Une « crise » de la qualité de l'énergie électrique se profile-t-elle ? Le dispositif de surveillance en ligne de la qualité de l'énergie APView fournit des diagnostics précis des harmoniques, du scintillement et des creux de tension !

I. État actuel de la surveillance de la qualité de l'énergie dans divers secteurs d'activité

1.1 Production d'énergie éolienne : Harmoniques (inadéquation entre les générateurs et les dispositifs électroniques de puissance) ; écart de tension (démarrage et arrêt des générateurs d'éoliennes) ; un écart de fréquence se produira dans les petits réseaux électriques isolés.

1.2 Production d'énergie solaire : Harmoniques (onduleurs) ; fluctuation et scintillement de la tension (fluctuation aléatoire de la puissance de sortie) ; composante CC (onduleurs).

1.3 Centres de données : Harmoniques (alimentations à découpage, UPS, équipements de conversion de fréquence).

1.4 Industrie pétrochimique : Grande sensibilité aux fluctuations de tension, c'est-à-dire aux « creux de tension momentanés » (qui peuvent entraîner l'arrêt des usines pétrochimiques) ; aux creux de tension (causés par les gros moteurs et les groupes de moteurs).

1.5 Industrie métallurgique : Harmoniques (dispositifs de contrôle de vitesse des laminoirs et des grands ventilateurs) ; fluctuation de tension (fours à arc).

1.6 Industrie des semi-conducteurs : Haute sensibilité des équipements.

II. Analyse de la demande en matière de surveillance de la qualité de l'énergie

Avec l'amélioration du niveau d'automatisation du secteur électrique, la part des charges non linéaires diverses, représentées par les technologies d'électronique de puissance (redressement, onduleur, conversion de fréquence, etc.), ne cesse de croître. Par ailleurs, la qualité de l'énergie électrique s'est dégradée en raison de méthodes de régulation imparfaites et de perturbations externes. Les entreprises nationales utilisent un grand nombre d'instruments électroniques de précision, pilotés par ordinateur et microprocesseur, qui sont de plus en plus sensibles à la qualité de l'alimentation électrique et imposent des exigences accrues en la matière. De ce fait, les problèmes de qualité de l'énergie électrique et leurs solutions constituent un axe de recherche majeur.

Les Mesures relatives à la gestion de la qualité de l'énergie (provisoires) précisent que cette gestion doit suivre le principe de « normes, prévention prioritaire et traitement global ». Les acteurs de la production, de la distribution et de la consommation d'électricité doivent mettre en œuvre une approche proactive de prévention et de contrôle de la qualité de l'énergie tout au long du processus de planification, de conception, de construction et d'exploitation des projets, afin de garantir conjointement un environnement d'exploitation électrique sûr.

Pour améliorer la qualité de l'énergie du réseau électrique, il est nécessaire tout d'abord de procéder à une détection et une analyse précises de cette qualité, de mesurer le niveau de qualité de l'énergie du réseau, d'analyser et de déterminer les causes des différents problèmes de qualité de l'énergie, afin de fournir une base pour l'amélioration de cette qualité.

III. Analyseur de qualité de l'énergie APVIEW SERIES

1. Fonctions de surveillance – Surveillance en régime permanent

Mesure de la tension, du courant, de la puissance, de l'énergie électrique, etc. ; écart de tension ; déséquilibre de tension ; déséquilibre de courant ; tension/courant harmoniques ; tension/courant interharmoniques ; puissance harmonique ; angle de phase harmonique ; distorsion harmonique totale (THD) ; harmoniques haute fréquence ; fluctuations et scintillements de tension ; variations rapides de tension. Les données de surveillance sont affichées sur l'interface de l'appareil, permettant la visualisation en temps réel des formes d'onde et des signaux de défaut.

2. Fonctions de surveillance – Surveillance transitoire

Détection des creux de tension, localisation des sources de creux de tension et analyse des courbes de tolérance aux creux.

Interruption de courte durée: Un phénomène dans le système électrique où la valeur efficace (RMS) de la tension à fréquence industrielle en un certain point chute soudainement en dessous de 0,1 pu, puis revient à la normale après une courte durée allant de 10 ms à 1 min.

Chute de tension: Un phénomène dans le système électrique où la valeur RMS de la tension à fréquence industrielle en un certain point chute soudainement dans la plage de 0,1 pu à 0,9 pu, puis revient à la normale après une courte durée allant de 10 ms à 1 min.

Gonflement de tension: Un phénomène dans le système électrique où la valeur RMS de la tension à fréquence industrielle en un certain point augmente temporairement jusqu'à la plage de 1,1 pu à 1,8 pu, puis revient à la normale après une courte durée allant de 10 ms à 1 min.

En récupérant des données telles que les formes d'onde et les paramètres électriques lors de l'apparition et de la résolution des défauts, la méthode d'impédance équivalente est utilisée pour identifier et analyser l'emplacement des variations d'impédance, afin de déterminer si la source de la chute de tension se situe du côté de la ligne ou du côté du bus.

3. Fonctions de surveillance – Surveillance instantanée

Surveillance des transitoires de tension et de courant. Les enregistrements d'événements et les oscillogrammes de défauts au moment des défauts peuvent être consultés sur l'interface de l'appareil et le terminal web.

État transitoireDésigne une variation unique de tension et/ou de courant en régime permanent, d'une durée inférieure à quelques cycles. Elle comprend généralement deux types de phénomènes : les transitoires impulsionnels et les transitoires oscillatoires.

