Dimensionnement de SVG pour la correction du facteur de puissance

SVGdimensionnement pourfacteur de puissanceLa correction ne peut être estimée à partir de la seule capacité du transformateur ou de la plaque signalétique du moteur. Ces chiffres indiquent la charge maximale qu'un site peut connecter, et non la charge maximale admissible.puissance réactivela charge échange effectivement avec l'alimentation au point de couplage commun (PCCUn générateur statique de puissance réactive (GSP) choisi à partir des données de sa plaque signalétique aura soit un facteur de puissance inférieur à la valeur cible, soit une capacité utilisée indûment par la charge. La puissance nominale correcte est déterminée par un profil de charge mesuré, une cible définie et un réseau vérifié pour les harmoniques, et non par supposition.

Cause : La puissance apparente du transformateur (kVA) et la puissance nominale du moteur (kW) masquent la demande réactive.

Trois grandeurs décrivent la même charge. La puissance active (kW) effectue un travail utile ; la puissance apparente (kVA) est ce que le transformateur, les câbles et l’appareillage de commutation doivent supporter ;kvarLa puissance réactive est la composante échangée avec les équipements inductifs sans production de travail. Ces deux composantes sont liées par la relation kVA² = kW² + kvar², et le facteur de puissance est kW ÷ kVA.

La puissance nominale d'un transformateur correspond à sa capacité thermique limite et non à sa demande en puissance réactive. De même, la plaque signalétique d'un moteur indique sa puissance de sortie à l'arbre plutôt que le courant de magnétisation absorbé à charge partielle. Un transformateur de 1 000 kVA peut alimenter un site nécessitant 150 kvar de correction ou un autre nécessitant 500 kvar ; la plaque signalétique ne permet pas de faire la distinction.

Conséquences : sous-dimensionnement, surdimensionnement et risque de résonance

Lorsque le compensateur est dimensionné à partir d'une entrée incorrecte, la défaillance se manifeste sous l'une des trois formes suivantes.

• Sous-dimensionné : le facteur de puissance reste inférieur à l'objectif contractuel, le courant et les pertes restent élevés, et le déficit s'accroît à mesure que des charges sont ajoutées.
• Surdimensionné : le coût d'investissement augmente pour le kvar que le site n'utilise pas, et un système capacitif peut dériver vers un facteur de puissance capacitif à faible charge.
• Résonance : les condensateurs fixes dans un réseau riche en harmoniques forment une résonance parallèle avec l'impédance d'alimentation, ce qui peut amplifier le courant harmonique et provoquer une surchauffe des équipements.

Le dimensionnement répond ici à l'étude harmonique : si le réseau présente déjà une distorsion importante, la compensation capacitive doit être vérifiée par rapport au spectre harmonique avant d'être ajoutée.

Mesurer d'abord : Que faut-il enregistrer au PCC ?

Un dimensionnement correct commence par une étude de la qualité de l'énergie au point de raccordement commun (PCC). Les transformateurs de courant (TC) côté charge enregistrent le courant de charge réel, et un enregistreur capture le profil de charge, c'est-à-dire la façon dont la puissance (kW), la puissance réactive (kvar) et le facteur de puissance évoluent au cours d'un cycle normal plutôt que lors d'une simple mesure ponctuelle.

Le positionnement du transformateur de courant (TC) est crucial : celui-ci doit mesurer le courant de charge que le compensateur est censé corriger, afin d'exclure le courant de sortie du convertisseur statique de puissance (SVG) du signal de rétroaction. Si le TC inclut le courant du SVG, la boucle de régulation fermée s'oppose à sa propre injection et le facteur de puissance n'atteint jamais la valeur cible.

En l'absence d'enregistrements longs, un rapport sur la qualité de l'énergie peut néanmoins fournir ces valeurs s'il a été établi au moment opportun. Note surlecture d'un rapport sur la qualité de l'énergieexplique comment les colonnes de l'enquête correspondent aux données d'entrée de dimensionnement.

De la mesure au kvar : le calcul de dimensionnement

La puissance réactive compensée est la différence entre la puissance réactive au facteur de puissance mesuré et à la valeur cible :

Kvar requis = kW × (tan φ1 − tan φ2)

Ici, φ1 représente l'angle du facteur de puissance mesuré et φ2 l'angle de la valeur cible. Exemple concret : pour une puissance de 500 kW, corrigée de 0,75 à 0,95, la somme est de 500 × (0,882 − 0,329) ≈ 277 kvar. On sélectionne donc la puissance nominale standard immédiatement supérieure ou égale à cette valeur, en prévoyant une marge si le profil présente une croissance ou des variations rapides.

Une source fixe à commutation par paliers compense une demande inductive stable (en retard), tandis qu'une source dynamique, comme un générateur de courant variable (GV), injecte de la puissance réactive en avance de phase lorsque la charge est inductive et l'absorbe lorsqu'elle devient capacitive. C'est cette différence entre la compensation inductive et capacitive qui explique pourquoi un banc de condensateurs statique et un compensateur rapide ne sont pas interchangeables sur une charge variable.

