Correction active du facteur de puissance (PFC) et compensation dynamique de la puissance réactive

Correction active du facteur de puissance (PFC) et l'utilisation de la compensation dynamique de puissance réactive systèmes basés sur l'électronique de puissance (comme les onduleurs IGBT) pour fournir correction adaptative en temps réel du facteur de puissance (PF) et de la puissance réactive (VAR) dans les systèmes électriques. Ces solutions sont essentielles pour les applications industrielles, commerciales et d'énergie renouvelable modernes, avec des charges et des distorsions harmoniques en constante évolution.

1. Correction active du facteur de puissance (PFC)

A. Comment ça marche

• Mesures courant et tension de charge en temps réel pour calculer l'indemnisation requise.

• Utilisations Onduleurs contrôlés par PWM injecter courant réactif en opposition de phase pour annuler le VAR en retard/en avance.

• Ajuste immédiatement pour charger les variations (contrairement aux batteries de condensateurs passives).

B. Composants clés

✔ Onduleur de source de tension (VSI) basé sur IGBT – Génère un courant de compensation.
✔ Condensateur de liaison CC – Fournit un stockage d’énergie pour l’injection de puissance réactive.
✔ Système de contrôle (basé sur DSP/FPGA) – Calcule la compensation en temps réel.

C. Applications

• Industriel: Variateurs de vitesse (VFD), fours à arc, machines à souder.

• Énergies renouvelables : Parcs solaires/éoliens (pour répondre aux exigences du réseau PF).

• Centres de données : Systèmes UPS, fermes de serveurs avec charges informatiques fluctuantes.

Avantages par rapport au PFC passif

✔ Réponse plus rapide (millisecondes contre secondes pour les condensateurs).
✔ Aucun risque de surcompensation (évite de diriger PF).
✔ Fonctionne avec des charges harmoniques (contrairement aux condensateurs traditionnels).

2. Compensation dynamique de la puissance réactive

A. Comment ça marche

• Surveille en permanence demande de charge et injecte courant réactif précis pour maintenir le PF cible (par exemple, 0,95–1,0).

• Peut absorber ou générer des VAR (inductif ou capacitif) selon les besoins.

B. Appareils utilisés

C.Applications

• Usines sidérurgiques : Les fours à arc provoquent des variations rapides du PF → STATCOM stabilise le réseau.

• Parcs éoliens : Fournit protection contre les surtensions (LVRT) en injectant des VAR lors de pannes.

• Centres de données : Empêche les pénalités PF dues aux fluctuations de charge du serveur.

3. Comparaison : rémunération passive et rémunération active

4. Principaux avantages du PFC actif et de la compensation dynamique

✅ Réglage en temps réel – Aucun délai comme lors de la commutation d’un condensateur.
✅ Aucun problème de résonance – Contrairement aux condensateurs, n’amplifie pas les harmoniques.
✅ Prend en charge le flux VAR bidirectionnel (inductif et capacitif).
✅ Améliore la stabilité de la tension – Critique pour les réseaux faibles.
✅ Réduit la charge du transformateur/kVA – Permet de réduire les coûts énergétiques.

5. Cas d'utilisation industrielle

Cas 1 : Usine de fabrication avec variateurs de fréquence

• Problème: Plusieurs VFD provoquent faible PF (0,7) et harmoniques (THD >15%) .

• Solution: AHF + STATCOM → PF amélioré à 0,98 , THD < 5 %.

Cas 2 : Conformité au réseau d'une ferme solaire

• Problème: Les onduleurs solaires provoquent leader du PF pendant la basse génération.

• Solution: D-STATCOM injecte du VAR en retard pour maintenir PF = 0,95 .

Cas 3 : Centre de données avec systèmes UPS

• Problème: Les fluctuations de charge du serveur provoquent Fluctuations du PF (0,8–0,9) .

• Solution: Module PFC actif assure PF > 0,95 à tout moment.

6. Résumé

• Pour une correction stable et peu coûteuse → PFC passif (condensateurs).

• Pour les charges rapides, dynamiques et riches en harmoniques → PFC actif (STATCOM/AHF).

• Idéal pour les industries avec :

  • Changements de charge rapides (par exemple, grues, fours à arc).

  • Réglementation PF stricte (les services publics pénalisent < 0,9 PF).

  • Harmoniques élevées (VFD, redresseurs, charges informatiques).