09 Juin Le couteau Suisse de l’économie d’énergie
SVG – Static Var Générator
Evolution des dispositifs de compensation.
Les dispositifs de compensation de puissance réactive sont essentiels dans les systèmes électriques. Leur rôle principal est d’améliorer le facteur de puissance des systèmes d’approvisionnement et de distribution, améliorant ainsi l’utilisation des équipements de transport et des sous-stations, augmentant l’efficacité électrique et réduisant les coûts de l’électricité. De plus, l’installation de dispositifs dynamiques de compensation de puissance réactive à des endroits stratégiques le long des lignes de transport longue distance peut renforcer la stabilité du système, augmenter la capacité de transport et stabiliser la tension à l’extrémité de réception et sur l’ensemble du réseau.
Les équipements de compensation de puissance réactive ont évolué en passant par plusieurs étapes de développement. Le premier exemplaire, le compensateur synchrone, était encombrant et coûteux et a été progressivement abandonné. La deuxième méthode, utilisant des condensateurs shunt, offre les avantages d’un faible coût et d’une facilité d’installation et d’utilisation. Cependant, en raison des harmoniques potentielles et d’autres problèmes de qualité de l’énergie dans le système, l’utilisation de condensateurs purs est devenue moins courante.
La méthode actuelle de compensation des condensateurs de réacteur en série est largement adoptée pour améliorer le facteur de puissance. Pour les systèmes utilisateur avec une production continue et une faible variabilité de charge, une compensation fixe avec des condensateurs fixes (FC) est généralement recommandée. Alternativement, la compensation automatique contrôlée par des contacteurs et mise en œuvre par étapes convient aux systèmes d’alimentation et de distribution moyenne et basse tension.
Une compensation rapide est nécessaire lorsque les changements de charge sont rapides ou en présence de charges de choc, comme dans les mélangeurs de l’industrie du caoutchouc, où les besoins en puissance réactive du système fluctuent rapidement. Cependant, les condensateurs utilisés dans les systèmes de compensation automatique de puissance réactive standard conservent une tension résiduelle après déconnexion et retrait du réseau. L’ampleur de cette tension résiduelle est imprévisible et nécessite 1 à 3 minutes pour se décharger. Par conséquent, la reconnexion au réseau doit attendre que la tension résiduelle soit réduite en dessous de 50 V par la résistance de décharge interne du condensateur, ce qui exclut une réponse rapide. De plus, la présence d’harmoniques importantes dans le système signifie que les dispositifs de compensation de filtre accordés LC, comprenant des condensateurs et des réacteurs en série, nécessitent une capacité importante pour assurer la sécurité des condensateurs. Cela peut également conduire à une surcompensation du système, aboutissant à un système capacitif.
Dans cette présentation nous mettons volontairement les batteries de condensateurs à l’écart. Leur technologie n’est plus vraiment en adéquation avec les réseaux actuels. De plus elles ne sont pas compatibles avec les productions photovoltaïques en autoconsommation.
Le Static Var Compensator (SVC), un type de dispositif de compensation de puissance réactive statique, a ainsi été développé. Sa configuration typique consiste en un réacteur contrôlé par thyristors (TCR) combiné à un banc de condensateurs fixes (FC), nécessitant souvent une connexion en série avec une certaine proportion de réacteurs. L’importance du SVC réside dans sa capacité à ajuster en permanence la puissance réactive en modulant l’angle de retard de déclenchement des thyristors au sein du TCR. Les SVC sont principalement utilisés dans les systèmes de distribution d’énergie moyenne et haute tension et sont particulièrement adaptés aux scénarios présentant de grandes capacités de charge, de graves problèmes d’harmoniques, des charges de choc et des taux élevés de variation de charge, comme dans les aciéries, l’industrie du caoutchouc, les la métallurgie des fers, la transformation des métaux et les chemins de fer à grande vitesse.
Avec les progrès de la technologie de l’électronique de puissance, en particulier avec l’avènement des dispositifs IGBT et des techniques de contrôle améliorées, un nouveau type d’équipement de compensation de puissance réactive est apparu, distinct des conceptions traditionnelles basées sur des condensateurs et des réacteurs. Cet équipement est le générateur de var statique (SVG), qui utilise la technologie de contrôle de modulation de largeur d’impulsion PWM pour générer une puissance réactive capacitive ou absorber une puissance réactive inductive. Contrairement aux systèmes traditionnels, les SVG ne s’appuient pas beaucoup sur des condensateurs mais sur des circuits convertisseurs de type pont employant la technologie multiniveau ou la technologie PWM, éliminant ainsi le besoin de calculs d’impédance du système pendant l’utilisation. De plus, les SVG offrent les avantages d’un encombrement réduit et de la capacité d’ajuster rapidement et en douceur la puissance réactive sur une base dynamique continue, offrant ainsi une compensation capacitive et inductive bidirectionnelle.
