Études harmoniques pour les systèmes BESS, les batteries de condensateurs et les charges industrielles

Le marché du stockage par batterie connaît une croissance plus rapide que le rythme de mise à jour de nombreux modèles électriques. La capacité des batteries à l'échelle industrielle aux États-Unis a dépassé les 26 GW en 2024 après que les développeurs ont ajouté 10,4 GW en un an ; en 2023, les ajouts avaient déjà atteint 6,4 GW, soit une hausse annuelle de 70%. De plus en plus de systèmes de conversion de puissance partagent désormais des bus avec des batteries de condensateurs, des variateurs de fréquence, des onduleurs de secours (UPS), des redresseurs, des onduleurs solaires et des dispositifs de correction de l'historique du réseau.

Les harmoniques se dissimulent bien.

Une installation peut réussir ses essais de mise en service pour un niveau de production donné, une configuration donnée du banc de condensateurs et une condition de court-circuit du réseau donnée ; or, six mois plus tard, les condensateurs commencent à griller, car l’ajout d’un transformateur, d’une ligne d’alimentation ou d’un nouveau paramètre de fonctionnement du système de stockage d’énergie par batterie (BESS) a modifié la résonance du réseau.

Qui sera alors tenu pour responsable : le fournisseur de batteries, le fabricant de condensateurs, le fournisseur d'énergie ou le concepteur qui n'a étudié qu'un seul cas de fonctionnement ?

Je jette un regard sans détour : L'évaluation des harmoniques d'un réseau électrique ne se résume pas à cocher une case dans un logiciel.. Il s'agit d'une analyse approfondie de la causalité électrique. Le concepteur doit déterminer ce qui provoque la distorsion, ce qui l'amplifie, quels équipements l'absorbent et quel événement imprévu transforme une forme d'onde acceptable en une panne coûteuse.

Ce qu'une évaluation des harmoniques d'un réseau électrique doit réellement vérifier

Une étude approfondie sur les harmoniques de haute qualité dans le domaine de l'énergie devrait aborder cinq questions :

1. Quelles sont les tensions harmoniques et les courants harmoniques présents avant le raccordement des nouveaux appareils ?
2. Quelles caractéristiques génèrent des harmoniques dans chaque mode de fonctionnement ?
3. Où se situent les fréquences de résonance de collecte et parallèles ?
4. Quelle configuration d'exploitation entraîne le plus haut niveau possible de distorsion ou d'obligation d'utilisation d'outils ?
5. Quelle mesure d'atténuation permet d'éviter l'apparition d'un nouveau problème ailleurs ?

Ça a l'air élémentaire. Ça ne l'est pas.

Une vérification de fréquence peut révéler un profil de résistance inoffensif lorsque tous les étages de condensateurs sont connectés. Il suffit de retirer un étage après avoir fait sauter un fusible, de changer de source d'alimentation ou de mettre un transformateur hors tension pour que la fréquence de résonance se déplace directement vers la 5e, la 7e, la 11e ou la 13e harmonique.

L'étude nécessite donc des pourcentages supérieurs à ceux du THD. Je m'attends au minimum à voir :

• Point d'excitation et impédance de transfert en fonction de la fréquence
• Tension harmonique individuelle et spectres existants
• Taux de distorsion harmonique (THD) de la tension et distorsion globale actuelle
• Courant efficace, tension et charge thermique d'un condensateur
• Charge harmonique des transformateurs et des câbles
• Niveau de sensibilité à la distorsion de tension historique
• Résultats de conformité au facteur de combinaison habituel
• Performances de réduction en configuration normale et en configuration d'urgence

Une vérité difficile à accepter : un rapport élaboré à partir d'un schéma à une seule ligne, de sources de courant courantes et d'un scénario de charge maximale ne constitue pas une étude des harmoniques. Il s'agit d'une prévision fondée sur des hypothèses de commodité.

Pourquoi l'analyse harmonique d'un système BESS est bien plus complexe que ce qu'indique la fiche technique d'un onduleur

En règle générale, ce ne sont pas les cellules de batterie qui constituent la principale source d'harmoniques en courant alternatif, mais bien le système de conversion de puissance.

Cependant, même cette affirmation s'avère insuffisante, car l'ordinateur ne fonctionne pas comme un simple générateur de courant harmonique fixe. Sa réponse, qui dépend de la fréquence, peut varier en fonction de la puissance active, de la puissance réactive, de la tension du réseau, du mode de commande, de la configuration du filtre, des différents blocs de conversion en service et de la robustesse du réseau.

