Les répercussions électriques des installations sur le réseau sont aujourd’hui calculées selon D-A-CH-CZ avant leur raccordement au réseau de distribution. Du point de vue des mesures, le respect des valeurs limites n’est guère contrôlé, ou alors de manière simplifiée. Dans le cadre d’un programme pilote et de démonstration (P+D) de l’Office fédéral de l’énergie (OFEN), la méthode optimale de surveillance en continu de la contribution des différentes installations à la distorsion de la tension a été déterminée.

L’augmentation de la production distribuée et des nouvelles technologies d’équipement (par exemple, les véhicules électriques) entraîne une profonde transformation des réseaux électriques. En outre, les réseaux futurs se caractérisent par une puissance de court-circuit plus faible et plus volatile, ce qui rend plus probable qu’une dégradation de la qualité de l’électricité et de la tension aura un impact beaucoup plus important sur l’efficacité et la stabilité du fonctionnement qu’auparavant. Cependant, de nombreuses études et essais sur le terrain se limitent à l’efficacité et à la stabilité à la fréquence du réseau et ne considèrent pas, ou pas suffisamment, l’influence des perturbations du réseau.

Presque toutes les installations de production, de consommation ou de stockage d’énergie électrique provoquent des réactions sur le réseau. Les appareils dotés d’une électronique de puissance entraînent par exemple des harmoniques, les appareils raccordés en monophasé ou en diphasé des asymétries. Cela réduit la qualité du courant et de la tension et peut perturber le fonctionnement d’autres appareils et installations. Il est donc important de quantifier de manière fiable la compatibilité réseau d’une installation afin de garantir un fonctionnement fiable et efficace du réseau et de respecter les exigences en matière de compatibilité électromagnétique.

L’effet rétroactif des installations sur la tension du réseau est aujourd’hui calculé avant leur raccordement au réseau, sur la base de valeurs empiriques et de directives. Une preuve technique de mesure du respect des valeurs limites n’est soit pas apportée du tout, soit uniquement au moyen de procédés reposant sur des hypothèses simplificatrices. Cela peut conduire à l’apparition de perturbations inattendues lors de l’exploitation d’une installation, perturbant ainsi l’exploitation du réseau. D’autre part, des mesures correctives éventuellement coûteuses (par exemple des filtres) sont exigées dès la planification alors qu’elles n’auraient pas été nécessaires lors de l’exploitation de l’installation.

En appliquant de nouvelles méthodes et de nouveaux indices, le projet iREF-Grid a déterminé une méthode de surveillance continue de la contribution d’une seule installation à la distorsion de la tension. Grâce à des mesures complètes et systématiques réalisées en collaboration avec neuf gestionnaires de réseau suisses, différentes méthodes ont été évaluées et la méthode optimale a été identifiée. Il est ainsi possible de déterminer plus précisément les interactions (par exemple les effets de compensation) afin d’identifier avec certitude les installations présentant des perturbations élevées inadmissibles sur le réseau ou d’éviter d’investir dans des mesures correctives inutiles. Cela contribue durablement à une utilisation plus efficace de l’infrastructure de réseau, à une intégration plus efficace des nouvelles technologies et à une exploitation plus fiable des futurs réseaux. Les résultats apportent également une contribution importante à l’amélioration des directives et des normes.

Objectifs du projet et questions

Les valeurs limites d’émission de perturbations pour une installation sont calculées lors de la phase de planification à l’aide de méthodes issues de directives et de normes pertinentes (par exemple, les directives D-A-CH-CZ sur l’évaluation des perturbations sur le réseau). Ces méthodes se basent sur des hypothèses et des simplifications qui conduisent généralement à des valeurs limites plutôt conservatrices, qui n’exploitent pas efficacement la capacité d’absorption des réseaux en ce qui concerne les répercussions sur le réseau et qui sont souvent difficiles à respecter par les clients et seulement au prix d’investissements plus importants. Les valeurs limites d’émission peuvent être exprimées en termes de tensions ou de courants. Les valeurs limites de tension sont souvent si faibles qu’elles ne peuvent pas du tout être vérifiées par des mesures après la mise en service de l’installation, ou alors seulement avec difficulté. C’est pourquoi le respect des valeurs limites prédéfinies est aujourd’hui souvent évalué par une mesure du courant correspondant au point de connexion (PCC). Dans la pratique, cette mesure n’est souvent pas effectuée du tout ou seulement pendant une courte période (p. ex. plusieurs jours à une semaine) directement après la mise en service de l’installation.

