Que sont et que font les interharmoniques et d'où viennent-elles ?

 

Introduction

 

L’utilisation d’électronique de puissance et de systèmes de communication avancés améliore l’efficacité, la flexibilité et la fiabilité du système électrique, mais elle augmente également la distorsion interharmonique. La connaissance des interharmoniques, de leurs sources, effets, mesures, limites et atténuations aidera l'industrie à empêcher les interharmoniques d'affecter négativement le système électrique.

 

Définitions interharmoniques

 

L'IEEE définit les interharmoniques comme :

Une fréquence qui n'est pas un multiple entier de la fréquence de base du système électrique (comme 50 Hz ou 60 Hz).

La CEI définit les interharmoniques comme :

Entre les harmoniques régulières de la fréquence industrielle, il existe des fréquences supplémentaires qui ne sont pas des multiples entiers de la fréquence de base. Ils peuvent apparaître sous forme de fréquences discrètes ou sous forme d’un spectre à large bande.

 

Tableau 1 – Harmonique et interharmonique

Définitions

 

 

Sources interharmoniques

 

Les interharmoniques des systèmes électriques sont le plus souvent créées par deux phénomènes généraux. La première cause est des changements soudains et irréguliers de courant et de tension. Cela se produit lorsque les charges sont dans un état instable ou lorsque des ajustements du contrôle de tension ou de courant sont appliqués.

La deuxième source d'interharmoniques est la commutation statique du convertisseur non synchronisée avec la fréquence du système électrique (commutation asynchrone).

 

Les oscillations entre condensateurs série ou parallèle ou lorsque les transformateurs ou les moteurs à induction saturent peuvent également produire des interharmoniques.

· Charges d'arc

· Moteurs à induction

· Convertisseurs de fréquence électroniques

· Entraînements à charge variable

· Convertisseurs alimentés en tension (VSC)

L’une des conséquences du contrôle accru fourni par les VSC est la production d’interharmoniques.

· Communications par lignes électriques

· Communication des compteurs intelligents

 

Effets interharmoniques

 

Les interharmoniques, comme les harmoniques, ajoutent des signaux supplémentaires au système électrique. Ces signaux supplémentaires peuvent provoquer divers effets, notamment lorsqu'ils sont amplifiés par résonance.

 Deux des effets les plus courants et les plus significatifs des interharmoniques sont le scintillement de la lumière et les interférences de communication sur ligne électrique. Les deux effets proviennent de signaux non périodiques.

· Lumière scintillante

· Interférence de communication par ligne électrique

 

Mesures et normes interharmoniques

 

Aux États-Unis, les limites interharmoniques spécifiques n'ont pas été largement adoptées. L'IEEE a publié plusieurs normes pour les interharmoniques : IEEE 519.1 en 1992, IEEE 519.2 en 2001 et IEEE 1453.1 en 2010. Certains pays ont adopté la norme CEI 61000-4-7 pour la mesure des interharmoniques.

 

Mesurer les interharmoniques

 

La mesure des interharmoniques est difficile en raison de leur nature non périodique. Les méthodes traditionnelles des séries de Fourier ne parviennent souvent pas à capturer ces signaux irréguliers. Au lieu de cela, les experts ont proposé plusieurs méthodes alternatives, telles que la méthode de corrélation croisée généralisée, la transformation de Hilbert-Huang et la FFT fenêtrée. Chaque méthode offre différents degrés d’efficacité.

 

Limites interharmoniques

 

There is a general agreement that setting specific interharmonic limits is not practical. The impact of interharmonics can differ greatly based on their frequency, magnitude, and location.

Instead of imposing specific limits, apply existing harmonic distortion limits to the total harmonic and interharmonic distortion (THID). Establish specific interharmonic limits only when they cause particular issues.

