alimentation de test européen LV IEEE - un système à 55 bus, 0.416 Réseau kV représentant une configuration européenne réaliste de distribution basse tension. Les deux principales conclusions de l’étude sont: d'abord, que l'intégration photovoltaïque peut aggraver ou améliorer le déséquilibre de tension en fonction de la répartition de la charge de base; et deuxième, que les indices IEEE PVUR1 et PVUR2 couramment utilisés peuvent surestimer le véritable VUF d'un facteur de 10 × ou plus, ce qui les rend peu fiables en tant qu'outils de planification pour les réseaux riches en DER.[1]
Utilities planning DER integration on LV feeders routinely use simplified voltage unbalance indices to assess compliance with the 2% VUF limit. If the index being used can overestimate the true VUF by 10×, a feeder that is actually compliant may appear non-compliant — triggering expensive mitigation that is not needed. Inversement, if the index underestimates VUF (as LVUR does in certain scenarios), a non-compliant feeder may appear to pass. The choice of measurement index is not a technical detail — it directly affects investment decisions that can run to millions of dollars per feeder.
02 The Measurement Index Problem
Five voltage unbalance indices are in current use by different standards organisations. They differ fundamentally in what they measure, how they measure it, et avec quelle précision ils se rapprochent du véritable facteur de déséquilibre de tension dans des conditions réelles de réseau:[1]
| Index | Standard | Input required | Précision vs. VUF (1–2% range) | Phase angle included? |
|---|---|---|---|---|
| VUF (vrai) | CEI / IEEE 1159 | Phase voltage magnitudes + angles | Référence (1.000) | Oui |
| CIGRE | CIGRE | Line voltage magnitudes only | Exact (1.000) | Oui (implicitly) |
| LVUR | NO | Line voltage magnitudes only | 0.866 - 1.005 | Partially |
| PVUR1 | IEEE Std 141 | Phase voltage magnitudes only | 0 – 10.7× | Aucun |
| PVUR2 | IEEE Std 112 / 936 | Phase voltage magnitudes only | 0 – 16.1× | Aucun |
Both PVUR1 and PVUR2 use only phase voltage magnitudes — they completely ignore phase angle deviations. In a conventional balanced network with symmetrical loads, phase angle deviations are small and this simplification introduces only minor error. But single-phase PV panels, single-phase EV chargers, et les charges monophasées inégalement réparties créent toutes des écarts d'angle de phase dont l'amplitude est comparable aux écarts d'amplitude de tension.. Dans ce régime, PVUR1 et PVUR2 peuvent renvoyer des valeurs d'un ordre de grandeur différent du véritable VUF - dans les deux sens. L'utilisation de ces indices pour évaluer la conformité de l'intégration DER constitue une faute professionnelle d'ingénierie..
03 Trois scénarios de déséquilibre – même charge, Distribution de phases différentes
L'étude a utilisé trois scénarios de charge sur le dispositif d'alimentation de test LV européen IEEE, chacun avec approximativement la même charge totale. (~160-170 kW) mais avec des répartitions différentes sur les trois phases, créer faible, moyen, et déséquilibre de tension initial élevé:[1]
| Scénario | Partage de charge phase A | Partage de charge phase B | Partage de charge phase C | VUF maximum (avant PV) | VUF moyenne (avant PV) |
|---|---|---|---|---|---|
| I — Faible balourd | 31.7% | 39.5% | 28.8% | 0.982% | 0.787% |
| II — Balourd moyen | 22.2% | 31.5% | 45.3% | 1.625% | 1.255% |
| III — Balourd élevé | 22.1% | 59.3% | 18.6% | 2.081% | 1.558% |
Scénario III avec un VUF maximum de 2.081% dépasse déjà la norme EN 50160 limite de planification de 2% avant qu'un DER ne soit ajouté. Les scénarios I et II sont dans les limites. La question abordée par l’étude est: qu'arrive-t-il à ces niveaux de déséquilibre lorsque 40 des panneaux photovoltaïques monophasés sont ajoutés au réseau?
