1. Présentation
À la lumière de la forte consommation d'énergie, de la pollution de l'environnement et de la hausse des prix des combustibles fossiles, la dépendance actuelle à l'égard de la technologie des moteurs à combustion interne (ICE) utilisée dans les véhicules devrait être réduite et l'utilisation généralisée des véhicules électriques (VE) comme moyen de transport de le choix dans 20 à 30 ans devrait être élargi. On estime que la pénétration des véhicules électriques augmentera progressivement, avec 35 % prévus en 2020 et 50 % d'ici 2024 [1-2].
L’effet général sur les systèmes de distribution provoqué par la propagation des véhicules électriques sera une augmentation substantielle de la charge ainsi qu’une augmentation importante de la tension du système et de la distorsion harmonique. Un autre problème à prendre en compte est la coïncidence entre l’heure de début de la recharge et l’éventuelle période de pointe de charge du soir, qui varie selon le client et le pays. Pour le chargement, les batteries EV ont besoin de courant continu, de sorte que le courant alternatif du réseau sera converti en courant continu par le chargeur de batterie. Le chargeur est essentiellement un redresseur/onduleur avec un contrôleur intégré à un circuit de protection. C’est là que le souci surgit car l’onduleur/redresseur est connu comme une source d’harmoniques. L’un des problèmes liés à la recharge des véhicules électriques est donc la contamination harmonique du réseau électrique.
Il n’existe toutefois aucun accord sur l’ampleur de la distorsion harmonique totale (THD) qui peut être libérée sur le réseau pendant la charge. Dans l'un des rapports publiés, la distorsion harmonique totale du courant (THDi) est comprise entre 2,36 % et 5,26 % au début de la charge et atteint jusqu'à 28 % à la fin de la charge. Cependant, la distorsion harmonique totale en tension (THDv) ne se situerait qu'entre 1 et 2 % avec un facteur de puissance proche de l'unité. Pour les chargeurs commerciaux, le THDi des valeurs d'enregistrement des mesures se situe entre 60 % et 70 % [1,3-4].
La préoccupation des ingénieurs et des chercheurs concerne le moment où un grand nombre de véhicules électriques se rechargent simultanément sur le réseau électrique. Quelle est la somme du THD lorsque EV se multiplie en nombres ? Beaucoup pensent que le THD augmentera avec le nombre de véhicules. Il est cependant difficile de trouver un rapport traitant de cette question. De plus, les valeurs indiquées dans le paragraphe précédent ont été rapportées [3-4] il y a plus de 10 ans, donc les valeurs ne représentent pas la quantité réelle d'harmoniques générées par les technologies de chargeur de pointe utilisées dans les équipements électriques modernes. véhicules.
L'étude rapportée dans cet article tente d'étudier la distorsion harmonique d'un seul véhicule électrique et d'un groupe de véhicules électriques. La mesure a été effectuée sur un type de véhicule électrique plus ancien et sur deux types de véhicules électriques modernes. Les résultats de l'étude sont utiles pour comprendre la contribution à la distorsion harmonique des véhicules électriques connectés au réseau pour la recharge.
Cet article est organisé comme suit. Tout d’abord, la technologie EV est brièvement passée en revue. La limite de distorsion harmonique est alors mise en évidence. La mesure des harmoniques lors de la recharge d'un seul véhicule est ensuite présentée. Enfin, la distorsion harmonique lors de la recharge d'un groupe de VE est discutée et commentée.
2. Technologie des véhicules électriques
Les véhicules électriques qui créeront des problèmes sur le réseau électrique seront de deux types. Le premier type est l’hybride rechargeable, où il existe une combinaison de moteur thermique et de batterie. Le deuxième type sera un véhicule entièrement électrique, où ce véhicule dépend uniquement de la batterie. Pour les deux types de véhicules électriques, l’énergie électrique du réseau est nécessaire pour la recharge.
Un exemple d'agencement matériel typique d'un PHEV est illustré à la figure 1. Il s'agit du type parallèle de PHEV. Il existe également un type de PHEV en série, mais cet article se concentre sur la question de la connexion au réseau. Il n'est donc pas important que le VE soit de type parallèle ou en série. Pour les véhicules entièrement électriques, les composants dans les lignes tirets vert clair ne sont pas nécessaires et retirés, ne laissant que les batteries, le chargeur, l'entraînement électronique de puissance et le moteur électrique de propulsion.
Lorsque le véhicule électrique est en charge, les seuls composants actifs sont le chargeur et la batterie, car le véhicule électrique ne bouge pas. Pour les études d'interface avec le réseau, le VE peut être représenté électriquement comme le montre la figure 2. Le chargeur de batterie est essentiellement un redresseur qui convertit le courant alternatif du réseau en courant continu pour charger la batterie. Le redresseur est normalement du type actif où les dispositifs électroniques de puissance sont utilisés pour les appareils de commutation. Dans ce schéma, les appareils électroniques de puissance sont des IGBT.