Une étude de recherche sur le BESS doit analyser au moins les problèmes suivants :

• Charge maximale
• Débit maximal
• Procédure à faible consommation d'énergie
• Fonctionnement à puissance active nulle ou avec compensation de la puissance réactive (VAR)
• Paramètres de suivi du réseau et de stabilisation du réseau, le cas échéant
• Accessibilité partielle au PCS
• Différentes plages d'état de charge et leur incidence sur la tension continue
• Variantes de robinets « Transformer »
• Degrés de court-circuit énergétique minimal et optimal
• Configurations typiques et de secours des batteries de condensateurs
• Le BESS est connecté mais ne produit pas de puissance active

Ce dernier problème est constamment négligé. Il ne faut pas qu'il en soit ainsi.

Un convertisseur fonctionnant au ralenti peut tout de même présenter une insensibilité au réseau qui dépend de la fréquence. Il peut aggraver la distorsion de tension ambiante même lorsque son propre pic de courant harmonique est modeste. Le rapport de synthèse du Power Systems Combination Group de 2024 indique que les ressources basées sur des onduleurs fonctionnant correctement ne génèrent pratiquement jamais à elles seules des niveaux d’harmoniques importants, à moins que des vibrations ne viennent les amplifier ; lorsque des problèmes d’injection surviennent, les harmoniques d’ordre inférieur causées par les imperfections des onduleurs sont souvent bien plus importantes que les harmoniques de commutation caractéristiques.

Prenons l'exemple d'un Système de stockage d'énergie (ESS) en armoire de 100 kW et 215 kWh destiné aux entreprises et aux commerces. Sa puissance nominale et son classement en termes de puissance aident à définir la mission, mais la fiche produit laisse à la discrétion du client les choix concernant la tension du système, le refroidissement, la composition chimique, les communications et l'intégration finale à l'ordinateur. Ces informations manquantes sur l'ordinateur et le transformateur sont précisément ce dont a besoin une version harmonique du BESS.

Cette mise en garde s'applique encore davantage à un système de stockage d'énergie commercial et industriel en conteneur. Un conteneur peut intégrer de nombreuses chaînes de batteries, des blocs PCS, des transformateurs, des entraînements complémentaires, des dispositifs de chauffage et de refroidissement, des systèmes BMS et EMS, ainsi que des appareillages de commutation. Tant que la configuration du projet n’est pas définitive, le modèle harmonique reste provisoire – il n’est pas erroné, mais provisoire.

Bancs de condensateurs : une puissance réactive abordable, mais des vibrations coûteuses

Sur un schéma à une ligne, les condensateurs semblent simples. D'un point de vue électrique, ce sont des composants sélectifs en fréquence.

La réactance capacitive diminue lorsque la fréquence augmente :

[X_C = \frac{1} ] Cela signifie qu’un banc de condensateurs présentant une résistance considérable à 50 ou 60 Hz pourrait constituer un chemin très attractif pour les courants harmoniques à 250, 300, 350 ou 420 Hz. Il peut en résulter une augmentation du courant de condensateur, même lorsque le THD de la tension du bus semble acceptable.

Les recommandations du NREL relatives aux micro-réseaux précisent que les courants harmoniques non filtrés sont acheminés vers les condensateurs de correction du facteur de puissance, car leur résistance diminue avec la fréquence. Ces batteries de condensateurs peuvent servir de puits de courants harmoniques et être soumises à des contraintes ; ces mêmes recommandations préconisent de réaliser une analyse de conception étayée par des mesures avant de choisir des filtres passifs ou actifs.

Ce système dangereux se présente généralement sous l'une des deux formes suivantes :

Vibration identique développe une forte immunité au niveau du réseau à proximité de la fréquence de résonance. Un courant harmonique relativement faible peut alors générer une tension harmonique importante.

Vibrations de la collection génère un circuit à faible impédance. Le courant harmonique peut atteindre des valeurs élevées au niveau du condensateur, de la bobine d'arrêt, du transformateur ou du câble, même si la distorsion de tension ailleurs reste discrètement modérée.

Voici un exemple courant de devis pour une première évaluation :

[h_r ≈ √ ] où (hr) correspond à l'ordre harmonique approximatif le plus élevé, (S SC) correspond à la résistance aux courts-circuits, et (Q_C) au score du banc de condensateurs, exprimé dans des unités compatibles.