Comment un SVG fournit la compensation

Un convertisseur de source de tension (SVG) est connecté en parallèle avec la charge. Son étage de puissance utilise une topologie multiniveaux (3 niveaux) avec un pont IGBT commutant à haute fréquence. L'inductance de couplage et le filtre mettent en forme le courant afin que la forme d'onde injectée reste proche d'une sinusoïde pure. En mesurant le courant de charge via le transformateur de courant (TC), le contrôleur calcule le courant réactif en temps réel. Le pont l'injecte ou l'absorbe en quelques cycles, corrigeant ainsi le facteur de puissance de manière dynamique et non par paliers.

Le pont étant conçu pour gérer des variations de tension abruptes, sa conception contrôle le dv/dt grâce au filtre et aux composants magnétiques. La conception thermique est aussi importante que les caractéristiques électriques : les fiches techniques des ponts SVG définissent généralement la puissance nominale continue à 45 °C à pleine charge ambiante, et la puissance utile doit être réduite au-delà de cette limite.

Choisir le bon appareil : SVG, hybride ou AHF

Le dimensionnement détermine la quantité de kvar ; le réseau détermine la technologie utilisée.

La limite est claire : un AHF cible le courant harmonique et ne corrige pas significativement le facteur de puissance dû au déplacement fondamental, tandis qu’un SVG corrige le déplacement mais ne supprime pas la distorsion harmonique. Lorsque ces deux limites sont dépassées, les deux fonctions sont combinées. Pour une comparaison plus détaillée, consultez le guide.Filtres harmoniques actifs versus passifs.

Limitations : ce que le dimensionnement SVG ne peut pas corriger

Un convertisseur statique de puissance (SVG) correctement dimensionné améliore le facteur de puissance de déplacement et l'équilibre de la puissance réactive, mais il ne constitue pas une solution universelle. Il n'annule pas les courants harmoniques ; un réseau perturbé nécessite donc toujours un convertisseur analogique-numérique (AHF). Son fonctionnement dépend de la précision des mesures et du positionnement des transformateurs de courant (TC), et un signal de rétroaction erroné produit un résultat incorrect, quelle que soit leur valeur nominale. Sa puissance de sortie continue est limitée par la température ambiante et le déclassement, et il ne remplace pas les dispositifs de protection ni ne compense à lui seul le décalage continu et les déséquilibres importants.

Le dimensionnement ne peut pas non plus garantir des économies ou un retour sur investissement fixes. La réduction du courant, des pertes et des frais d'électricité dépend du profil de charge réel, du tarif et de la constance avec laquelle l'objectif est atteint ; les pertes et les batteries de condensateurs interagissent également avec les harmoniques d'une manière qu'une simple estimation ne peut pas appréhender. La note surSurchauffe du banc de condensateurs après l'ajout de variateurs de fréquenceCe document illustre comment le risque de résonance se manifeste en pratique. Un dimensionnement correct permet d'obtenir un compensateur adapté à la demande mesurée, et non à un pourcentage garanti.

Foire aux questions

Comment estimer la capacité SVG d'un site ?

À partir de la puissance apparente (kW) et du facteur de puissance mesurés, et non de la plaque du transformateur, enregistrez le profil de charge au point de couplage commun (PCC), retenez la puissance apparente maximale (kW) et le facteur de puissance minimal soutenu, définissez la valeur cible, puis appliquez la formule kvar = kW × (tan φ1 − tan φ2) et sélectionnez la valeur nominale standard immédiatement supérieure ou égale au résultat obtenu.

Où faut-il installer le CT d'un SVG ?

Là où il mesure le courant de charge que le convertisseur statique de tension (SVG) est censé corriger, la sortie du SVG est exclue de la boucle de rétroaction. Un transformateur de courant (TC) incluant le courant du compensateur permet au contrôleur de réguler en fonction de sa propre injection.

Ai-je besoin à la fois d'un fichier SVG et d'un fichier AHF ?

Uniquement si les deux problèmes sont présents. Utilisez un convertisseur SVG lorsque le problème concerne le facteur de puissance de déplacement ou la puissance réactive (kvar), et un convertisseur AHF lorsque le problème concerne le courant harmonique et le THDi. Lorsque les deux dépassent les limites, ils sont combinés, parfois au sein d'une seule unité hybride ou multifonction.

Quels sont les coûts d'entretien et le retour sur investissement à prévoir ?

Un générateur de vapeur à court terme (GV) ne comporte aucune pièce mobile ni contacteur pas à pas ; les interventions courantes consistent donc principalement à vérifier le circuit de refroidissement, les filtres et les ventilateurs, ainsi que le câblage des transformateurs de courant. Le retour sur investissement dépend du site et ne peut être fixé à l’avance ; par conséquent, toute estimation de ce retour sur investissement doit être interprétée avec prudence.

Étape suivante : Comparer la taille à vos propres mensurations

La méthode la plus fiable pour obtenir un dimensionnement SVG correct consiste à réaliser une étude du site, en commençant par la mesure de la puissance en kW, du facteur de puissance et du profil de charge. Le guidefacteur de puissance et puissance réactivecouvre les aspects économiques sous-jacents, et leGénérateur de variables statiques SVGLa gamme indiquée présente les modules disponibles pour la correction basse tension. Veuillez transmettre les données de votre étude (kW, facteur de puissance, cible et niveau d'harmoniques) et YT Electric pourra examiner les critères de dimensionnement pour votre projet.