4. Fonctions de surveillance – Formes d'onde des défauts

Déviation de tension, déviation de fréquence, surtension, chute de tension, interruption de tension de courte durée et transitoire de tension.

COMMERCEest un format de fichier de données adapté aux formes d'onde transitoires et aux données d'événements obtenues à partir de modèles de réseaux électriques.

5. Fonctions de surveillance – Enregistrement et stockage

Stockage de données PQDIF, exportation de données, enregistrements d'événements sauvegardés au format PQDIF et fichiers compressés de données en régime permanent en moins de 2 heures.

La capacité de la puce de stockage atteint 32 Go, permettant l'enregistrement en temps réel des données des points de surveillance. Les données à la minute (valeur moyenne, valeur maximale, valeur minimale, valeur de probabilité à 95 % et valeur quadratique moyenne) peuvent être stockées sur l'appareil pendant trois mois maximum, après quoi elles sont mises à jour selon le principe du premier entré, premier sorti (FIFO).

Le type de données PQDIF est conforme aux spécifications de la norme DL/T 1608 relative au format d'échange de données sur la qualité de l'alimentation électrique et les données PQDIF peuvent être conservées pendant 90 jours. Les données PQDIF et les données d'oscillogramme de défaut enregistrées par l'appareil peuvent être sauvegardées localement via le protocole FTP.

6. Fonctions de surveillance – Serveur Web

Surveillance en régime permanent, surveillance transitoire, surveillance instantanée, oscillographie des défauts, statistiques sur le taux de qualification, etc.

IV. Cas d'application de la surveillance en ligne de la qualité de l'énergie

4.1 Industrie des semi-conducteurs – Un projet de R&D et de fabrication de plaquettes de semi-conducteurs haut de gamme à Shanghai

Exigences du projet

Le client est principalement actif dans la R&D, la production et la vente de plaquettes de semi-conducteurs de haute qualité, ainsi que dans l'import-export de biens et de technologies. Le déploiement de dispositifs de surveillance en ligne de la qualité de l'énergie électrique vise à contrôler les surtensions et les creux de tension, le scintillement de la tension, les harmoniques et interharmoniques de tension et de courant, ainsi que d'autres paramètres clés. Grâce à une analyse scientifique de la tension et du courant du réseau de distribution électrique, basée sur les données électriques collectées, l'état de la qualité de l'énergie électrique en temps réel est reflété de manière plus rapide, précise et réactive. Ceci garantit le fonctionnement stable et fiable de l'ensemble de l'installation et minimise les dommages matériels et les pertes de biens liés aux problèmes de qualité de la tension.

Configuration de la solution

Le système de distribution électrique de ce projet comprend un poste de commutation et trois sous-stations de 10 kV. Chaque système de distribution est configuré avec deux lignes d'arrivée et un seul nœud de liaison. Un dispositif de surveillance en ligne de la qualité de l'énergie APView500 est installé sur chacune des deux sections de ligne d'arrivée de chaque sous-station, soit un total de huit dispositifs déployés pour surveiller la qualité de l'énergie sur l'ensemble des circuits de ligne d'arrivée. Afin de permettre la surveillance en temps réel du fonctionnement de l'ensemble du système d'alimentation et l'acquisition de données, le projet est équipé de la plateforme de gestion de l'efficacité énergétique des micro-réseaux d'entreprise AcrelEMS, qui assure une surveillance complète, de la tension de 35 kV jusqu'à la consommation d'énergie de 0,4 kV.

4.2 Industrie des semi-conducteurs – Un projet de fabrication de matériaux électroniques

Les principaux problèmes de qualité de l'énergie électrique dans l'industrie de la fabrication des semi-conducteurs sont les suivants :

Problèmes harmoniques

Les stations de test de circuits intégrés, les manipulateurs à commande par automate programmable, les équipements de traitement de plaquettes pour la fabrication de puces et les équipements semi-conducteurs à conversion de fréquence constituent d'importantes sources de distorsion harmonique. Ces harmoniques provoquent non seulement des dysfonctionnements dans les équipements eux-mêmes, mais les courants harmoniques réinjectés dans le réseau électrique peuvent également entraîner une surchauffe d'autres circuits, un dysfonctionnement des commutateurs électroniques et une instabilité de la tension d'alimentation. Dans les cas les plus graves, elles peuvent même conduire à l'arrêt des lignes de production et à la mise au rebut des produits semi-finis. De plus, les fréquentes commutations de charge des équipements à forte consommation d'énergie – notamment les équipements d'épitaxie, de diffusion et d'implantation ionique – aggravent la dégradation de l'environnement énergétique.

Chute de tension et interruption

Les équipements modernes de production de semi-conducteurs sont extrêmement sensibles aux fluctuations de la qualité de l'alimentation électrique. Comparés aux industries traditionnelles, les procédés de fabrication de semi-conducteurs et d'écrans LCD sont particulièrement sensibles aux creux de tension : un creux de tension d'une amplitude de 85 % à 90 % de la valeur nominale, d'une durée de seulement 16 ms, peut suffire à provoquer l'arrêt des équipements. En cas de brève interruption, la charge est généralement complètement déconnectée du système d'alimentation (l'amplitude de la tension chutant alors en dessous de 10 % de la valeur nominale).

Les creux de tension et les microcoupures peuvent tous deux entraîner des arrêts de production dans l'industrie des semi-conducteurs. Cependant, la probabilité d'occurrence des creux de tension est nettement supérieure à celle des microcoupures. Des études indiquent que les creux de tension sont responsables de 70 à 80 % des défaillances des réseaux de distribution d'énergie, tandis que dans les réseaux de transport, cette proportion dépasse 90 %.