En raison des interactions entre le réseau et l’installation, le courant mesuré est constitué de deux composantes : une composante causée par le réseau (responsabilité du gestionnaire de réseau) et une composante causée par l’installation (responsabilité du client). Des effets de compensation intentionnels ou aléatoires ainsi qu’une faible simultanéité de l’émission de perturbations par plusieurs installations peuvent entraîner une influence négative, voire positive, moins importante sur le paramètre de qualité de la tension correspondant que ne le laisse supposer le courant mesuré. Une évaluation trop conservatrice de la contribution par une installation peut conduire à une utilisation inefficace de la capacité d’absorption disponible ou à l’installation inutile de mesures d’atténuation. En particulier dans le cas d’une compensation aléatoire, la contribution de l’installation peut varier de manière significative au fil du temps en raison de changements du côté du réseau (par exemple, changement d’état de commutation ou remplacement d’un transformateur) ou du côté du client (par exemple, remplacement d’appareils ou extension de l’installation).

Un appareil permettant de quantifier en continu, par des mesures techniques, la contribution d’une installation à la qualité de la tension et tenant compte des défis décrits n’existait pas jusqu’à présent, mais il est absolument nécessaire pour déterminer correctement les réactions d’une installation sur le réseau. C’est ce que confirment également les discussions permanentes au sein des groupes de travail internationaux ainsi qu’entre les clients et les exploitants de réseau. En particulier lorsque l’émission de courant mesurée dépasse des limites prédéfinies, il n’existe pas de cadre clair permettant de déterminer de manière transparente pour les deux parties la contribution réelle à la réduction de la qualité de la tension.

L’objectif du projet iREF-Grid était de développer et de valider une méthode d’évaluation continue de la contribution d’une installation aux harmoniques de tension et de l’implémenter en tant que preuve de concept dans un instrument de qualité de puissance existant (classe A). L’applicabilité de quelques méthodes et indices prometteurs a été testée et évaluée, entre autres, en termes de simplicité, de transparence et d’efficacité, grâce à des tests de terrain approfondis avec plusieurs gestionnaires de réseau suisses. Les résultats des mesures ont été analysés et discutés avec les gestionnaires de réseau afin d’identifier la meilleure méthode pour déterminer avec précision la contribution d’une installation à la réduction de la qualité de la tension. Cela permettra d’utiliser plus efficacement les capacités d’absorption des futurs réseaux en ce qui concerne les harmoniques et l’asymétrie, tout en tenant compte d’une variabilité temporelle croissante de la capacité d’absorption. En outre, des lignes directrices pour l’évaluation de la contribution d’une installation aux harmoniques dans le réseau ont été développées et ont été intégrées dans la révision des lignes directrices D-A-CH-CZ pour l’évaluation des réactions du réseau.

En principe, l’appareil de mesure peut être utilisé non seulement sur des installations comprenant plusieurs appareils, mais aussi sur des appareils individuels tels que des chargeurs pour véhicules électriques ou des onduleurs PV. Il peut être utilisé à tous les niveaux du réseau, en s’assurant de la précision des transformateurs de courant et de tension utilisés pour la mesure des harmoniques (comportement de transmission dépendant de la fréquence).

Preuve métrologique en D-A-CH-CZ

Jusqu’à présent, la preuve du respect des valeurs limites par la technique de mesure n’était pas du tout apportée ou seulement au moyen de procédures simples reposant sur une série d’hypothèses simplificatrices. Dans l’actuelle D-A-CH-CZ (3e édition 2021), le chapitre 2.9. Mesure fait référence à ce sujet et aborde le type et l’étendue de la mesure ainsi que la méthode de mesure selon la norme CEI 61000-4-30. La figure 1 permet de mieux comprendre la place de la vérification métrologique dans l’évaluation du raccordement.