Etude harmonique basée sur les normes CEI | International Power Quality Forum de discussion

Cette approche, fondamentalement utilisé en Europe, Asie, et bien d'autres régions, diffère de la méthode IEEE par sa structure normative, notamment concernant les techniques de mesure et le regroupement spectral .

1. Cadre normatif et principes fondamentaux de la CEI

Contrairement à l'approche IEEE, qui se concentre sur les limites au point de connexion, l'architecture CEI est modulaire. Il distingue clairement les méthodes de mesure, limites d'émission des équipements, et techniques d'analyse de réseau.

1.1 La structure de la CEI 61000 Série

Pour une étude harmonique complète, vous devez comprendre l'interaction entre plusieurs normes:

CEI 61000-4-7: C'est le cœur technique de votre étude. Il définit la mesure “boîte à outils”: comment instrumenter, échantillon, et traiter les signaux pour les harmoniques et les interharmoniques jusqu'à 9 kHz .
CEI 61000-4-30: Ceci définit les classes de performances des instruments de mesure (Classe A pour les études avancées, garantissant la plus grande précision) .
CEI 61000-3-2 / -3-12: Ceux-ci fixent les limites d'émission de courants harmoniques pour les équipements individuels. (≤16A et >16A par phase, respectivement) .
CEI TR 61000-3-6 / -3-7: Rapports techniques (non normatif mais faisant autorité) fournir des principes pour déterminer les limites de raccordement des installations déformantes en MT, HT, et réseaux THT.

1.2 Définitions clés selon la CEI 61000-4-7

La CEI introduit des concepts spécifiques pour gérer la nature non stationnaire des harmoniques:

Composante spectrale (Ci): La valeur RMS de la transformée de Fourier discrète (TFD) sortie pour une fréquence donnée (5 Résolution Hz) .
Sous-groupe harmonique (HG): Pour lutter contre les effets de fuite spectrale, la raie harmonique exacte est regroupée avec les deux raies spectrales immédiatement adjacentes. Cette valeur est utilisée pour les comparaisons avec les limites .
Sous-groupe interharmonique (IG): Le regroupement des composantes spectrales situées entre harmoniques consécutives .

Axe de fréquence — 5 Bacs Hz (10-fenêtre de cycle, 50 Système Hz)

$$G_{sg,h} = \sqrt{\somme_{je=-1}^{+1} C^2_{n \cdot h + i}}$$

Sous-groupe harmonique HG

$$G_{isg,h} = \sqrt{\somme_{je = 2}^{N-1} C^2_{n \cdot h + i}}$$

Sous-groupe interharmonique IG(N = 10, donc je = 2..9, 8 bacs)

$$G_{sg,h+1} = \sqrt{\somme_{je=-1}^{+1} C^2_{n(h+1) + i}}$$

Sous-groupe harmonique HG (h+1)

Sous-groupe harmonique (HG) — bac harmonique ± 1 voisin Sous-groupe interharmonique (IG) - 8 bacs entre harmoniques

Figure 1: Regroupement harmonique et interharmonique selon CEI

Note technique: Le sous-groupe harmonique d'ordre n (HG_n) est la racine carrée de la somme des carrés de la raie harmonique n et des deux raies spectrales adjacentes. Cette méthode réduit l'incertitude due aux fluctuations de fréquence fondamentale .

2. Acquisition et modélisation de données

La précision d'une étude basée sur la CEI repose sur le strict respect des paramètres de mesure et sur la caractérisation détaillée de la source..

2.1 Données du réseau et point de connexion

Impédance du réseau: Contrairement à l'approche américaine, qui utilise souvent le rapport de court-circuit, l'approche européenne (aligné sur des guides comme le G5/4 ou le G5/5 du Royaume-Uni) nécessite souvent une impédance harmonique. Idéalement, le gestionnaire de réseau fournitlieux d'impédance en fonction de la fréquence .
Distorsion d'arrière-plan: Mesures sur site selonCEI 61000-4-30 Classe A (10-fenêtre de cycle, synchronisation précise) sur une période représentative (souvent une semaine) .

2.2 Données de charge non linéaire (Modèle Norton)

Alors que la CEI 61000-4-7 ne prescrit pas de modèle de calcul spécifique, pratiques industrielles et normes plus récentes (comme la CEI 61400-27-3 pour les énergies renouvelables) nécessitent des modèles robustes :

Source de courant harmonique (Ih): Le spectre d'émission du convertisseur ou de la charge, mesuré en laboratoire selon CEI 61000-3-2.
Impédance Norton (Zh): L'impédance interne vue depuis les bornes de charge. Il est crucial pour détecter les phénomènes de résonance entre la charge et le réseau.

Table 1: Paramètres de mesure selon CEI 61000-4-30 Classe d'instruments

Paramètre	Classe A (Études)	Classe S (Enquêtes)
Incertitude de mesure (tension)	±0,1% (pour U > 1% Vous_nom)	±1,0%
Synchronisation	PLL robuste avec suivi de fréquence	Peut-être moins strict
Agrégation temporelle	Très court (3s) et court (10procès-verbal) valeurs	Identique

Pour une étude de conformité destinée à un gestionnaire de réseau, l'utilisation d'instruments de classe A est obligatoire .

