Réaliser une étude harmonique pour démontrer la conformité aux normes des services publics est un processus technique critique pour connecter les systèmes électriques modernes au réseau.. Avec la prolifération des ressources basées sur des onduleurs et des charges non linéaires, les services publics appliquent désormais strictement les normes comme IEEE 519 ou UK G5/5 pour garantir la qualité de l'alimentation et la stabilité du système.
Vous trouverez ci-dessous un guide technique qui décrit la méthodologie systématique pour mener une étude harmonique., basé sur les normes internationales en vigueur.
1. Concepts fondamentaux et cadre réglementaire
Avant de commencer les calculs, il est essentiel de comprendre les normes régissant et les phénomènes physiques en jeu.
1.1 Comprendre la distorsion harmonique
Les harmoniques sont des tensions ou des courants sinusoïdaux dont les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale. (par exemple, 60 Hz ou 50 Hz) . Ils sont générés par des charges non linéaires telles que les variateurs de fréquence, Éclairage LED, et onduleurs. Ces distorsions peuvent entraîner une surchauffe des équipements, pertes du transformateur, et mauvais fonctionnement de la protection .
1.2 Normes applicables
Le choix de la norme dépend de votre situation géographique et des exigences des services publics:
- IEEE Std 519-2014: Utilisé principalement en Amérique du Nord, cette norme définit la qualité de l'énergie au point de couplage commun (PCC). Il limite à la fois la distorsion harmonique individuelle (DIH) et la distorsion harmonique totale (THD) de tension et de courant .
- Recommandation technique G5/5: Obligatoire au Royaume-Uni, cette norme exige une évaluation plus rigoureuse à la fois des (l’apport de votre plante) et totale (arrière-plan + incrémentiel) tensions harmoniques, souvent évalué jusqu'à la 100ème harmonique .
2. Acquisition de données et modélisation du système
La précision d'une étude harmonique dépend entièrement de la qualité des données d'entrée.
2.1 Données utilitaires (Point de couplage commun)
Vous devez obtenir auprès du Gestionnaire du Réseau de Distribution : (BAS) ou utilitaire:
- Tensions harmoniques de fond: Généralement basé sur deux semaines de données mesurées au PCC pour capturer les variations de fonctionnement normales .
- Locus d'impédance harmonique: Ceci décrit comment l'impédance du réseau varie en fonction de la fréquence.. Il est essentiel pour identifier une résonance potentielle. Le format préféré est celui des enveloppes non groupées pour chaque ordre harmonique .
- Force de la grille: Généralement exprimé sous forme de taux de court-circuit (RCS) au PCC.
2.2 Données d'équipement (OEM)
Le fabricant d'équipement d'origine (OEM) doit fournir un modèle équivalent Norton de l'usine (onduleur, entraînement, etc). Ce modèle, essentiel pour une simulation précise, se compose de deux parties pour chaque fréquence :
- Source de courant Norton: L'amplitude et l'angle de phase du courant harmonique injecté par l'appareil.
- Impédance Norton: L'impédance interne de l'appareil, ce qui affecte la façon dont il interagit avec les résonances de la grille.
Figure 1: Exemple d'harmoniques (Interactif)
Forme d'onde déformée résultant de la combinaison de fréquences fondamentales et harmoniques (Entièrement interactif).
3. Méthodologie d'analyse harmonique étape par étape
Une fois les données collectées, l'étude passe par une série d'étapes analytiques utilisant un logiciel spécialisé (par exemple, ETAP, DIgSILENT PowerFactory).
3.1 Analyse de balayage de fréquence
La première étape est un balayage de fréquence pour identifier les conditions de résonance. Le logiciel injecte un courant de fréquence variable et mesure l'impédance.
- Objectif: Identifier le parallèle (haute impédance) et séries (faible impédance) points de résonance.
- Risque: Si un pic de résonance s'aligne avec une fréquence harmonique caractéristique (par exemple, 5e, 7e, 11e), les tensions harmoniques seront amplifiées, conduisant à une distorsion élevée .
Figure 2: Résonance des harmoniques à la 5ème harmonique (exemple)
Impédance vs. Courbe de fréquence montrant un pic de résonance parallèle.
Utilisation du modèle Norton de l'usine et de l'impédance du réseau, calculez la distorsion de tension causée uniquement par votre nouvel équipement.
3.2 Calculer les tensions harmoniques incrémentielles
Où: Enh est la tension harmonique, Jeh est le courant harmonique, et Dansh est l'impédance du réseau à l'ordre harmonique h.
Contrôle de conformité: Cette valeur doit être inférieure à la "Limites incrémentielles" défini par l'utilitaire ou la norme (par exemple, Étage G5/5 1 limites) .
3.3 Calculer la distorsion harmonique totale
Cela combine la contribution incrémentielle avec une distorsion de fond préexistante.
- Distorsion harmonique de tension totale (THDv): La racine carrée moyenne (RMS) de toutes les tensions harmoniques, exprimé en pourcentage de la tension fondamentale.
- Contrôle de conformité: Le THDv et les tensions harmoniques individuelles doivent rester inférieurs au "Limites totales" (par exemple, IEEE 519 limites pour la qualité de la tension ou niveaux de planification G5/5) .
Figure 3: Harmoniques de tension (Interactif)
Représentation sous forme de diagramme à barres des tensions harmoniques individuelles (VN) en pourcentage du fondamental .
Étude harmonique basée sur IEEE et UK G5/5
Les normes G5/5 et similaires imposent de vérifier que le nouveau raccordement n'affecte pas négativement les clients voisins.. Il s’agit de simuler l’impact au niveau des sous-stations adjacentes ou des emplacements sensibles (hôpitaux, centres de données) .
Figure 4: Loci d’impédance harmonique
Locus d'impédance tracés sur le plan R-X, montrant comment l'impédance change avec la fréquence [citation:4].
La dernière étape consiste à compiler les résultats dans un rapport formel destiné au service public..
4. Vérification de la conformité et rapports
4.1 Comparaison avec les limites
Créer un tableau récapitulatif comparant les valeurs calculées aux limites standards. Pour IEEE 519, cela implique de vérifier:
- IEEE 519 Table 1: Limites de distorsion de tension au PCC.
- IEEE 519 Table 2: Limites de distorsion de courant basées sur le I_{SC}/rapport I_L (Courant de court-circuit vs. Courant de charge) .
4.2 Stratégies d'atténuation
Si les limites sont dépassées, l'étude doit proposer des solutions:
- Filtres passifs: Accordé pour shunter des fréquences harmoniques spécifiques.
- Filtres d'harmoniques actif: Injecter des courants opposés pour annuler les harmoniques.
- Modification d'impédance: Modification des connexions du transformateur ou ajout de réacteurs pour désaccorder le système .
4.3 La directive de vérification en trois étapes
Comme indiqué dans les récentes directives de l'IEEE, la conformité peut être résumée en un processus en trois étapes :
1. Mesurer les données au point d'interconnexion (ALORS).
2. Effectuer une évaluation statistique des données.
3. Comparez les résultats aux limites IEEE correctes.