Utile ? Oui.

Suffisant ? Non.

Cette formule ne tient pas compte de la topologie du réseau, de la capacité des câbles, de l'action régulatrice des transformateurs, de la présence de plusieurs institutions financières, de l'amortissement de la charge, des filtres et de l'immunité des convertisseurs. Je l'utilise pour mettre en évidence les incertitudes, et non pour émettre un avis en matière de conception.

Un cas rapporté dans le rapport général 2024 de l’ESIG illustre parfaitement ce point. Les ingénieurs avaient initialement soupçonné les onduleurs des éoliennes après l’apparition d’une distorsion de tension anormale dans un parc éolien. Une analyse plus approfondie a révélé que cette distorsion était maximale lorsque les éoliennes étaient hors tension : elle était due à une résonance de 9e harmonique impliquant les câbles de raccordement, les condensateurs de la sous-station, la saturation du transformateur et un déséquilibre du réseau. Le réglage des condensateurs a permis de désaccorder le réseau.

L'onduleur était le principal suspect.

C'était également le mauvais suspect.

Les harmoniques des charges industrielles sont liées à l'état de fonctionnement

“Les ” terrains industriels » ne constituent pas un modèle harmonique pertinent. Il s'agit d'une catégorie de facturation.

Le modèle doit distinguer les technologies réelles qui se cachent derrière les mégawatts :

• Variateurs de fréquence à six et douze impulsions
• Entraînements à frontal actif
• Variateurs à courant continu et redresseurs
• Produits d'alimentation sans coupure
• Matériaux pour alimentations à découpage
• Matériel de soudage
• Chauffages à arc et à induction
• Électrolyseurs
• Systèmes de recharge pour camions électriques
• Charges de traitement de données considérables
• Éclairage LED
• Effets de magnétisation et de saturation des transformateurs

Un redresseur à six impulsions idéal est généralement associé à des harmoniques particulières d'ordre (h = 6k ± 1), ce qui rend les 5e et 7e harmoniques courantes, suivies par les 11e et 13e. Cependant, les plages de fréquences sont rarement optimales. La résistance de la source, l’inductance du bus CC, le déséquilibre de courant, la charge de l’entraînement, le chevauchement de commutation, les liaisons de transformateur et la distorsion de tension de fond influencent à la fois la taille et l’angle de phase.

L'agrégation a également son importance. Les courants harmoniques provenant de vingt variateurs ne s'additionnent pas nécessairement de manière arithmétique. Les différences d'angle de phase peuvent entraîner des problèmes de terminaison. Cependant, partir du principe que la terminaison est optimale relève également d'une imprudence.

Les parcs informatiques modernes connaissent eux aussi une croissance dont l'ampleur redéfinit la notion même de “ commercial ”. Un rapport du ministère américain de l’Énergie publié en décembre 2024 a révélé que les centres de données américains avaient consommé environ 176 TWh en 2023, ce qui représentait environ 4,41 TP3T de la consommation nationale d’électricité, et prévoyait une hausse à environ 6,71 TP3Tà 12% d’ici 2028. Les grands centres alimentés par des onduleurs et à forte densité d’électronique de puissance peuvent donc faire l’objet de la même technique de modélisation que celle historiquement réservée aux aciéries et aux usines chimiques.

Je n'accepte donc pas les “ lots de moteurs ” ni la “ charge électronique ” comme données de conception définitives. Je souhaite connaître le type d'outils, le nombre d'impulsions, la topologie de commande, la variété des conditionnements, le nombre de dispositifs, le raccordement des transformateurs, la plage d'harmoniques et, le cas échéant, les angles de phase mesurés.

Ensemble minimal de données requis pour une étude des harmoniques de haute qualité et défendable

La qualité finale d'une étude de recherche dépend de la qualité des données d'entrée. Aucun solveur ne peut récupérer des informations sur les transformateurs qui n'ont pas été collectées.

