Filtrage dynamique actif - Qu'est-ce qu'un ADF?

Le développement de l'électronique fait en sorte que les techniques de compensation deviennent de plus en plus intelligentes. Depuis quelques années, nous constatons qu'un filtre dynamique actif (ADF) est de plus en plus utilisé pour résoudre les problèmes de qualité de l'énergie. Mais qu'est-ce qu'un ADF ? Quels sont les avantages et à quoi devons-nous faire attention lors de l'achat ? 
Ce livre blanc aborde ces sujets.

Livre blanc - Filtrage dynamique actif - fortop

Power Quality: une brève introduction

La qualité de l'énergie décrit la qualité de la tension et du courant. Une mauvaise qualité de courant ou de tension peut entraîner une défaillance de l'équipement, une surcharge de l'installation ou des réclamations et des amendes. C'est pourquoi des exigences sont fixées pour le courant tiré par les équipements ainsi que pour la tension fournie. Il existe des normes pour les réseaux publics, les réseaux industriels non publics et les équipements connectés.

Accords entre le gestionnaire de réseau et l'utilisateur

La norme EN-50160 décrit les normes qui s'appliquent en tant qu'accords entre le gestionnaire de réseau (fourniture de tension) et l'utilisateur (utilisateur de courant). Cependant, les réseaux d'utilisateurs finaux d'électricité doivent composer avec la série de normes EN-61000. Cette série comprend des normes pour la tension (réseaux jusqu'à 35 kV) et la qualité du courant (équipement).
Qualité de l'énergie, normes et responsabilités

Figure 1 - Qualité de l'énergie, normes et responsabilités

Les propriétés des équipements ou de l'infrastructure électrique entraînent dans certains cas des problèmes de qualité de l'énergie. Ces problèmes peuvent être liés au niveau de tension, à la pollution harmonique ou à un mauvais cos-phi. Ces problèmes peuvent entraîner une panne ou un dysfonctionnement de l'équipement. D'autre part, les normes peuvent également être dépassées. Dans tous ces cas, il est nécessaire de prendre des mesures.

Le développement de l'électronique dans les techniques de compensation

Au cours des dernières décennies, le prix de l'électronique de puissance a considérablement baissé. En conséquence, l'utilisation de ces produits électroniques dans les appareils ménagers, l'éclairage, les voitures et dans l'industrie, par exemple, a connu une croissance explosive. L'application de ces appareils électroniques a donné plus de liberté aux développeurs, leur a permis de construire de façon plus compacte et a également permis d'économiser de l'énergie. Alors que par le passé, les moteurs électriques étaient contrôlés par des relais ou des interrupteurs étoile-triangle, il est maintenant évident que les contrôles de vitesse sont appliqués à toutes les tailles de moteur. Des petites pompes de chauffage central de 50 W aux grands entraînements jusqu'à 20 MW. Il est également visible dans l'éclairage que l'utilisation de ballasts haute fréquence ou de LED remplace les selfs conventionnelles. 

Outre l'utilisation de l'électronique, il a également été démontré que les processus commerciaux évoluent plus rapidement et deviennent plus dynamiques. Les entreprises et les institutions doivent pouvoir s'adapter plus rapidement aux conditions changeantes du marché. 



Le développement de l'électronique et des techniques de compensation

Figure 2 - Le développement de l'électronique et des techniques de compensation

Du point de vue de la qualité de l'énergie, cela signifie également un changement. Alors que des condensateurs auparavant fixes pouvaient être utilisés pour compenser une charge constante et un processus constant, il semble que dans de nombreux cas, les condensateurs contrôlés par des thyristors n'offrent pas la flexibilité ou la vitesse souhaitée.

Comme pour le développement de l'électronique, il semble que ces dernières aient également un effet positif sur les techniques de compensation en matière de flexibilité et de rapidité. Le filtre actif a été développé à l'aide des techniques de semi-conducteurs.

Le fonctionnement d'un filtre dynamique actif

Un filtre dynamique actif (ADF) peut être comparé à un système antibruit. La forme sinusoïdale est balayée à une fréquence élevée. Si des écarts par rapport à la forme sinusoïdale idéale sont détectés, le filtre actif réagit. Le filtre compare la déviation avec la forme sinusoïdale idéale (forme de masse de 50 Hz) et injecte un contre-courant qui est décalé de 180° par rapport à la déviation. Le résultat est qu'au point de connexion du filtre actif dans l'installation, la forme de masse de 50 Hz du courant est rétablie. 


Un filtre actif compense la pollution avec un contre-courant &rdquo ; width=

Figure 3 - Un filtre actif compense la pollution par un "contre-courant".