Les chargeurs de véhicules électriques sont normalement du type conducteur, même si le type inductif est disponible. Les chargeurs conducteurs ont une connexion directe enfichable à l'alimentation, par exemple en utilisant une rallonge d'alimentation pour brancher la prise murale sur le VE. Les chargeurs inductifs, quant à eux, utilisent le couplage magnétique comme mode de transfert d’énergie. En comparant ces deux types, les chargeurs conducteurs sont plus simples à concevoir, ont un rendement plus élevé et sont plus populaires.
3. Limite de distorsion harmonique
La distorsion des harmoniques a des effets néfastes sur les équipements électriques à l'intérieur du système électrique. La gravité des harmoniques est déterminée par le pourcentage de distorsion harmonique totale de la tension. La tension harmonique est appelée tension sinusoïdale ayant une fréquence égale à un multiple entier de la fréquence fondamentale de l'alimentation 50/60 Hz. La distorsion harmonique totale est calculée comme suit [7] :
En Malaisie, la principale société de services publics, Tenaga Nasional Berhad, a fixé une limite de distorsion harmonique totale de tension en fonction du niveau de tension, comme indiqué dans le tableau 1. Pour le courant, aucune limite de distorsion n'est définie.
4. Mesure harmonique
Quelques activités de mesure sur le terrain ont été menées pour étudier l'harmonique pendant la recharge des véhicules électriques. La mesure est effectuée à l'aide d'un appareil de mesure de la qualité de l'énergie Fluke. L'image du compteur est représentée à la figure 3. Le compteur a la capacité d'afficher directement les formes d'onde de tension et de courant en temps réel. De plus, les données de mesure peuvent être enregistrées dans la mémoire du compteur pour une analyse plus approfondie.
Pour les harmoniques individuelles, trois types de véhicules électriques sont comparés. Le premier type de VE est un type commercial de VE moderne (EV1). Le deuxième type est un prototype EV moderne (EV2). Le troisième type est une voiturette de golf. En raison de questions classifiées et sensibles, les noms des fabricants et des marques de ces véhicules électriques ne sont pas divulgués.
La figure 4 montre les formes d'onde de tension et de courant de EV 1. Les figures 5 et 6 montrent respectivement THDv et THDi pour EV 1. Le THDv et le THDi après analyse sont respectivement de 1,5% et 11,6%. Pour EV 2, la forme d'onde de tension et de courant est représentée sur la figure 7. THDv et THDi pour EV 2 sont respectivement de 1,2 % (Figure 8) et 9,2 % (Figure 9). La figure 10 montre la forme d'onde de tension et de courant pour la voiturette de golf. Les figures 11 et 12 montrent le THDv et le THDi pour la voiturette de golf qui sont respectivement de 1,1 % et 34,4 %.
Les résultats des mesures révèlent que le THDi des chargeurs est faible pour les véhicules électriques modernes, mais que pour le THDv, les véhicules électriques modernes génèrent une distorsion plus élevée. Le THDv inférieur de la voiturette de golf peut s’expliquer par la plus faible intensité de courant consommée pendant la charge. Pour les véhicules électriques modernes, même si le THDi est inférieur, le THDv est supérieur à celui mesuré pour la voiturette de golf. Cela est dû à l’intensité du courant plus élevée consommée par les véhicules électriques modernes.
5. Harmonique d'un groupe de véhicules électriques
Dans la section précédente, le THDv mesuré à partir d’un seul EV a été présenté. La valeur enregistrée est inférieure à la limite fixée par le service public. Mais le problème des harmoniques se pose lorsqu’un groupe de véhicules électriques est connecté simultanément au réseau pour être rechargé. De nombreux ingénieurs pensaient que la somme du THD d’un groupe de véhicules électriques était linéaire avec la somme des véhicules électriques. Pour trouver la réponse, une mesure est effectuée pour mesurer le THD d'un groupe de véhicules électriques.
En Malaisie, les véhicules électriques modernes ne sont pas encore commercialisés, l’étude ne peut donc pas être réalisée sur les véhicules électriques commerciaux. Mais il existe de nombreuses voiturettes de golf disponibles qui peuvent être utilisées dans l'étude. Les résultats ne représenteront pas l'harmonique EV moderne, mais l'objectif principal est d'étudier la somme des THD d'un seul EV et d'un groupe de EV. Dans la section précédente, le THDv mesuré à partir d'un seul EV a été présenté. La valeur enregistrée est inférieure à la limite fixée par le service public. Mais le problème des harmoniques se pose lorsqu’un groupe de véhicules électriques est connecté simultanément au réseau pour être rechargé. De nombreux ingénieurs pensaient que la somme du THD d’un groupe de véhicules électriques était linéaire avec la somme des véhicules électriques. Pour trouver la réponse, une mesure est effectuée pour mesurer le THD d'un groupe de véhicules électriques.
