Réduction des harmoniques dans l'intégration au réseau photovoltaïque

Réduction des harmoniques dans l'intégration au réseau photovoltaïque

Avec l'accélération de la pénétration du solaire, les centrales photovoltaïques (PV) sont de plus en plus connectées aux réseaux de distribution via des interfaces électroniques de puissance. Bien que les onduleurs modernes soient bien plus propres que leurs prédécesseurs, ils injectent toujours des courants non sinusoïdaux qui faussent la tension du réseau. Si elles ne sont pas contrôlées, ces harmoniques provoquent une surchauffe des transformateurs, déclenchent les dispositifs de protection et réduisent la durée de vie des équipements. Filtres de puissance actifs (APF) – également appelés Filtres harmoniques actifs (AHF) —fournir un remède éprouvé et à action rapide qui complète les commandes d’onduleur existantes sans impacter le rendement énergétique.

Que sont les harmoniques et pourquoi augmentent-elles dans les systèmes photovoltaïques ?

• Origine. Les onduleurs à découpage découpent le courant continu en impulsions haute fréquence, reconstituées en courant alternatif. Tout écart par rapport à une sinusoïde parfaite se manifeste dans le domaine fréquentiel sous forme de multiples entiers (harmoniques) de la fréquence fondamentale.

• Spectre typique. Les cinquième, septième et onzième ordres dominent les installations photovoltaïques triphasées ; les chaînes de micro-onduleurs monophasés présentent souvent de fortes composantes de troisième ordre (triplen).

• Facteurs aggravants. Les générateurs distribués sont généralement installés en périphérie du réseau sur des lignes d'alimentation « faibles » à haute impédance, de sorte que même des courants harmoniques modestes peuvent produire une distorsion de tension importante (THDv).

Paysage réglementaire

Les services publics imposent de plus en plus de sanctions financières – ou réduisent la production photovoltaïque – lorsque les sites dépassent ces seuils, ce qui rend l’atténuation proactive financièrement attractive.

Principes fondamentaux du filtre de puissance active

Un APF mesure le courant de charge en temps réel, extrait les composantes harmoniques et réactives indésirables grâce à des algorithmes DSP et injecte un courant de compensation égal et opposé via un convertisseur à IGBT. Le résultat final au niveau du PCC est une sinusoïde quasi parfaite.

Principaux avantages par rapport aux filtres passifs

• Atténuation à large spectre : Pistes du 2e au 50e ordre (ou supérieur) simultanément.

• Réponse dynamique : Adaptation sous-cyclique (< 25 µs) à l'irradiance solaire ou aux variations de charge.

• Aucun risque de résonance : Étant donné que le filtre est actif, il ne s’accorde pas avec l’impédance du réseau.

• Double fonction : Fournit un support de puissance réactive (Q) et une réduction du scintillement, améliorant ainsi la stabilité de la tension.

Architectures APF pour centrales photovoltaïques

Topologie d'installation : Placez l'APF du côté basse tension du transformateur élévateur afin qu'il détecte le courant agrégé de l'onduleur et qu'un seul filtre puisse nettoyer toute l'installation.

Directives de dimensionnement et d'intégration

1. Mesurez d'abord. Enregistrez au moins sept jours de données harmoniques à un échantillonnage de 10 kHz.

2. Calculer le courant harmonique du pire des cas. Concentrez-vous sur les 3e, 5e, 7e et 11e ordres.

3. Ajoutez une marge de sécurité. Capacité de surcharge continue APF ≥ 1,2 × Ih_max ; capacité de surcharge ≥ 10 × Ih_max pendant 10 ms pour éliminer le défaut.

4. Vérifier la surcharge avec un service de puissance réactive. Si le code du réseau local exige cosφ > 0,95, dimensionnez Q et Ih simultanément.

5. Intégration du contrôle. Utilisez le Modbus-TCP haut débit ou la norme IEC 61850 pour coordonner avec le SCADA de l'usine ; activez le mode « réactif de nuit » si le DSO nécessite une assistance 24h/24.

Résultats sur le terrain

*Le retour sur investissement est calculé à partir des pénalités de réduction évitées, de la réduction des pertes du transformateur et de la disponibilité accrue de l'onduleur. À titre indicatif uniquement ; le retour sur investissement varie selon la région et les conditions d'exploitation.

Liste de contrôle des meilleures pratiques

☑ Vérifier la conformité cible (IEEE 519 ou code de réseau local).
☑ Rassemblez le spectre harmonique haute résolution, pas seulement le RMS THDi.
☑ Sélectionnez l'APF avec une conception IGBT modulaire et des cellules d'alimentation remplaçables à chaud pour une disponibilité > 99 %.
☑ Assurez-vous que le micrologiciel DSP prend en charge la transformée de Fourier rapide (FFT) et le contrôle adaptatif des battements morts.
☑ Mise en service avec analyseur d'harmoniques pour confirmer ≤ 75 % de la limite autorisée, donnant une marge de manœuvre pour une expansion future.

Points forts de la série YINGTONG APF

• Latence de détection en temps réel < 20 µs à 50/60 Hz.

• Efficacité > 97 % à pleine charge ; veille < 35 W.

• IP 54 ou IP 20 au choix des clients ; le flux d'air intelligent évite les points chauds des panneaux PV.

• Relais AFCI et différentiel en option pour une sécurité tout-en-un.

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