Comme le courant du filtre actif vers le transformateur, par exemple, ne contient pas de pollution harmonique, il ne peut plus influencer la tension. Ainsi, la tension reste exempte de toute contamination, ce qui signifie qu'elle ne peut plus causer de dommages aux équipements. 

Le fonctionnement d'un filtre actif

Un filtre actif est en quelque sorte une source d'énergie librement programmable qui peut être utilisée dans tout type d'installation. En fixant les paramètres, il est possible de choisir sur quel type de pollution le filtre doit se concentrer et dans quelle mesure il doit l'éliminer. C'est une différence importante par rapport aux systèmes de compensation passifs tels que le cos-phi ou la compensation harmonique par condensateurs. Avec les systèmes de compensation passive, le système est dimensionné en fonction du degré de pollution. Si le système est modernisé, il est possible qu'un système passif soit surchargé. 

Propriétés:

  • Entièrement dynamique
  • Non surchargeable
  • Un temps de réaction très rapide
  • Immunisé aux résonances
  • S'adapte automatiquement aux changements de circonstances
  • Exploitation des possibilités d'économies maximales
  • Tous les problèmes possibles de QP sont éliminés
  • Pause" si la charge est faible
  • L'électronique comme arme contre l'électronique

La vitesse du filtre est, dans de nombreux cas, un facteur important dans le choix d'un filtre actif. Lorsqu'un filtre réagit trop tard, par exemple à la puissance réactive ou à la pollution harmonique, il peut y avoir sur ou sous-compensation. Cela conduit souvent à de nouveaux problèmes.

Comme un filtre s'adapte aux conditions changeantes, il est très efficace tout au long de sa vie. Par conséquent, les coûts d'investissement plus élevés sont généralement rapidement récupérés.

Applications des filtres actifs

Parce qu'un filtre actif est rapide et intelligent, il peut compenser de nombreux types de pollution du réseau. Cela le rend polyvalent et peut être utilisé pour de nombreux problèmes et applications différents:

Problème Candidature Avantages  
Harmoniser
  • Régulateurs de fréquence
  • DC-Drives
  • Systèmes UPS
  • Stations de pompage
  • Stations d'épuration des eaux usées
  • Offshore
  • Navires
  • Hôpitaux
  • Grues portuaires
  • Respect des normes
  • Réduire l'impact sur les autres équipements
  • Protection des investissements
  • Augmenter la disponibilité
  • Une meilleure utilisation des infrastructures
  • Encoches de communication
  • Compensation harmonique très rapide
  • Réduire l'harmonique dans le neutre

Flicker
  • Voies de soudure
  • Faiblesse des réseaux
  • Applications des générateurs
  • Fours électriques à arc
  • Réduit le scintillement à des valeurs acceptables
  • Améliore la qualité et l'efficacité du soudage
  • Supprime les perturbations et les chutes de tension
  • Augmenter la fiabilité des installations

Résonances
  • Réseaux intelligents
  • Les parcs éoliens
  • Les parcs solaires
  • Des filets faibles
  • Offshore
  • Navires
  • Supprime les résonances afin que les équipements puissent fonctionner sans être perturbés
  • Les équipements peuvent être connectés
  • Prévenir les pannes d'équipement
  • Empêche l'arrêt de la production

Déséquilibre
  • Centres de données
  • Lasmachines
  • Verlichting
  • Amélioration de l'efficacité des installations grâce à une charge équilibrée

Cos phi
  • Centres de données
  • Machines UPS
  • Charges dynamiques
  • Charges capacitives
  • Les parcs solaires
  • Hôpitaux
  • Améliore le cos-phi dans les charges dynamiques
  • Améliore les réseaux capacitifs
  • Fournit une tension stable grâce à une compensation réactive rapide
  • Améliore la fiabilité en réduisant les chutes de tension

L'utilisation de filtres actifs dans une mini-grille intelligente

L'évolution du marché de l'énergie, l'intégration d'un plus grand nombre de composants électroniques et l'intensification de l'utilisation de l'énergie électrique ne feront qu'accroître la demande d'une plus grande disponibilité de l'infrastructure électrique. Dans le même temps, les entreprises doivent pouvoir changer de configuration plus rapidement, alors que l'infrastructure électrique n'est parfois pas adaptée ou dispose d'une capacité suffisante pour cela.

Les changements susmentionnés au sein des entreprises signifient qu'il existe une forte demande pour l'état de l'infrastructure électrique en termes de disponibilité. La capacité de faire croître, de réduire, de renouveler et de modifier des machines, par exemple, ne peut avoir lieu que si l'on dispose d'une vision suffisante. Cet aperçu peut être fourni en plaçant des analyseurs de la qualité de l'énergie dans l'infrastructure électrique. Grâce à ces analyseurs, il est possible d'obtenir un aperçu continu de la disponibilité réelle de l'installation. 



