Filtre Harmonique Actif, batteries de condensateurs, réacteurs en réseaux

Quelle est la relation entre le filtre harmonique actif, les batteries de condensateurs et les réacteurs ?

filtres harmoniques actifs (AHF), les banques de condensateurs et les réacteurs sont des composants essentiels utilisés dans les réseaux électriques pour gérer la qualité de l'énergie, la compensation de puissance réactive et l'atténuation des harmoniques. Lorsque ces appareils sont combinés efficacement dans un réseau, ils peuvent contribuer à améliorer les performances du système, l’efficacité énergétique et à réduire les coûts opérationnels. Voici comment ils fonctionnent individuellement et ensemble :

1. Filtre harmonique actif (AHF)

• Objectif : AHFsont utilisés pour éliminer ou réduire la distorsion harmonique causée par des charges non linéaires (par exemple, entraînements à fréquence variable, équipements industriels). Les harmoniques peuvent entraîner une surchauffe, une panne d'équipement et des pertes d'énergie.
• Fonction : Les AHF surveillent le courant en temps réel et injectent des courants de compensation qui annulent les composantes harmoniques. Contrairement aux filtres passifs, les AHF peuvent s'adapter aux conditions de charge changeantes et atténuer efficacement un large éventail d'ordres harmoniques (pairs et impairs).
• Effet sur les réseaux :Les AHF améliorent la qualité de l'énergie en réduisant la distorsion harmonique totale (THD) dans les formes d'onde de tension et de courant, ce qui entraîne une amélioration de l'efficacité énergétique, une réduction de l'échauffement des équipements et une durée de vie prolongée.

2. Banques de condensateurs

• Objectif : Les batteries de condensateurs sont utilisées pour la compensation de puissance réactive afin d'améliorer le facteur de puissance dans les systèmes électriques. Un faible facteur de puissance signifie qu'il faut plus de courant pour fournir la même quantité de puissance active, ce qui entraîne des inefficacités et des pertes d'énergie.
• Fonction : Les batteries de condensateurs fournissent une puissance réactive de pointe (puissance capacitive) pour contrecarrer la puissance réactive en retard (puissance inductive) des charges inductives telles que les moteurs et les transformateurs. Cela équilibre la puissance réactive dans le système et rapproche le facteur de puissance de l'unité.
• Effet sur les réseaux : En améliorant le facteur de puissance, les batteries de condensateurs réduisent le courant global circulant dans le réseau, ce qui minimise les pertes de transmission et peut éviter des pénalités de la part des services publics pour un faible facteur de puissance. Ils contribuent également à libérer de la capacité dans le système.

3. Réacteurs (inducteurs)

• Objectif : Les réacteurs sont utilisés conjointement avec des batteries de condensateurs pour éviter les problèmes de résonance et limiter les courants de court-circuit. Ils peuvent également contribuer au filtrage des harmoniques lorsqu'ils sont conçus dans le cadre de filtres passifs.
• Fonction : Les réacteurs fournissent une réactance inductive, qui neutralise la réactance capacitive des batteries de condensateurs et aide à atténuer les fluctuations de tension. Lors du filtrage des harmoniques, les réacteurs peuvent bloquer des fréquences harmoniques spécifiques.
• Effet sur les réseaux : Les réacteurs réduisent les courants harmoniques et les pics de tension, empêchant ainsi la résonance et améliorant la stabilité et la fiabilité globales du réseau électrique.

4. Interaction dans les réseaux

• Banques de condensateurs + réacteurs (filtre réglé) :
  • Lorsque des batteries de condensateurs sont utilisées pour la compensation de puissance réactive, elles peuvent parfois amplifier les harmoniques, notamment lorsque la fréquence naturelle du réseau résonne avec les fréquences harmoniques. Pour atténuer cela, les réacteurs sont souvent connectés en série avec des batteries de condensateurs pour créer des filtres accordés qui bloquent des fréquences harmoniques spécifiques, telles que les 5e ou 7e harmoniques.
• Banques de condensateurs + AHF :
  • Banques de condensateurs améliorent le facteur de puissance en compensant la puissance réactive. Cependant, dans les systèmes comportant des harmoniques élevées, ils peuvent amplifier les harmoniques en cas de résonance. C'est là qu'interviennent les filtres d'harmoniques actifs : ils peuvent fonctionner aux côtés des batteries de condensateurs en atténuant dynamiquement les harmoniques que les batteries de condensateurs peuvent amplifier involontairement.
  • AHF + Réacteurs : L'AHF fournit une compensation dynamique des harmoniques, tandis que les réacteurs (utilisés avec ou sans batteries de condensateurs) peuvent gérer des ordres harmoniques spécifiques, offrant ainsi une approche équilibrée de l'atténuation des harmoniques.

5. Défis et solutions dans les systèmes combinés

• Problèmes de résonance : Les batteries de condensateurs à elles seules peuvent créer une résonance avec l'inductance du système, amplifiant certaines fréquences harmoniques. Des réacteurs sont utilisés pour éviter cela en désaccordant le système sur un ordre harmonique sûr.
• Filtrage harmonique et correction du facteur de puissance simultanés : Les AHF sont efficaces pour atténuer une large gamme d'harmoniques mais n'apportent pas de correction significative du facteur de puissance. Les batteries de condensateurs, quant à elles, assurent la correction du facteur de puissance mais peuvent amplifier les harmoniques. Leur utilisation conjointe, avec des réacteurs pour éviter la résonance, crée une solution équilibrée qui traite à la fois la distorsion harmonique et la compensation de la puissance réactive.

6. Avantages de la combinaison d'AHF, de banques de condensateurs et de réacteurs

• Gestion complète de la qualité de l'énergie : les AHF atténuent les harmoniques, les batteries de condensateurs corrigent le facteur de puissance et les réacteurs empêchent la résonance, ce qui donne lieu à une solution complète de qualité de l'énergie.
• Efficacité améliorée du système : La distorsion harmonique réduite et l'amélioration du facteur de puissance minimisent les pertes d'énergie, réduisent la surchauffe et prolongent la durée de vie de l'équipement.
• Flexibilité : La combinaison des AHF avec des solutions traditionnelles telles que les batteries de condensateurs et les réacteurs offre la flexibilité nécessaire pour gérer de manière dynamique les problèmes complexes de qualité de l'énergie.

Dans les réseaux électriques, l'utilisation combinée de Filtres actifs d'harmoniques, les batteries de condensateurs et les réacteurs offrent une approche globale pour améliorer la qualité de l'énergie et l'efficacité énergétique. Les AHF corrigent la distorsion harmonique, les batteries de condensateurs assurent la compensation de la puissance réactive et les réacteurs empêchent la résonance et filtrent les harmoniques. En utilisant ces composants ensemble, les installations industrielles et commerciales peuvent maintenir des systèmes électriques stables, efficaces et fiables.