Appel à contributions	Pourquoi est-ce important ?	Un remplacement médiocre que je contesterais sans hésiter
Signification typique de la combinaison	Détermine où la conformité est vérifiée	Utiliser le parcmètre le plus proche, sans tracas
Niveaux maximal et minimal de défaillance du service public	Met en évidence des régularités marquées et corrige les distorsions	Un court-circuit “ courant ” qui vaut la peine
Résistance, groupe vectoriel et prises d'un transformateur	Influence les trajectoires des impacts, la résonance et l'épuisement	Seule la puissance nominale MVA
Géométrie de la télévision par câble et des lignes aériennes	Détermine la résistance, l'inductance et la capacité en fonction de la fréquence	Réactance à la fréquence fondamentale uniquement
Tailles des étages de batteries de condensateurs et logique de commutation	Variations de la fréquence de résonance en fonction de l'état de fonctionnement	Total des kvar installés
Tolérances des composants du réacteur et du filtre	Détermine l'accord et le désaccord	Régularité de l'ajustement nominal
Modèle harmonique ou spectres générés par ordinateur	Représente le tir BESS et l'insensibilité	Onduleur PWM classique
Spectres des variateurs de fréquence, des onduleurs et des redresseurs	Définit les ressources harmoniques industrielles	Une tonne combinée non linéaire
Dimensions actuelles de la distorsion de tension	Utilitaire de gestion des enregistrements et contexte des clients voisins	Envisager une ressource entièrement sinusoïdale
Horaires d'exploitation et plans d'urgence	Identifie les pires cas connus	Uniquement les lots maximaux
Catégorie de compteur et détails relatifs à l'échantillonnage	Détermine si les mesures sont fiables	Capture d'écran d'un compteur à écran
Classement des outils en fonction de leur service harmonique	Transforme la distorsion en risque immobilier	Contrôle du THD uniquement

En ce qui concerne les batteries modulaires, la distinction entre les équipements à courant continu et la conversion en courant alternatif doit rester claire. A Batterie LiFePO4 de stockage d'énergie de 51,2 V et 200 Ah, montée en rack offre une capacité de stockage nominale en courant continu de 10,24 kWh, tandis qu'un Batterie LiFePO4 de 51,2 V et 100 Ah, montée en rack, destinée aux systèmes de stockage d'énergie (ESS) fournit 5,12 kWh et permet l'intégration avec un onduleur ou un système de conversion de puissance (PCS) compatible. Les performances en matière d'harmoniques ne peuvent être déduites de l'une ou l'autre de ces valeurs de batterie ; elles dépendent du système de conversion raccordé et du réseau alternatif.

Comment mener une étude harmonique sans se leurrer

Une stratégie opérationnelle défendable repose sur un processus itératif. L'analyse des dimensions guide la modélisation ; la modélisation permet d'identifier les mesures manquantes ; les mesures d'atténuation sont ensuite évaluées à la lumière de ces deux éléments.

1. Définir la limite de conformité

Identifier les points de raccordement types, les bornes des outils, les bus internes et les points de cotes réglementaires.

Commencez par cela. Sinon, le groupe risque de passer des semaines à démontrer sa conformité dans un bus où personne n'est tenu de respecter les règles.

2. Dimensions standard des conduites

Enregistrez les courbes de tension et de courant avant de raccorder le tout nouveau système de stockage d'énergie par batterie (BESS), le parc de condensateurs ou une charge industrielle.

Les dimensions doivent inclure :

• Fabrication standard
• Durées des efforts légers
• Commutation des condensateurs
• Mises en service d'engrenages de grande taille ou modifications de procédures
• Transferts provenant des services publics
• Horaires d'ouverture en semaine et le week-end
• Amplitude et phase des harmoniques privées
• Tension et déséquilibre existant
• Des occasions de courte durée où cela est judicieux

Une seule image de 15 minutes atteste d’une période de 15 minutes. Rien de plus.

3. Vérifier la version à fréquence fondamentale

Avant d'analyser la 25e ou la 50e harmonique, vérifiez que la simulation de flux de charge reproduit fidèlement la tension mesurée à 50 ou 60 Hz, le courant, la puissance active, la charge du transformateur et le flux de puissance réactive.

Les versions de base négatives donnent aux graphiques harmoniques avancés un air de crédibilité, alors qu'ils restent erronés.

4. Construire le réseau dépendant de la fréquence

Représenter les transformateurs, les câbles, les lignes électriques, les générateurs, les équivalents énergétiques, les filtres, les batteries de condensateurs, les réacteurs et les interfaces utilisateur des convertisseurs sur toute la plage de fréquence requise.