Het mini smart grid is een intelligent net dat zich voortdurend aanpast aan de veranderende omstandigheden
Figure 4 - Le mini réseau intelligent est un réseau intelligent qui s'adapte constamment à des circonstances changeantes.

L'utilisation de filtres actifs dans une mini-grille intelligente signifie que l'installation s'adapte automatiquement aux changements de circonstances. Qu'il s'agisse d'une modification de la consommation d'énergie, d'une pollution harmonique, d'un cos-phi, d'un scintillement ou d'un déséquilibre, toutes les variables de la qualité de l'énergie sont automatiquement compensées.

Une communication active

Grâce à la communication active entre les analyseurs de puissance et le filtre, la capacité du filtre est utilisée là où elle est nécessaire. Ce concept peut être appliqué, par exemple, dans les entreprises où les processus de production changent rapidement ou lorsque la charge de l'entreprise est à la limite de la connexion électrique. L'ensemble du concept est intégré les uns aux autres, ce qui permet aux compteurs, aux logiciels et aux ADF de fonctionner ensemble.

L'utilisation de filtres actifs dans le fonctionnement des générateurs

L'utilisation de générateurs rend le réseau beaucoup moins solide. En conséquence, les charges polluantes entraînent une qualité de tension beaucoup moins bonne. Cela peut poser des problèmes, en particulier dans les situations où l'on passe du fonctionnement en réseau au fonctionnement en générateur (comme dans les hôpitaux et les centres de données). Une tension de mauvaise qualité entraîne une augmentation de la pollution harmonique, de la puissance réactive, des courants zéro, etc.

Le passage du fonctionnement en réseau au fonctionnement en générateur entraîne une détérioration de la qualité de la tension 
Figure 5 - Le passage du fonctionnement en réseau au fonctionnement en générateur entraîne une détérioration de la qualité de la tension

Un filtre actif ajustera automatiquement le courant du filtre après que l'installation soit passée du fonctionnement en réseau au fonctionnement en générateur. Ainsi, la qualité de la tension est maintenue presque constante pendant le changement. Cela signifie que le fonctionnement fiable du système est garanti même après le passage au fonctionnement par générateur.

Filtres Actieve de Low Harmonic Drives

Un Low Harmonic Drive est un convertisseur de fréquence et un filtre actif combinés en un seul module. Le Low Harmonic Drive régule en permanence la suppression des harmoniques en fonction de la charge et des conditions du réseau sans affecter le moteur connecté. Les moteurs à faible taux d'harmoniques sont un sujet brûlant dans l'industrie et ont le grand avantage de leur conception intégrée. Néanmoins, l'utilisation d'un filtre actif séparé du convertisseur de fréquence présente un certain nombre d'avantages majeurs:

  • En cas de panne d'un variateur de vitesse, il est moins coûteux de le remplacer que de remplacer un variateur à faible taux d'harmoniques.
  • Les lecteurs de courant alternatif séparés sont beaucoup plus compacts et plus rapides à fournir
  • La structure du système de filtres actifs et de convertisseurs de fréquence séparés est plus souple
  • Les convertisseurs de fréquence séparés ont un rendement supérieur
  • Les moteurs à faible taux d'harmoniques génèrent plus de pollution dans le spectre des hautes fréquences

Installation et gestion des filtres actifs

Lorsqu'on applique un filtre actif, il est important de connaître d'abord les conditions ambiantes. Vous devez savoir exactement quels sont les problèmes de qualité de l'énergie en cause. C'est pourquoi il faut d'abord prendre des mesures. Les spécialistes de fortop se feront un plaisir de vous aider à effectuer un scan de la qualité de l'énergie. Sur la base des données de mesure, il est possible d'avoir une idée de la perturbation présente dans le réseau et de l'endroit où elle se produit. Le type et le degré de pollution sont pris en compte pour le calcul du dimensionnement. En outre, il faut savoir à quel niveau la pollution doit être réduite. Des normes spécifiques doivent-elles être respectées, faut-il garantir uniquement un fonctionnement sans interférences ou faut-il créer de l'espace dans la capacité de l'infrastructure électrique? En fonction des réponses à ces questions, la taille et le type de filtre actif peuvent être déterminés.

Une fois que l'on sait quel type, où et combien de filtres actifs sont nécessaires pour la compensation de la pollution, la planification peut être établie. Ces travaux d'installation peuvent être effectués par votre propre installateur interne sous la supervision de spécialistes de fortop. Une fois que le système a été commandé par les spécialistes de fortop, un rapport et une mesure de contrôle sont effectués. Ce rapport permettra de démontrer et de tester le fonctionnement et les résultats du FAD.