 

Approaches to Setting Interharmonic Limits

 

Several approaches exist for determining interharmonic limits:

 

• Problem-Based Limits: Set limits according to the specific issues caused by interharmonics.
• Cumulative Effect Limits: Use limits based on the overall impact of interharmonics on the power system, similar to harmonic limits but covering a broader frequency range.
• Source-Based Limits: Establish limits based on the source of interharmonics, such as voltage source converters or arc furnaces. Each approach has its pros and cons, and the best method depends on the specific situation.
•  

 

Mitigating Interharmonics

 

Dealing with interharmonics is complex due to their non-periodic nature and diverse frequency range. Various methods can be used for mitigation:

• Passive Filters
• Active Filters: These filters adjust to changes in frequency and size, making them effective against a wide range of interharmonics.
• Voltage Source Converters
• Load Management
• Communication Systems

 

Summary

Interharmonics pose a growing concern for the power industry due to the increasing use of power electronics and communication systems. Understanding their sources, effects, measurement, limits, and mitigation is crucial for preventing adverse impacts on power systems. Despite the challenges in measuring and mitigating interharmonics, several effective approaches exist, tailored to specific circumstances.

 

One of the most effective solutions for interharmonic mitigation is the use of Active Power Filters (APFs). APFs are advanced devices designed to flexibly filter out unwanted frequency components, including interharmonics, from the power system. They provide significant advantages over passive filters, which can only target specific frequencies and might not effectively address a wide range of interharmonics.

 

 

Principle and Function of APF in Interharmonic Mitigation

Active Power Filters (APFs) work by injecting corrective currents into the power system to eliminate unwanted harmonics and interharmonics. They use advanced power electronics and real-time digital controls. The main parts of an APF are power converters (often IGBTs) and a control system that detects distortions in the power system.

Key Functions of APFs:

• Real-time Detection and Compensation: APFs use sensors and real-time digital processing to monitor the power system. When they detect interharmonics, they generate a compensating current to counteract these disturbances.
• Filtrage adaptatif : contrairement aux filtres passifs, les APF ajustent leur filtrage pour s'adapter aux conditions changeantes du système électrique. Cette flexibilité leur permet de traiter efficacement une large gamme de fréquences interharmoniques.
• Réduire les risques de résonance : les APF aident à prévenir la résonance, qui se produit lorsque les fréquences interharmoniques s'alignent sur les fréquences naturelles des composants du système. En annulant ces fréquences, les APF stoppent l'augmentation des niveaux interharmoniques.
• Amélioration de la qualité de l'énergie : les APF améliorent la qualité globale de l'énergie en réduisant les interharmoniques. Cela entraîne moins de problèmes d’équipement, moins d’interférences avec les systèmes de communication et un réseau électrique plus stable et plus fiable.

 

Efficacité améliorée du système : les APF contribuent à réduire les pertes d'énergie associées aux interharmoniques. Cela se traduit par une réduction des coûts d’exploitation et une amélioration de l’efficacité du système électrique.

 

 

Applications des APF

 

Les APF sont largement utilisés dans diverses applications, notamment :

 

Environnements industriels : pour atténuer les interharmoniques produites par les variateurs de fréquence, les fours à arc, etc.

Bâtiments commerciaux : pour assurer une alimentation électrique stable et propre pour les équipements électroniques et les systèmes de communication sensibles.

Systèmes d'énergie renouvelable : pour gérer les interharmoniques générées par les sources d'énergie renouvelables telles que les éoliennes et les onduleurs solaires.

Systèmes HVDC et STATCOM : Pour gérer les interharmoniques en courant continu haute tension (HVDC) et STATCOM.

 

Les filtres de puissance actifs (APF) sont essentiels pour gérer les interharmoniques dans les systèmes électriques actuels. Ils détectent et corrigent efficacement une large gamme de fréquences interharmoniques et s’adaptent aux changements du système électrique. Les APF améliorent la qualité de l’énergie, ce qui les rend essentiels pour des systèmes électriques fiables et efficaces. Les APF utilisent une technologie avancée et un contrôle en temps réel pour résoudre les problèmes interharmoniques, garantissant ainsi une alimentation stable et de haute qualité pour diverses utilisations.

Pour une solution adaptée à vos besoins en qualité d’énergie, nous vous invitons à consulter nos experts. Contactez-nous dès aujourd'hui pour découvrir comment nos APF avancés peuvent optimiser les performances et la fiabilité de votre système électrique.

Veuillez nous contacter : sales@yt-electric.com