L'amortissement à haute fréquence mérite une attention particulière. L'ESIG souligne que le fait de ne pas tenir compte de la résistance liée à l'effet de peau et de divers autres amortissements dépendants de la fréquence dans les modélisations des transitoires électromagnétiques peut entraîner une résonance d'une ampleur irréaliste qui n'existe pas dans le système physique.

5. Effectuer des contrôles de résistance

Effectuez des contrôles de résistance au point d'entraînement aux endroits suivants :

• Le PCC
• Terminaux BESS PCS
• Tableaux électriques principaux
• Bus de bancs de condensateurs
• Grands bus à charge non linéaire
• Points de raccordement des filtres

Calculez également l'immunité aux perturbations entre les sources harmoniques importantes et les barrages concernés. Une source peut être électriquement éloignée à 60 Hz tout en étant étroitement couplée à la fréquence de résonance.

6. Utiliser des sources harmoniques raisonnables

Dans la mesure du possible, utilisez les spectres fournis par le fournisseur ou les dimensions validées. Déterminez la taille et le niveau des harmoniques en fonction du point de fonctionnement, plutôt que d'utiliser un spectre fixe pour chaque condition.

Pour les sources à onduleur raccordées au réseau de transport, des versions à couplage d'impédance ou de fréquence peuvent s'avérer nécessaires. Les représentations simples de type « source de courant idéale » ne permettent pas de prendre en compte l'amplification provoquée par l'interaction entre le convertisseur et le réseau.

7. Établir une matrice des situations

Veillez à inclure au minimum :

• Résistance minimale et optimale de la grille
• Toutes les combinaisons d'étages de batteries de condensateurs
• Paramètres du BESS : coût, décharge, veille et VAR
• Disponibilité totale et partielle des ordinateurs
• Production industrielle maximale et minimale
• Situations d'urgence liées aux transformateurs et aux lignes d'alimentation
• Niveau de sensibilité à la déformation de l'histoire
• Filtres en service et hors service
• Tolérances prévues pour les composants
• Prochaines phases d'extension

Cela génère de nombreuses instances. Parfait.

L'objectif n'est pas de réduire le nombre de simulations. Il s'agit plutôt de trouver le cas que l'usine finira par découvrir d'elle-même.

8. Évaluer séparément la conformité et la responsabilité liée aux outils

Une installation peut respecter les limites de distorsion fixées par la PCC tout en soumettant un banc de condensateurs interne à une contrainte excessive. Elle peut également dépasser une limite réglementaire sans pour autant présenter de risque immédiat pour les équipements.

Ce sont là quelques réflexions finales. Le rapport ne doit pas les occulter.

9. Mise en page et nouveaux tests de validation des mesures d'atténuation

Chaque dispositif de protection modifie l'immunité du système. Après avoir ajouté un filtre, un réacteur, un transformateur ou un condensateur, refaites la matrice de conditions complète.

Ne testez jamais le filtre uniquement dans la situation qui a justifié son achat.

10. Vérifier lors de la mise en service

Placez le système monté dans les mêmes conditions de fonctionnement que celles utilisées dans le modèle. Comparez les spectres harmoniques, les comportements de résonance, le courant de condensateur et l'efficacité du filtre.

Un écart important n'est pas un simple problème d'esthétique. Cela signifie que les hypothèses, les dimensions, la configuration du matériel ou la version doivent être modifiées.

IEEE 519 et IEEE 2800 : ces restrictions ne constituent pas une “ directive 5% ” universelle”

La norme IEEE 519-2022 définit des objectifs de contrôle des harmoniques pour les systèmes composés d'éléments linéaires et non linéaires. Ses contraintes en matière de tension en régime permanent et de distorsion s'appliquent au niveau du facteur de couplage habituel de l'utilisateur, et non directement au niveau de chaque bus interne ou de chaque borne d'équipement.

De même, la distorsion existante ne peut pas être ramenée à un seul pourcentage universel de THDi. La norme IEEE 519 évalue les limitations de courant en se basant sur la distorsion totale de la charge et sur le rapport entre le courant de court-circuit admissible et le courant de charge optimal. Un PCC faible et un PCC solide ne sont pas soumis aux mêmes limites de courant.

Pour les projets de transport et de sous-transport d'électricité, la norme IEEE 2800-2022 définit des exigences minimales en matière d'interconnexion et de performances pour les ressources basées sur des onduleurs (IBR), notamment en ce qui concerne la qualité de l'énergie. Le soutien technique de l'IEEE associé à cette norme recommande une analyse de l'impact harmonique pour les projets IBR raccordés au réseau de transport.

