Évaluation de la résonance harmonique pour les banques de condensateurs

Résumé :  Un service public exploite des batteries de condensateurs d'alimentation et de sous-station sur une ligne d'alimentation de distribution de 25,56 kV. Le service public utilise des simulations de balayage de fréquence pour déterminer l’effet des batteries de condensateurs d’alimentation de distribution et de sous-station sur les caractéristiques de résonance harmonique et de réponse en fréquence. On suppose que les simulations montreront que les caractéristiques de réponse en fréquence du départ dépendent fortement de l'état des batteries de condensateurs du départ et du poste.

Cette étude de cas évalue l'effet des batteries de condensateurs de sous-station et d'alimentation sur la caractéristique de réponse en fréquence d'une ligne de distribution de 25,56 kV.

INTRODUCTION ET DÉVELOPPEMENT DU MODÈLE

L'effet des batteries de condensateurs d'alimentation de distribution et de sous-station sur les caractéristiques de résonance harmonique et de réponse en fréquence a été étudié pour le système illustré à la figure 1. La précision du modèle de système a été vérifiée à l'aide de courants de défaut triphasés et monolignes à la terre et d'autres grandeurs en régime permanent, telles que le courant nominal de la batterie de condensateurs et l'augmentation de la tension.

Figure 1 – Diagramme unifilaire pour l’étude de cas sur la résonance du feeder

RÉSULTATS DE LA SIMULATION

Une analyse par balayage de fréquence a été utilisée pour déterminer la caractéristique impédance/fréquence du circuit dans diverses conditions de fonctionnement. La plage de fréquences pour ces cas était de 60 Hz à 5 000 Hz (incrément de 1 Hz). La charge sur le départ pour la condition de pleine charge était d'environ 10,4 MVA à un facteur de puissance de 98 % dans le système électrique. Les cas d'analyse de fréquence suivants ont été réalisés :

La figure 2 montre les résultats de simulation d'impédance en fonction de la fréquence pour l'emplacement de balayage numéro 1 pour les quatre conditions de fonctionnement.

Figure 2 – Réponse en fréquence à l'emplacement de balayage numéro 1

La figure 3 montre les résultats de simulation d'impédance en fonction de la fréquence pour l'emplacement de balayage numéro 2 pour les quatre conditions de fonctionnement.

Figure 3 – Réponse en fréquence à l'emplacement de balayage numéro 2

La figure 4 montre les résultats de simulation d'impédance en fonction de la fréquence pour l'emplacement de balayage numéro 3 pour les quatre conditions de fonctionnement.

Figure 4 – Réponse en fréquence à l'emplacement de balayage numéro 3

RÉSUMÉ

Les simulations montrent que les caractéristiques de réponse en fréquence du départ dépendent fortement de l'état des batteries de condensateurs du départ et du poste. Les observations supplémentaires comprennent :

1. Pour les emplacements de balayage numéro 1 et numéro 2 (fin des segments d'alimentation), la réponse en fréquence simulée est généralement plus sévère pour la condition d'avoir les plus petites batteries de condensateurs d'alimentation distribuées en service par rapport à la condition d'avoir la plus grande batterie de condensateurs de sous-station en service.

2. Pour l'emplacement de balayage numéro 3 (bus de sous-station), la réponse en fréquence simulée est généralement plus sévère pour la condition d'avoir la plus grande batterie de condensateurs de sous-station en service par rapport à la condition d'avoir en service les plus petites batteries de condensateurs d'alimentation distribuées.

3. Il est souvent difficile de généraliser l'effet sur les niveaux de distorsion de tension lorsque l'emplacement et les caractéristiques des charges produisant des harmoniques ne sont pas connus. La distorsion de tension qui en résulte pour les différentes conditions de fonctionnement dépendra des emplacements, des valeurs nominales et des caractéristiques des différentes charges non linéaires du circuit. Par exemple, si les charges non linéaires se trouvent près des extrémités de deux segments d'alimentation (emplacements de balayage 1 et 2), il est probable que la distorsion de la tension d'alimentation sera un peu plus élevée si les condensateurs d'alimentation sont en service. Cependant, si les charges non linéaires se trouvent à proximité de la sous-station (emplacement de numérisation 3), il est probable que la distorsion de la tension d'alimentation sera un peu plus élevée si la plus grande batterie de condensateurs de la sous-station est en service. Les niveaux réels de distorsion de courant et de tension peuvent être déterminés par une mesure sur le terrain et/ou des simulations informatiques plus détaillées qui incluent les caractéristiques de la source de courant harmonique.