Comment réduire la tension non sinusoïdale

Un certain nombre de consommateurs d'électricité ont une dépendance non linéaire de la consommation de courant à la tension appliquée, en raison de laquelle ils consomment un courant non sinusoïdal du réseau... Ce courant circulant du système à travers les éléments du réseau provoque une non -chute de tension sinusoïdale en eux, qui "superpose" la tension appliquée et déforme. Une distorsion de tension sinusoïdale se produit à tous les nœuds, de l'alimentation électrique au récepteur électrique non linéaire.

Les sources de distorsion harmonique sont :

• fours à arc pour la production d'acier,

• convertisseurs de soupapes,

• transformateurs à caractéristiques volt-ampère non linéaires,

• convertisseurs de fréquence,

• fours à induction,

• machines électriques tournantes,

• alimentés par des convertisseurs de vannes,

• récepteurs de télévision,

• lampes fluorescentes,

• lampes au mercure.

Les trois derniers groupes se caractérisent par un faible niveau de distorsion harmonique des récepteurs individuels, mais un grand nombre d'entre eux déterminent un niveau significatif d'harmoniques même dans les réseaux à haute tension.

Voir également: Sources d'harmoniques dans les réseaux électriques et Raisons de l'apparition d'harmoniques plus élevées dans les systèmes électriques modernes

Les moyens de réduire la tension non sinusoïdale peuvent être divisés en trois groupes :

a) solutions en chaîne : répartition des charges non linéaires sur un système de bus séparé, répartition des charges dans différentes unités du SES avec la connexion de moteurs électriques en parallèle avec eux, regroupement de convertisseurs selon le schéma de multiplication de phase, connexion du charger sur un système de puissance supérieure,

b) utilisation de dispositifs de filtrage, inclusion en parallèle de la charge de filtres à résonance à bande étroite, inclusion de dispositifs de compensation de filtre (FCD);

c) l'utilisation d'équipements spéciaux caractérisés par un niveau réduit de génération d'harmoniques plus élevés, l'utilisation de transformateurs "non saturés", l'utilisation de convertisseurs polyphasés avec des caractéristiques énergétiques améliorées.

Développement base élémentaire de l'électronique de puissance et de nouvelles méthodes de modulation haute fréquence ont conduit à la création dans les années 1970 d'une nouvelle classe d'appareils, améliorer la qualité de l'électricité – filtres actifs (AF)... Immédiatement est apparue la classification des filtres actifs en série et en parallèle, ainsi que des sources de courant et de tension, ce qui a conduit à quatre circuits principaux.

Chacune des quatre structures (Fig. 1. 6) détermine le circuit de filtrage à la fréquence de fonctionnement: les commutateurs du convertisseur et le type de commutateurs eux-mêmes (commutateur bidirectionnel ou unidirectionnel). En tant que dispositif de stockage d'énergie dans un convertisseur qui sert de source de courant (Fig. 1.a, d), il est utilisé inductance, et dans le convertisseur, qui sert de source de tension (Fig. 1.b, c), la capacité est utilisée.

Figure 1.Les principaux types de filtres actifs : a — source de courant parallèle ; b — source de tension parallèle ; c — source de tension en série ; d - source de courant série

On sait que la résistance du filtre Z à la fréquence w est égale à

Lorsque ХL = ХC ou wL = (1 / wC) à la fréquence w, résonance de tension, ce qui signifie que la résistance du filtre pour la composante harmonique et tension de fréquence w est égale à 0. Dans ce cas, les composantes harmoniques de fréquence w seront absorbées par le filtre et ne pénétreront pas dans le réseau. Le principe de conception des filtres résonnants repose sur ce phénomène.

Dans les réseaux avec des charges non linéaires, en règle générale, des harmoniques de la série canonique apparaissent, dont le numéro d'ordre est ν 3, 5, 7,. … ..

Figure 2. Circuit équivalent d'un filtre à résonance de puissance

En tenant compte du fait que XLν = ХL, ХCv = (XC / ν), où XL et Xc sont les résistances de la réactance et de la batterie de condensateurs à la fréquence fondamentale, on obtient :

Un filtre qui, en plus de filtrer les harmoniques, va générer puissance réactive, et compense la perte de puissance et la tension du réseau, est appelé filtre de compensation (PKU).

Si un appareil, en plus de filtrer les harmoniques plus élevées, remplit les fonctions d'équilibrage de tension, alors un tel appareil est appelé équilibrage de filtre (FSU)... Structurellement, les FSU sont un filtre asymétrique connecté à la tension de ligne du réseau. Le choix de la tension de ligne à laquelle les circuits de filtrage FSU sont connectés, ainsi que les rapports de puissance des condensateurs inclus dans les phases de filtrage, sont déterminés par les conditions d'équilibrage de tension.

Il résulte de ce qui précède que des dispositifs tels que PKU et FSU agissent simultanément sur plusieurs indicateurs de qualité de l'alimentation (non sinusoïdal, asymétrie, écart de tension). De tels dispositifs d'amélioration de la qualité de l'énergie électrique sont appelés dispositifs d'optimisation multifonctionnels (MOU).

L'opportunité du développement de tels dispositifs est due au fait que des charges soudainement variables du type fours à arc en acier provoquer une distorsion de tension simultanée pour un certain nombre d'indicateurs. L'utilisation du protocole d'entente offre la possibilité de résoudre de manière globale le problème de la garantie de la qualité de l'électricité, c'est-à-dire simultanément pour plusieurs indicateurs.

La catégorie de ces dispositifs comprend les sources d'énergie réactive statique à grande vitesse (IRM).

Selon le principe de régulation de la puissance réactive, l'IRM peut être divisée en deux groupes : les sources de puissance réactive statique rapide à compensation directe, les sources de puissance réactive statique rapide à compensation indirecte... Les structures de l'IRM sont présentées à la figure 3 , a, b, respectivement. De tels dispositifs, qui ont une vitesse de réponse élevée, peuvent réduire les fluctuations de tension. Le réglage progressif et la présence de filtres permettent d'équilibrer et de réduire les niveaux d'harmoniques supérieurs.

En figue. 3, un circuit de compensation directe est présenté où la source de puissance réactive "contrôlée" est commutée au moyen de thyristors Banque de condensateur. La batterie comporte plusieurs sections et permet de faire varier discrètement la puissance réactive générée. En figue. 3b, on fait varier la puissance IRM en ajustant le réacteur. Avec ce mode de régulation, le réacteur consomme l'excédent de puissance réactive générée par les filtres.Par conséquent, la méthode est appelée compensation indirecte.

Figure 3. Schémas fonctionnels d'un IRM multifonctionnel avec compensation directe (a) et indirecte (b)

La compensation indirecte présente deux inconvénients principaux : l'absorption de l'excès de puissance entraîne des pertes supplémentaires, et la modification de la puissance du réacteur à l'aide de l'angle de commande de la vanne entraîne une génération supplémentaire d'harmoniques plus élevées.