Ma ligne directrice est simple : identifier tous les besoins pertinents avant de passer à la modélisation.

Cela peut notamment inclure :

• Exigences de l'IEEE
• Normes d'interconnexion des réseaux de distribution d'énergie
• Exigences relatives au code de réseau
• Limites des fabricants d'outils
• Accords de projet
• Problèmes liés aux contrats d'assurance
• Exigences spécifiques à chaque propriétaire en matière de qualité de l'énergie

La réussite à une épreuve ne garantit pas automatiquement la réussite aux cinq autres.

Quelle est, en réalité, la meilleure approche en matière d'atténuation des harmoniques ?

Il n'existe pas de filtre harmonique universellement idéal pour les réseaux électriques industriels.

Il n'y a qu'une seule ligne de conduite efficace face à un système bien établi.

Approche d'atténuation	Idéal pour	Principal avantage	Menace principale
Banc de condensateurs désaccordé	Modification du facteur de puissance lorsque les vibrations doivent être décalées	Allie la prise en charge du kvar au contrôle des vibrations	Chauffage domestique à activateur et point de désaccord incorrect
Filtre passif à une seule fréquence	Ordres harmoniques stables et dominants	Absorption fiable de courants élevés	Développe des résonances voisines
Filtre passe-haut	Distorsion à haute fréquence généralisée	Protection contre les hautes fréquences	Pertes fondamentales et capacité ajoutée
Filtre harmonique énergétique	Lots non linéaires variables et plages variables	Compensation dynamique	Restrictions relatives à l'intensité nominale et communication de commande
Filtre hybride actif-passif	Présence d'harmoniques élevées entraînant des problèmes de variation	Partage un fardeau stable et dynamique	Une synchronisation plus complexe
Activateur de ligne ou self de circuit intermédiaire	Mesures d'atténuation au niveau des variateurs de fréquence (VFD) ou des redresseurs individuels	Simple et de proximité	Réduction limitée
Configuration d'un transformateur à impulsions multiples	Grands redresseurs	Supprime les harmoniques spécifiques sélectionnées	Coût des transformateurs et sensibilité au déséquilibre
Convertisseur à frontal actif	Charges nécessitant un courant bidirectionnel ou régulé	Distorsion particulière réduite lorsqu'il est correctement réglé	Décharges plus fréquentes et habitudes de contrôle
Redimensionnement ou déplacement d'un banc de condensateurs	Résonance générée par les outils kvar existants	Supprime le système de référence	Peut réduire l'assistance en tension ou en facteur de puissance
Reconfiguration du réseau	Vibration induite par la topologie	Permet de résoudre le problème sans avoir recours à un autre filtre	Cela n'est peut-être pas judicieux d'un point de vue opérationnel

Le NREL souligne que les filtres actifs peuvent fonctionner comme des dispositifs autonomes ou être intégrés directement dans un système de stockage d'énergie par batterie. Cela ne signifie pas pour autant que chaque système de stockage d’énergie par batterie (BESS) doive être proposé comme un filtre d’harmoniques à l’échelle du site ; il convient encore d’examiner la présence d’un convertisseur disponible, le transfert des données de contrôle, les limites de la garantie, les contrôles de sécurité et les engagements synchronisés en matière de puissance active et réactive.

Et les filtres ripostent.

Une branche accordée ajoute de la capacité. Cette augmentation peut créer une toute nouvelle résonance en dessous de la fréquence d'accord. Le vieillissement des composants, la température, les résistances de fabrication, les éléments de condensateur défaillants et les configurations commutées peuvent ensuite décaler à nouveau la résonance.

“ Configurer un filtre ” n'est pas une conclusion.

C'est le début d'une nouvelle enquête.

Les lacunes de la recherche que je soulèverais sans aucun doute lors d'une évaluation technique

En partant du principe que la source d'alimentation est entièrement sinusoïdale

Il existe une distorsion de fond. Le nouveau BESS pourrait l'amplifier plutôt que de la générer.

Utilisation d'un seul niveau de court-circuit de service

La résonance s'intensifie souvent lorsque l'intensité du réseau est faible, mais une résistance optimale peut entraîner divers problèmes liés à l'intensité du courant. Ces deux aspects sont importants.

