Introduction
Dans les systèmes électriques modernes, L'utilisation croissante de charges non linéaires, telles que les entraînements de fréquence variable (VFDS), Commutateur d'alimentation, et onduleurs pour énergies renouvelables – a conduit à la prolifération des distorsions harmoniques. Ces harmoniques peuvent dégrader la qualité de l'énergie, provoquer des dysfonctionnements de l'équipement, et augmenter les pertes d'énergie. Les filtres harmoniques sont des composants essentiels conçus pour atténuer ces distorsions, garantir un fonctionnement efficace et fiable du système électrique.
- Comprendre les harmoniques dans les systèmes électriques
1.1 Définition des harmoniques
Les harmoniques sont des formes d'onde de tension ou de courant dont les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale du système électrique. (typiquement 50 Hz ou 60 HZ). Ils sont générés par des charges non linéaires qui consomment du courant sous forme d'impulsions abruptes plutôt que d'ondes sinusoïdales douces..
1.2 Sources d'harmoniques
Les sources courantes d'harmoniques comprennent:
Appareils électroniques de puissance (Par exemple, redresseurs, onduleur, VFDS)
Alimentations sans interruption (Hauts)
Systèmes d'éclairage LED et fluorescents
Fours à arc et machines à souder
Systèmes d'énergie renouvelable (onduleurs solaires/éoliens)
L’ordre principal de distorsion harmonique est 5/7 distorsion de courant harmonique, et la forme d'onde actuelle présente une forme d'onde typique à deux têtes. Avant le traitement de l'équipement, le taux de distorsion harmonique total du système atteint 35.8%. Après le traitement de l'équipement, le taux de distorsion harmonique total du système est tombé à environ 5%, la forme d'onde est revenue à la normale, et en même temps, chaque harmonique a diminué de manière significative.1.3 Effets des harmoniques
Les distorsions harmoniques peuvent entraîner:
Surchauffe des transformateurs et des moteurs, réduisant leur durée de vie
Pannes de batterie de condensateurs dues à des conditions de résonance
Augmentation des pertes de puissance dans les systèmes de distribution
Interférence avec les systèmes de communication
Dysfonctionnement des équipements électroniques sensibles
Pour atténuer ces problèmes, des filtres harmoniques sont utilisés.
2. Objectif des filtres harmoniques
L'objectif principal des filtres d'harmoniques est de réduire la distorsion harmonique dans les réseaux électriques en bloquant ou en absorbant les courants harmoniques.. Les objectifs clés comprennent:
Améliorer la qualité de l'énergie en maintenant les formes d'onde de tension et de courant proches de la sinusoïdale.
Prévenir les dommages aux équipements causés par un échauffement harmonique excessif.
Améliorer l’efficacité du système en réduisant les pertes.
Respect des normes de qualité de l'énergie (Par exemple, IEEE 519, IEC 61000-3-6).
3.2 Filtres harmoniques actifs (Ahf)
Les filtres actifs utilisent l'électronique de puissance (Igbts, Contrôleurs DSP) pour injecter des courants contre-harmoniques qui annulent les distorsions. Ils s'adaptent dynamiquement aux différentes charges harmoniques.
Avantages:
Très efficace pour une large gamme d'harmoniques.
Compensation adaptative en temps réel.
Aucun problème de résonance.
Inconvénients:
Coût initial plus élevé.
Nécessite une alimentation électrique et des circuits de contrôle complexes.
4. Principe de fonctionnement des filtres harmoniques
4.1 Fonctionnement du filtre passif
Un filtre passif est conçu pour fournir un chemin à faible impédance pour des harmoniques spécifiques. Par exemple, un filtre de 5ème harmonique utilise un circuit LC réglé pour 250 HZ (pour 50 Systèmes Hz). Les harmoniques à cette fréquence sont shuntées, les empêchant d'entrer dans la grille.
4.2 Fonctionnement du filtre actif
Un filtre d'harmoniques actif surveille en permanence le courant de charge à l'aide de capteurs. Un processeur de signal numérique (DSP) analyse les harmoniques et génère des courants inverses, qui sont réinjectés dans le système pour annuler les distorsions.
L'équipement source d'harmoniques génère des courants harmoniques de différents ordres. Après que l'APF mesure le courant harmonique, il contrôle la sortie du commutateur IGBT pour qu'elle soit opposée à sa direction, et le courant harmonique d'égale ampleur est compensé. Après que le courant passe par le point d'accès APF, il peut être restauré à l'état pur
5. Applications des filtres harmoniques
Les filtres harmoniques sont largement utilisés dans les industries à forte pollution harmonique, y compris:
Plantes industrielles (avec VFD et grands entraînements moteurs)
Centres de données (matériel informatique sensible)
Systèmes d'énergie renouvelable (parcs solaires/éoliens)
Hôpitaux et laboratoires (exigences critiques en matière de qualité de l’énergie)
Bâtiments commerciaux (Éclairage LED et systèmes CVC)
Projet de rénovation du chantier naval de Zhenjiang
Hôpital populaire de Shanghai Pudong
Compagnie d'énergie thermique de Xi'an
Aéroport de Jinan
Chéry (Horde) Parc industriel de véhicules connectés intelligents à nouvelles énergies
Base de formation et de recherche en santé publique du sud du Sichuan
Projet de borne de recharge pour le parking Korla