04 Intégration photovoltaïque – Un résultat contre-intuitif
40 panneaux photovoltaïques monophasés à 2.5 kW chacun — 100 kW total, type suivant le réseau - ont été ajoutés au départ de test européen BT IEEE et le déséquilibre de tension a été recalculé pour les trois scénarios. Les résultats étaient contre-intuitifs:[1]
| Scénario | VUF moyenne avant PV | VUF moyenne après PV | Changement | Effet |
|---|---|---|---|---|
| I — Faible balourd | 0.787% | 0.963% | +22% | Aggravé |
| II — Balourd moyen | 1.255% | 0.702% | −44% | Amélioré |
| III — Balourd élevé | 1.558% | 1.484% | −5% | Marginal |
Le résultat contre-intuitif du scénario I se produit parce que le 40 les panneaux photovoltaïques monophasés sont répartis sur les trois phases indépendamment de la répartition de la charge. Dans le scénario I, la charge est déjà raisonnablement équilibrée (31.7/39.5/28.8%). Ajout 100 Le kW de production qui est lui-même inégalement réparti entre les phases introduit une nouvelle source d'asymétrie - la répartition des phases de production - qui ajoute plutôt qu'annule le déséquilibre de charge existant.. Dans le scénario II, la charge est considérablement asymétrique (22.2/31.5/45.3%), et la distribution des phases PV injecte plus de production dans la phase surchargée, compensant partiellement le déséquilibre existant. L'effet net dépend entièrement de la façon dont la distribution des phases photovoltaïques correspond à l'inverse de la distribution des phases de charge — un paramètre que les services publics contrôlent rarement dans les processus d'approbation des connexions résidentielles..
05 Perspective de la qualité de l'énergie
Cette étude fournit deux résultats qui devraient directement changer la manière dont les services publics abordent la planification de l'intégration du DER.. La première – selon laquelle le photovoltaïque peut aggraver le déséquilibre de tension dans des lignes d'alimentation déjà équilibrées – renverse l'hypothèse courante selon laquelle la production distribuée est neutre ou bénéfique pour déséquilibrer.. La seconde – à savoir que les indices IEEE PVUR1 et PVUR2 ne sont pas fiables dans les réseaux riches en DER – a des implications immédiates pour tout service public utilisant encore ces indices pour l'évaluation de la conformité des lignes d'alimentation BT..
Le résultat de l’indice de mesure est le plus immédiatement exploitable. PVUR1 et PVUR2 sont largement utilisés dans la pratique des services publics nord-américains car ils ne nécessitent que des mesures d'amplitude de tension - facilement disponibles à partir des compteurs existants.. L'indice CIGRE et le véritable VUF CEI nécessitent soit une mesure de phaseur (pour VUF) ou calculs de tension ligne à ligne (pour CIGRÉ), both of which are available from modern power quality instruments but not from standard energy meters. The practical consequence is that utilities using PVUR indices to assess DER integration compliance may be making the wrong decisions — either blocking compliant connections or approving non-compliant ones — based on a measurement artefact rather than a real physical condition.
This study formalises what experienced PQ engineers have known informally for years: the choice of voltage unbalance index matters, and it matters more in DER-rich environments than in conventional networks. Du point de vue de l'ingénierie PQ des services publics, la bonne approche pour l'évaluation du déséquilibre des lignes BT dans les scénarios à DER élevé consiste à utiliser l'indice CIGRE - il est accessible par ordinateur (nécessite uniquement des amplitudes de tension de ligne, disponible à partir de n’importe quel instrument PQ de classe A), mathématiquement exact (résultat identique au vrai VUF), et évite l'exigence de mesure d'angle de phase qui rend la définition CEI difficile à mettre en œuvre dans les déploiements de surveillance standard. Le fait que le CIGRE n’ait pas été adopté dans les normes nord-américaines est un accident historique, ce n'est pas le reflet de sa valeur technique.
Références
- Zabihi A., Village L, Hernández A. “Évaluation des mesures de déséquilibre de tension dans les réseaux de distribution à forte pénétration du DER.” arXiv:2505.23435, Université Polytechnique de Madrid (UPM), Mai 2025. Disponible: arxiv.org/abs/2505.23435
- EN 50160:2010+A3:2019. Caractéristiques de tension de l'électricité fournie par les réseaux publics d'électricité. CENELEC, Bruxelles.
- IEEE Std 1159-2019. Pratique recommandée par l'IEEE pour la surveillance de la qualité de l'énergie électrique. IEEE, New York, NY, 2019.
- CEI 61000-4-30:2015+AMD1:2021. Compatibilité électromagnétique — Partie 4-30: méthodes de mesure de la qualité de l'alimentation. CEI, Genève.
- NON MG-1-2021. Moteurs et générateurs. Association nationale des fabricants d'électricité, Rosslyn, Virginie.
Zabihi A., Village L, Hernández A. “Évaluation des mesures de déséquilibre de tension dans les réseaux de distribution à forte pénétration du DER.” arXiv:2505.23435, Université Polytechnique de Madrid, Mai 2025.
Voir sur arXiv → — Accès libre, aucune restriction de licence sur l'utilisation académique.
Cette étude de cas est présentée sous forme de résumé et de commentaire à des fins pédagogiques.. La section Perspective PQ (Section 5) et les diagrammes SVG sont un contenu éditorial IPQDF original de Denis Ruest, M.Sc.. (Appliqué), P.Eng. (ret.). IPQDF ne revendique pas la paternité de la recherche originale.