Modélisation des batteries de condensateurs sous la forme d'un bloc kvar unique

Les banques automatiques basculent par phases. Chaque combinaison légitime de phases donne lieu à un réseau différent.

Considérer tous les disques comme des ressources existantes similaires

La topologie du circuit d'excitation, le remplissage, le réglage du self, la liaison du transformateur et l'angle de phase influent sur l'agrégation.

Étude du BESS uniquement à la décharge nominale

La facturation, le fonctionnement en continu, l'assistance en puissance réactive, la baisse de la disponibilité du PCS et les transitions entre modes de contrôle peuvent entraîner diverses conséquences.

Négligence de l'immunité du convertisseur

Un onduleur peut accentuer la distorsion ambiante en raison de son insensibilité liée à la fréquence, même lorsque son injection d'harmoniques directes est réduite. L'ESIG considère ce mécanisme d'amplification comme un sujet de préoccupation majeur pour les centrales équipées d'onduleurs.

En négligeant l'amortissement dépendant de la fréquence

Cela peut donner lieu à des phénomènes de vibration spectaculaires qui disparaissent dès lors que l'on tient compte des résistances réelles du câble, du transformateur et de la ligne.

Sélection des filtres en fonction du coût le plus bas des ressources

Un filtre bon marché qui modifie le flux de puissance réactive, provoque des surcharges en cas d'incident ou génère une résonance à proximité n'est pas une solution viable. Cela revient à reporter les travaux de réparation.

THD de couverture sans harmoniques privées

Deux bus peuvent présenter exactement le même THD tout en comportant des risques totalement différents. Les problèmes liés aux condensateurs, à l'échauffement des transformateurs, aux interférences de commande et aux vibrations dépendent de la fréquence.

Masquer l'incertitude

Il se peut que les versions proposées par les fournisseurs ne soient pas disponibles avant la passation de commande. Les lots futurs pourraient être de nature spéculative. La résistance aux conditions d'utilisation peut être indiquée sous forme de fourchette.

Énumérez ces imprévisibilités. Effectuez ensuite une analyse de sensibilité.

Une précision factice vaut pire qu'un ensemble sincère.

Ce que doit apporter l'évaluation finale de la distorsion harmonique

Un dossier spécialisé doit comporter les éléments suivants :

• Gamme et conditions d'utilisation
• Définition des bus PCC et d'évaluation de l'intérieur
• Registre de données source
• Résumé de la campagne « Dimension »
• Hypothèses et contraintes de conception
• Situations liées à l'impédance des réseaux de distribution
• Modèles de sources harmoniques
• Graphiques de balayage de fréquence
• Plages de tension et de courant harmoniques
• Tableaux de conformité
• Droits de douane sur les condensateurs, les transformateurs, les câbles et les filtres
• Résultats prévisionnels et résultats en cas d'imprévu
• Niveau de sensibilité à la distorsion de fond
• Options d'atténuation
• Risques résiduels
• Plan d'essais de mise en service
• Registre des fichiers modèles autochtones
• Définition claire des responsabilités en cas de données fournisseurs non validées

J'attends également une réponse concise à trois questions : Le travail sera-t-il conforme ? Les outils feront-ils l'affaire ? Que faut-il modifier avant la mise sous tension ?

Tout le reste contribue à ces réactions.

Questions fréquemment posées

Qu'est-ce que l'analyse des harmoniques d'un réseau électrique ?

Une analyse harmonique d'un réseau électrique est une étude de conception qui évalue les distorsions de tension et de courant, identifie les fréquences dominantes et leurs sources, vérifie la conformité aux conditions de couplage habituelles et permet de déterminer si les transformateurs, les câbles, les batteries de condensateurs, les convertisseurs, les relais ou les filtres sont soumis à des contraintes électriques ou thermiques indésirables.

Il intègre généralement des mesures de surface, une modélisation du réseau en fonction de la fréquence, des informations sur les sources d'harmoniques, des analyses d'impédance, une analyse de scénarios et une évaluation post-installation.

En quoi l'analyse des harmoniques du système BESS diffère-t-elle exactement d'une étude de charge moyenne ?

L'analyse harmonique des systèmes BESS consiste en une analyse dans le domaine fréquentiel et, si nécessaire, en une analyse des transitoires électromagnétiques visant à déterminer précisément comment un système de conversion d'énergie par batterie génère, absorbe ou amplifie les distorsions lors de la charge, de la décharge, du fonctionnement au ralenti, de la fourniture de puissance réactive ou de la modification des paramètres de contrôle, en fonction de différentes conditions de tension du réseau et de disponibilité des équipements.