Contrat d'entretien

Il est possible de conclure un accord de maintenance avec fortop. Cela signifie que fortop teste et vérifie le fonctionnement de votre installation chaque année, effectue les mises à jour des microprogrammes et vous conseille sur les éventuelles actions de suivi. Le plan par étapes est le suivant:

 

Recherche, installation et utilisation

Filtres actifs Comsys

La famille de filtres actifs Comsys ADF est utilisée dans le programme de livraison. Ces filtres actifs sont fabriqués en Suède et comptent parmi les filtres actifs les plus rapides et les plus précis sur le marché. Grâce à l'étendue du programme et à sa structure modulaire, le système est facile et flexible à utiliser.

Le concept modulaire signifie que chaque ADF se compose d'un module standard (processeurs de puissance), d'un ordinateur de contrôle et d'un boîtier. Lorsqu'une puissance de compensation supplémentaire est nécessaire, les modules peuvent être étendus avec le même ordinateur de contrôle. Ce système modulaire permet de répondre aux exigences de flexibilité des utilisateurs finaux. Le concept modulaire permet au client d'étendre l'ADF de 50 kVAr, pour un seul convertisseur de fréquence, à environ 6 MVAr, par exemple pour les parcs éoliens et solaires. Chaque type d'ADF utilise la même technologie modulaire de base et peut donc être utilisé dans un large éventail d'applications.

 

Voir les filtres dynamiques actifs dans la boutique en ligne 

Cas 1: Compensation harmonique

Une imprimerie avait régulièrement des problèmes d'éclairage. Par exemple, ils ont dû remplacer les ballasts à haute fréquence de cet éclairage une fois tous les six mois. Deux jours par semaine, quelqu'un y travaillait. En outre, les interrupteurs principaux se déclenchaient régulièrement, provoquant une panne de la presse à imprimer, ce qui entraînait une perte de production. Cela a également entraîné un dysfonctionnement du contrôle des presses à imprimer. Tout cela a entraîné des dommages financiers considérables.

Afin de trouver une solution, une mesure de la qualité de l'approvisionnement en énergie a d'abord été effectuée, le bilan de santé de la qualité de l'énergie. Au cours de cette enquête, il est apparu que les problèmes étaient causés par les régulateurs de fréquence des presses à imprimer. Sur la base des mesures et de l'analyse du problème, une solution appropriée a été trouvée pour résoudre les problèmes techniques du client. La solution consiste en six filtres dynamiques actifs (ADF). Ceux-ci étaient placés dans quatre boîtes de distribution principales qui alimentaient les presses à imprimer, deux machines de refroidissement et les compresseurs d'air comprimé.

Le délai de récupération de cette solution sera de deux ans. Les économies réalisées consistent en des coûts évités grâce au remplacement anticipé des composants électroniques, aux interruptions de production, aux dommages causés au contrôle des presses, à la réduction des heures supplémentaires et à la diminution des coûts énergétiques. En outre, le fait de pouvoir respecter les obligations de livraison se traduit par une plus grande satisfaction des clients.

Cas 2: Problèmes de résonance

Dans un centre de données d'un immeuble de bureaux à La Haye, il y a eu des problèmes avec l'onduleur et le commutateur statique. L'équipement est tombé en panne parce que l'interrupteur statique a mal fonctionné plusieurs fois par jour et a donc été changé fréquemment. Le but de ce commutateur est de pouvoir changer l'alimentation électrique des équipements informatiques sans panne de courant afin qu'ils ne tombent pas en panne en cas de dysfonctionnement. Cependant, ce commutateur n'a pas été construit pour autant d'actions de commutation et a donc souvent échoué. Les coûts supplémentaires impliqués étaient d'environ 45 000 euros par deux ans. 

Après les mesures, il est apparu qu'il y avait une relation entre une résonance dans l'installation électrique, le signal de fréquence sonore (pour la commutation de l'éclairage public) du gestionnaire de réseau et les moments où la panne s'est produite. Lors de la mesure, il a été déterminé que les perturbations correspondent aux temps du signal de fréquence du son au moment où une résonance se produit.

Le problème a été résolu grâce à l'utilisation d'un filtre à large bande Comsys spécial. Le filtre à large bande rend le réseau du client moins sensible à ce signal de fréquence tonale en supprimant la résonance. De ce fait, le signal de fréquence tonale demeure, mais ne provoque plus de résonance. Ce filtre est capable d'éliminer tout type de pollution dans la gamme de 50 à 5000 Hz et est donc idéal pour résoudre les problèmes de résonance.

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