3. Méthodologie d'analyse étape par étape selon la CEI

3.1 Analyse de balayage de fréquence

Avant de calculer les distorsions, identifier les fréquences de résonance du système combiné (grille + câbles + transformateurs de l'installation).

Méthode: Injecter un courant de 1 A à une fréquence variable et calculer l'impédance résultante.
Objectif: Identifier les pics d'impédance parallèles.
Risque CEI spécifique: Sous-groupes interharmoniques (IG) peut exciter ces résonances, même si les harmoniques entières sont filtrées.

Impédance |Dans| (Ω) Inductif ωL Capacitif 1/ωC Résonance (250 Hz)

fa_rés = 250 Hz — 5ème ordre harmonique Dans_pic ≈ 38 Ω — résonance parallèle Q ≈ 8 — facteur de qualité

Figure 2: Balayage de fréquence et risque de résonance

Un pic d'impédance à 250 Hz amplifierait la 5ème harmonique. Si le pic est à 275 Hz, les composants interharmoniques autour de cette fréquence seront le problème.

3.2 Calcul de la contribution de l'installation (Incrémentiel)

L'approche CEI, adopté par des guides comme G5/5, fait la distinction entre ceux de votre sitecontribution supplémentaire et l'distorsion totale.

Formule: Utiliser le modèle Norton. ${En}_{h, Inc.} = \frac{{Dans}_{grille} (h) \times {Dans}_{charge} (h)}{{Dans}_{grille} (h) + {Dans}_{charge} (h)} \times {Je}_{h, source}$ En pratique, logiciel (Usine de puissance, ETAP, EMTP) résout le système pour chaque fréquence.
Vérification: Cette tension incrémentale ne doit pas dépasser un certain pourcentage de la tension de fond (souvent 1% à 2% selon les guides nationaux).

3.3 Calcul des sous-groupes harmoniques

C’est l’étape la plus caractéristique de la démarche IEC. Vous ne présentez pas l'exacte 250 Ligne Hz, mais le sous-groupe HG5.

Effectuer le DFT sur un10-fenêtre de cycle (200 Mme pour 50 Hz, ~166,6 ms pour 60 Hz) .
Obtenir les composantes spectrales C_i avec un 5 Pas de Hz.
Calculer le sous-groupe pour l'ordre harmonique *n*:

$H {Sol}_{n} = \sqrt{\sum_{i = - 1}^{+ 1} C_{i}^{2}}$

où $C_{0}$ est la ligne harmonique exacte, et $C_{- 1}$ et $C_{+ 1}$ sont les lignes adjacentes .

3.4 Agrégation temporelle et évaluation statistique

CEI 61000-4-30 nécessite une agrégation pour lisser les variations :

Valeurs très courtes (3 seconde): Agrégation des 15 fenêtres de 200 ms.
Valeurs courtes (10 procès-verbal): Agrégation des 200 valeurs de 3s.
Comparaison: La conformité est généralement vérifiée sur les valeurs courtes (10 procès-verbal), s'assurer que 95% des valeurs (ou 99% en fonction du contrat) sont en dessous des limites prévues.

4. Rapport de conformité et d'étude

4.1 Comparaison avec les niveaux de compatibilité et de planification

CEI TR 61000-3-6 définit trois niveaux distincts :

Niveau d'émission: Ce qu'injecte votre installation (les HG et IG calculés).
Niveau de planification: Une limite interne pour le gestionnaire de réseau, plus strict que le niveau de compatibilité, conserver une marge de sécurité.
Niveau de compatibilité: Le niveau de perturbation de référence (par exemple, THDv = 8%) à laquelle 95% de l'équipement devrait fonctionner correctement .

Votre rapport doit démontrer que la somme de votre contribution et de la distorsion de fond est inférieure au niveau de planification au point de couplage commun. (PCC).

4.2 Atténuation et filtrage

Si les limites sont dépassées, l'étude doit proposer des solutions:

Filtres passifs: Adapté aux sous-groupes harmoniques problématiques (HG).
Filtres Actifs: Injectez des courants pour annuler les harmoniques en temps réel.
Désaccordage: Modifier l'impédance (par exemple, ajout de réacteurs de ligne) pour éloigner un pic de résonance des fréquences critiques.

4.3 Contenu du rapport final

Un rapport conforme à la CEI doit inclure:

Schéma unifilaire de l'installation et du réseau amont.
Données d'entrée: Impédance du réseau, spectres de courant de charge (avec preuve de mesures ou certifications selon CEI 61000-3-2).
Résultats des simulations: Tableaux des HG et IG pour les conditions normales et d'urgence.
Analyse statistique: Courbes de probabilité cumulée des niveaux calculés par rapport aux limites .

Conclusion: Déclaration explicite de conformité ou plan d’actions correctives.