Contrairement à un parc non linéaire réparé, un BESS est bidirectionnel et fait l'objet d'une gestion rigoureuse. Son point de fonctionnement et sa résistance, qui dépendent de la fréquence, peuvent varier au cours de la journée.

Les condensateurs utilisés par les établissements financiers peuvent-ils provoquer des vibrations harmoniques ?

La résonance harmonique d'un banc de condensateurs désigne l'amplification de la tension ou du courant harmonique qui se produit lorsque l'inductance du réseau et la capacité installée présentent une fréquence propre proche d'une source d'harmoniques existante, ce qui permet à une distorsion de fond relativement modeste de provoquer un courant élevé, une surtension, le déclenchement des fusibles, une surchauffe ou une défaillance des équipements.

Le désaccord des activateurs, le redimensionnement des banques, les déplacements, les changements de contrôle par étapes, les filtres simples, les filtres énergétiques ou la reconfiguration du réseau peuvent résoudre le problème ; toutefois, chaque option doit être vérifiée pour tous les états de commutation plausibles.

Comment mener une étude sur les harmoniques ?

Une étude harmonique rigoureuse consiste à définir le PCC et les contraintes, à recueillir des mesures sur le terrain et des informations auprès des fournisseurs, à élaborer un modèle de réseau en fonction de la fréquence, à analyser l'immunité, à appliquer des spectres harmoniques pertinents, à tester les conditions d'exploitation, à examiner les charges des équipements, à mettre en place des mesures de réduction et à valider le modèle final par rapport aux comportements mesurés.

C'est une question d'ordre. Choisir un filtre avant d'avoir déterminé la résonance et la ressource revient généralement à faire une supposition qui peut coûter cher.

Quels sont les meilleurs filtres d'harmoniques pour les réseaux électriques commerciaux ?

Le meilleur filtre harmonique pour un réseau électrique commercial est celui – ou la combinaison de dispositifs – qui élimine les distorsions identifiées sans générer de nouvelles vibrations, sans aller à l'encontre des besoins en puissance réactive, sans mettre à rude épreuve les systèmes de secours et sans reposer sur une réaction de régulation qui ne peut pas rester stable sur toute la plage de fonctionnement du site.

Les installations à courant continu stable peuvent privilégier des filtres passifs adaptés. Les charges soumises à des variations rapides peuvent justifier le recours à des filtres actifs. Les sites à courant élevé nécessitent souvent des solutions hybrides.

Dans quels cas un centre commercial devrait-il faire réaliser une étude sur les harmoniques liées à la qualité de l'alimentation électrique ?

Un site industriel devrait faire réaliser une étude sur les harmoniques avant d'intégrer des variateurs de fréquence (VFD) de grande puissance, des redresseurs, des systèmes UPS, des réchauffeurs à arc, des batteries de condensateurs, des onduleurs solaires ou des équipements de stockage d'énergie par batterie (BESS) ; et ce, une nouvelle fois lorsque des surchauffes inexpliquées, des déclenchements intempestifs, des défaillances de condensateurs, des dysfonctionnements de relais ou des mesures de formes d'onde indiquent que la configuration actuelle du réseau n'est plus adaptée à l'usine.

Le moment le plus économique intervient avant l'achat. Le moment le plus coûteux intervient après que les appareils se sont mis à tomber en panne de manière répétée.

Précisez les recherches sur les harmoniques avant d'acheter le matériel

N'attendez pas que les condensateurs se chargent pour démarrer.

Définir le PCC, recueillir les données relatives à l'ordinateur et aux charges non linéaires, évaluer la distorsion existante, modéliser chaque état de commutation fiable et intégrer la validation des harmoniques dès la phase d'approvisionnement – et non pas en faire un sujet de discussion après la mise sous tension.

Pour un projet de système de stockage d'énergie par batterie (BESS) ou d'espace de stockage commercial, veuillez nous communiquer la puissance du système, l'énergie, la tension, la configuration du transformateur, les informations relatives au banc de condensateurs, la liste des charges non linéaires, les niveaux de défauts énergétiques ainsi que les paramètres de fonctionnement souhaités, afin que nous puissions réaliser une analyse des harmoniques et élaborer une stratégie d'atténuation adaptée à votre projet.