Direction des harmoniques et du scintillement dans la qualité de l'alimentation

Aperçu

Alors que les autorités réglementaires imposent des exigences de plus en plus strictes en matière de qualité de l'énergie, les services publics souhaitent de plus en plus savoir quel client impose des harmoniques et du scintillement au système électrique des services publics. En conséquence, on nous demande souvent si nous pouvons déterminer la « direction » du flux de puissance harmonique et ce qui peut être fait contre le scintillement.

Flux de puissance harmonique

Les harmoniques , comme les fréquences fondamentales, provoquent un flux d'énergie au sein des systèmes électriques. La puissance à n'importe quelle fréquence harmonique est déterminée par le produit de la tension et du courant harmoniques efficaces et du cosinus de l'angle de phase entre eux. Une idée fausse courante est que si la charge d'un client génère des harmoniques, le flux d'énergie se fera toujours du client vers le service public. Cependant, cela dépend de l'angle de phase de la ligne du service public à la fréquence harmonique. L'impédance à ces fréquences est hautement réactive, ce qui se traduit par une puissance active minimale et une puissance réactive (VAR) importante. Cette interaction peut provoquer une inversion de direction du flux de puissance active dans certaines conditions. La puissance à n’importe quelle harmonique est donnée par :

où  Vh  et  Ih  sont la tension et le courant harmoniques efficaces et   l'angle de phase entre eux. On pense souvent que si la charge d’un client crée des harmoniques, le flux d’énergie ira du client vers le service public. Cela n'est peut-être pas correct. Que cela soit vrai ou non dépend de l'angle de phase de la ligne du service public à la fréquence harmonique. On ne saurait trop insister sur ce point, car il est fort probable qu'à ces fréquences, l'impédance soit très réactive. Cela signifie qu'il y aura très peu de puissance active (il s'agira principalement de VAR), et en cas d'interaction entre l'impédance de ligne et l'impédance de charge du client, le flux de puissance active peut en réalité être dans l'autre sens. En raison de ces déphasages importants (causés par l'inductance de ligne et l'inductance de fuite des transformateurs), la puissance active sera de toute façon relativement faible. Heureusement, il y a une meilleure façon.

Magnitudes relatives des signaux

Un moyen plus utile de détecter si un client impose des harmoniques au système consiste à examiner l'ampleur relative des harmoniques, en pourcentage de la tension et du courant fondamentaux. Si le client subit des harmoniques imposées par le service public, alors les amplitudes relatives du courant harmonique seront inférieures ou égales à l'amplitude relative de la tension harmonique. Par exemple, si la troisième harmonique de tension était de 3,1 % et la troisième harmonique de courant était de 2,8 %, nous nous attendrions alors à ce que le courant harmonique soit le résultat de la tension harmonique sur la ligne du service public. Étant donné que la charge du client est susceptible d'avoir une composante réactive (inductive) qui entraînera une impédance plus élevée pour les harmoniques (ce qui fera que sa charge agira un peu comme un filtre passe-bas), nous nous attendons à ce que l'harmonique de courant soit plus petite que l'harmonique de tension lorsque exprimé en pourcentage.

Si, toutefois, l'inverse est vrai – l'amplitude relative de l'harmonique de courant est supérieure à celle de l'harmonique de tension – alors la charge du client impose probablement l'harmonique au service public. En effet, l'impédance de ligne est probablement bien inférieure à l'impédance de charge, bien que cet effet diminue aux hautes fréquences, comme indiqué ci-dessus. Ceci devrait être vrai, en particulier aux harmoniques inférieures, et il est tout à fait possible, par exemple, de voir une harmonique de courant de 22 % avec une harmonique de tension de 3,9 %. En raison des résonances, il est possible que des harmoniques occasionnelles aient des effets exagérés, renforçant ou remettant en question la conclusion que vous tireriez sur qui impose les harmoniques à qui. Par conséquent, vous devez toujours considérer les harmoniques dans leur ensemble, en mettant un accent particulier sur les premières harmoniques (généralement les impaires, disons de la 3e à la 11e) où les effets d'impédance de ligne sont probablement moins exagérés.

Une approche plus pratique pour détecter les harmoniques imposées par le client consiste à examiner les amplitudes relatives des harmoniques en pourcentage de la tension et du courant fondamentaux. Si le service public impose des harmoniques à un client, l'amplitude relative du courant harmonique sera inférieure ou égale à celle de la tension harmonique. À l'inverse, si la charge du client impose des harmoniques, l'amplitude relative des harmoniques de courant dépassera celle de l'harmonique de tension. Cette méthode est particulièrement fiable pour les harmoniques d’ordre inférieur, où les effets d’impédance de ligne sont moins prononcés.

Direction du scintillement

Le scintillement est un effet de fréquence fondamentale. Les variations qui provoquent le scintillement peuvent être exprimées sous forme de bandes latérales (modulation) de la « porteuse » ou du signal fondamental. Les fréquences de ces bandes latérales se situent à proximité de la porteuse, généralement supprimées de 0,5 à 20 Hz, contrairement aux harmoniques, qui peuvent être supprimées d'un facteur 50. Cela signifie que l'impédance de ligne peut être utilisée de manière plus fiable pour déterminer la direction du scintillement. , ou plus précisément, si le service public impose des tensions de scintillement au client ou si le client impose des courants de scintillement au service public.

Les normes CEI définissant le scintillement, CEI 868 et la plus récente CEI 61000-4-15, définissent le scintillement uniquement comme une mesure de tension. La raison peut être que la CEI s'intéressait principalement au scintillement en tant que dégradation, et que les effets nocifs du scintillement se produisent en raison de la modulation de tension. La CEI n'était apparemment pas intéressée par la question pratique de savoir d'où venait le scintillement.

Les services publics qui doivent fournir de l'électricité à un certain niveau de qualité sont très intéressés par cette question. Après tout, s’ils sont pénalisés pour une mauvaise qualité d’énergie, ils doivent alors pouvoir faire quelque chose pour remédier au problème.

Pour cette raison, nous avons inclus la mesure du scintillement dans les modèles YTPQC-AHF et YTPQC-SVG sur les canaux de tension et de courant. Suivant une logique similaire à celle des harmoniques, nous nous attendons à ce que le scintillement du courant pour la charge d'un client soit inférieur ou à peu près identique à celui de la tension s'il subit un scintillement imposé par le service public. Le scintillement du courant sera supérieur (probablement beaucoup plus élevé) que celui de la tension si la charge du client impose un scintillement au service public. Encore une fois, cela est dû au fait que l'impédance de la ligne du service public est généralement bien inférieure à l'impédance de charge du client. Le rapport entre le flicker sur la tension et celui sur le courant est proportionnel au carré des impédances. Il est au carré car la définition CEI du scintillement indique qu'une variation de tension crée une « perception de scintillement » proportionnelle au carré de la variation de tension. Par exemple, la norme CEI définit une variation de 0,25 % crête à 8,8 Hz pour représenter un niveau de 1,0 unité de perceptibilité. Si la variation augmente jusqu'à 0,5 %, alors le scintillement mesurera 4,0 unités de perceptibilité.

Conclusion

Le YTPQC-AHF et le YTPQC-SVG améliorent les problèmes de qualité de l'alimentation tels que les harmoniques et le scintillement. L'état de la technique évolue rapidement dans ce domaine, et disposer de capacités qui dépassent celles requises par les spécifications pertinentes donnera à l'utilisateur une latitude supplémentaire lors de l'investigation des problèmes. Certaines de ces méthodes pourraient même faire partie de futures normes.