La mesure a été effectuée dans un club de golf de l’Universiti Kebangsaan Malaysia. La mesure a été effectuée un jour ouvrable. Ce jour-là, il pleuvait depuis tôt le matin jusqu'à 10h00. Mais les activités de golf étaient actives et toutes les voiturettes de golf ont quitté la borne de recharge à 9h00. La première voiturette de golf est revenue à la borne de recharge après 11 heures du matin. L'heure, le nombre de véhicules et la ligne sur laquelle ils sont connectés sont détaillés dans le tableau 2. Les grandeurs mesurées sont la distorsion harmonique de tension et de courant. Les données de mesure ont été enregistrées initialement toutes les heures jusqu'à 18h00. À partir de 19h00, les voiturettes de golf ont commencé à arriver plus souvent donc la mesure était prise toutes les 15 minutes.
Les données sont visualisées via un graphique comme le montre la figure 14 pour THDv et la figure 15 pour THDi. Au lieu du temps, le nombre de véhicules est utilisé pour l’axe des x afin de faciliter le modèle de consommation de ces véhicules électriques. La ligne où sont reliées ces voiturettes de golf a également été identifiée. La consommation commence à augmenter considérablement à partir de 18h30 (18h30) lorsque les golfeurs commencent à ramener la voiturette de golf au point de retrait.
Le THD est également mesuré à la fois pour la tension et le courant, comme le montrent respectivement les figures 14 et 15. Même si le THDv pour chaque véhicule a été mesuré à 1,1 %, au PCC, la valeur n'est que de 0,7 % pour un véhicule. Avec l’augmentation du nombre de véhicules connectés, le THDv augmente régulièrement. Pour huit véhicules en L1, le THDv enregistré n'est que de 1,9%.
Pour le THDi d'un véhicule, le THDi est enregistré à 34,4 %, mais au PCC, le THDi est enregistré à 47,8 %. Avec l'augmentation de la recharge des voiturettes de golf, la valeur THDi au PCC diminue à 16,6 % pour 3 véhicules mais augmente à nouveau pour 12 véhicules. Étonnamment, le THDi n’augmente pas beaucoup lorsque le nombre de véhicules passe de 16 à 22 sur L1.
6. Conclusion
Dans cet article, l'étude et l'analyse des mesures harmoniques lors de la recharge des véhicules électriques sont présentées. La mesure est effectuée sur des voiturettes de golf et deux types modernes de véhicules électriques. Le résultat de la mesure montre que les véhicules électriques modernes libèrent un THDi inférieur à celui attendu d’une voiturette de golf. Malheureusement, pour le THDv, les véhicules électriques modernes provoquent un pourcentage de distorsion plus élevé. Pour un groupe de recharge de véhicules électriques, le THD pour la tension et le courant ne constitue pas la somme directe du THD d’un seul véhicule. Les résultats de l'étude sont utiles pour comprendre la contribution à la distorsion harmonique des véhicules électriques connectés au réseau pour la recharge.
7. Intégration du filtre harmonique actif de YT Electric
Pour atténuer la distorsion harmonique causée par la recharge des véhicules électriques, le filtre harmonique actif de YT Electricpeut être efficacement intégré dans le système électrique. Ce filtre avancé surveille et compense activement les courants harmoniques en temps réel, garantissant que les niveaux THDi et THDv sont maintenus dans des limites acceptables. En s'adaptant dynamiquement aux différentes charges harmoniques, le filtre actif d'harmoniques contribue à maintenir la qualité de l'énergie et protège l'infrastructure électrique des dommages potentiels causés par les harmoniques.
Le processus d'intégration consiste à connecter le filtre d'harmoniques actif au point de couplage commun (PCC) où les chargeurs EV sont connectés. Le filtre analyse en permanence le contenu harmonique du système électrique et injecte des courants de compensation pour neutraliser les harmoniques. Cela entraîne une réduction significative du THDi et du THDv, améliorant ainsi la qualité globale de l’énergie et la fiabilité du réseau.
En conclusion, l'intégration du filtre harmonique actif de YT Electric offre une solution robuste aux défis posés par la distorsion harmonique lors de la recharge des véhicules électriques. Il garantit que le réseau électrique reste stable et efficace, même avec la pénétration croissante des véhicules électriques.
abonnez-vous à nous pour profiter des prix des événements et obtenir certains des meilleurs prix.