Analyse comparative des dispositifs de compensation de puissance réactive SVC et SVG
1. Différents principes
- Le SVC peut être considéré comme une source de puissance réactive dynamique. En fonction des besoins de connexion du réseau, il peut soit fournir de la puissance réactive capacitive au réseau, soit absorber l’excès de puissance réactive inductive du réseau. Ceci est réalisé en connectant une batterie de condensateurs, généralement une batterie de filtres, au réseau. Lorsque le réseau ne nécessite pas beaucoup de puissance réactive, toute puissance réactive capacitive excédentaire est absorbée par un réacteur connecté en parallèle. Le courant du réacteur est contrôlé par un groupe de vannes à thyristors. En ajustant l’angle de phase du déclenchement des thyristors, la valeur efficace du courant circulant dans le réacteur peut être modifiée. Cela garantit que le SVC au point d’accès au réseau fournit juste assez de puissance réactive pour stabiliser la tension dans la plage spécifiée, compensant ainsi la puissance réactive du réseau.
- Le SVG utilise un onduleur haute tension comme noyau. En ajustant l’amplitude et la phase de la tension de sortie de l’onduleur, ou en contrôlant directement l’amplitude et la phase du courant côté CA, le SVG absorbe ou émet rapidement la puissance réactive nécessaire. Cela permet une régulation rapide et dynamique de la puissance réactive.
2. Différentes vitesses de réponse
La vitesse de réponse du SVC varie généralement de 20 à 40 ms, tandis que celle du SVG ne dépasse pas 10 ms, ce qui permet une suppression plus efficace des fluctuations de tension et du scintillement. Avec la même capacité de compensation, SVG fournit les meilleurs résultats en matière d’atténuation des fluctuations de tension et du scintillement.
3. Différentes caractéristiques basse tension
SVG se comporte comme une source de courant, sa capacité de sortie étant peu affectée par la tension du bus. Cette qualité confère au SVG un avantage significatif dans les applications de contrôle de tension. Plus la tension du système est basse, plus la régulation dynamique de la puissance réactive devient nécessaire. Les caractéristiques supérieures de basse tension du SVG signifient que sa sortie de courant réactif est indépendante de la tension du système. Il peut être considéré comme une source de courant constant et contrôlable qui continue de fournir un courant réactif nominal même lorsque la tension du système chute, démontrant ainsi une robuste capacité de surcharge. En revanche, le SVC présente des caractéristiques de type impédance, avec une capacité de sortie fortement influencée par la tension du bus. À mesure que la tension du système diminue, la capacité du SVC à produire un courant réactif diminue proportionnellement, n’ayant plus la capacité de gérer les surcharges. Par conséquent, la compensation de puissance réactive du SVG n’est pas affectée par la tension du système, tandis que la capacité de compensation du SVC diminue linéairement à mesure que la tension du système chute.
4. Performances de sécurité de fonctionnement différentes
SVC utilise la réactance ajustée par thyristor et plusieurs condensateurs comme principal moyen de compensation de puissance réactive, ce qui est très sujet au phénomène d’amplification de résonance, conduisant à des accidents de sécurité, et lorsque la tension du système fluctue considérablement, l’effet de compensation est grandement affecté et le fonctionnement la perte est importante ; Les condensateurs supportant le SVG n’ont pas besoin de mettre en place une banque de filtres, et le phénomène d’amplification de résonance n’existe pas, et le SVG est un procédé de compensation de type actif, et c’est un dispositif source de courant composé d’IGBT, qui est un système commutable, évitant ainsi le phénomène de résonance et améliorant considérablement les performances de sécurité de fonctionnement. SVG est un dispositif de compensation active, qui est une source de courant composé d’un dispositif commutable IGBT, évitant ainsi le phénomène de résonance et améliorant considérablement les performances de sécurité de fonctionnement. En fonction du régime de neutre et de la dimension des connexions du PEN, le SVG a la possibilité de régler les problèmes de déséquilibres (Elimination totale ou partielle des courants circulants dans le neutre).
5. Différentes caractéristiques harmoniques
SVC utilise des redresseurs contrôlés au silicium (SCR) pour gérer l’impédance fondamentale équivalente du réacteur. Cela le rend non seulement sensible aux harmoniques du système, mais l’amène également à générer un nombre important d’harmoniques. Pour atténuer cela, le SVC doit être associé à un banc de filtres pour éliminer ses propres émissions harmoniques. SVG utilise une technologie de pont monophasé à trois niveaux (NPC : Neutral Point Clamping), capable de produire des formes d’onde de tension à cinq niveaux en une seule phase, et emploie des méthodes de modulation d’impulsions par déphasage de porteuse. Cette approche rend SVG moins influencé par les harmoniques du système et lui permet même de les supprimer. SVG réduit considérablement le contenu harmonique du courant de compensation en incorporant des techniques telles que la multiplication, la modulation multi-niveaux ou la modulation de largeur d’impulsion, offrant un avantage par rapport au SVC.
6. Différentes exigences d’espace
SVG occupe un espace 1/2 à 2/3 plus petit que celui du SVC tout en offrant la même capacité de compensation. L’utilisation par SVG de moins de réacteurs et de condensateurs réduit considérablement la taille et l’encombrement du dispositif. En revanche, les réacteurs de SVC sont non seulement plus grands, mais nécessitent également plus d’espace pour l’installation, ce qui se traduit par une empreinte globale plus importante.
Dominique CANDAES
FLUX GENERATOR
Monein le 29 avril 2024