Pourquoi les équipements électriques ont-ils besoin de puissance réactive ?

I. Ligne de transmission

Lorsque les lignes de transport acheminent de l'énergie électrique, il y aura puissance réactive consommation ou production due à l'existence d'une impédance de ligne.

Les caractéristiques de puissance réactive des lignes de transport dépendent des paramètres de la ligne, des niveaux de tension et de la puissance transmise.

• Inductance de ligne : L'inductance en série d'une ligne de transmission consomme de la puissance réactive, et cette consommation est proportionnelle au carré du courant.
• Capacité de la ligne : La capacité parallèle d'une ligne de transmission génère de la puissance réactive, et la quantité de puissance réactive produite est proportionnelle au carré de la tension.
• Longueur critique : Lorsque la longueur de la ligne dépasse la longueur critique (environ 300 à 500 km), la puissance réactive générée par la capacité de la ligne est supérieure à celle consommée par l'inductance, et la ligne devient capacitive.
• Influence de la tension : L'effet capacitif est plus important dans les lignes à haute tension, qui peuvent générer un excès de puissance réactive et nécessitent que les réacteurs absorbent cette puissance supplémentaire.
• Puissance de transmission : En situation de faible charge, la ligne peut générer un excès de puissance réactive, et en situation de forte charge, elle peut consommer une grande quantité de puissance réactive.

Remarque : Les lignes de transport à très haute tension peuvent générer une puissance réactive excessive en raison d’effets capacitifs à faible charge, ce qui entraîne une surtension. Il est donc nécessaire de gérer cet excès de puissance réactive, par exemple à l’aide d’une inductance.

II Transformateur de puissance

La consommation de puissance réactive d'un transformateur représente environ 5 % à 12 % de sa capacité nominale.

Le transformateur de puissance est un dispositif clé pour le transport et la distribution d'énergie ; la demande en puissance réactive provient principalement de deux aspects : le flux magnétique et le flux de fuite.

La consommation de puissance réactive des transformateurs représente environ 10 % à 15 % de la demande totale de puissance réactive du réseau électrique, et a un impact particulièrement significatif sur les réseaux de distribution.

• Puissance réactive d'excitation : Un transformateur nécessite de la puissance réactive pour établir le flux magnétique principal dans le noyau, ce qui représente environ 1 % à 3 % de la capacité nominale et est indépendant de la charge.
• Puissance réactive du flux de fuite : Le flux de fuite de l'enroulement du transformateur nécessite une puissance réactive supplémentaire, proportionnelle au carré du courant de charge.
• Tension d'impédance : L'amplitude de la tension d'impédance (tension de court-circuit) d'un transformateur influe directement sur sa consommation de puissance réactive. Plus la tension d'impédance est élevée, plus la consommation de puissance réactive est importante.
• Tension de fonctionnement : Lorsque la tension de fonctionnement est supérieure à la tension nominale, le courant d'excitation augmente, ce qui entraîne une augmentation de la consommation de puissance réactive.
• Transformation de tension multi-étapes : La distribution d'énergie électrique passe par de multiples étapes de transformation, de la production d'électricité à l'utilisateur. Une consommation de puissance réactive se produit à chaque étape du processus de transformation.

III Transmission à courant continu haute tension

La demande en puissance réactive d'une station de conversion représente environ 40 % à 60 % de la puissance active qu'elle transmet.

Bien que le système de transmission CC fournisse de l'énergie CC, la station de conversion nécessite une grande quantité de puissance réactive lors du processus de conversion CA-CC.

• Exigences du convertisseur : Lorsqu'un convertisseur à thyristors est en fonctionnement, il a besoin d'un courant de retard pour maintenir la conduction, consommant ainsi une grande quantité de puissance réactive.
• L'influence de l'angle de contrôle : Plus l'angle de commande (angle de retard de déclenchement) du convertisseur est grand, plus la puissance réactive consommée est importante.
• Filtrage harmonique :Les harmoniques générées par la transmission en courant continu nécessitent des filtres, et les Condensateur de filtrages fournissent également une certaine puissance réactive.
• Stations de redressement/onduleur : La station de redressement et la station d'onduleur nécessitent toutes deux une compensation de puissance réactive. Généralement, cela se fait par batteries de condensateurs,des compensateurs synchrones ou des compensateurs statiques de puissance réactive.
• Tension d'alimentation prise en charge : Lorsque le système de réception d'une transmission en courant continu est faible, une compensation supplémentaire de puissance réactive est nécessaire pour maintenir la stabilité de la tension.

Remarque : Les systèmes de transmission CC modernes sont généralement équipés de dispositifs de compensation dynamique de puissance réactive afin de répondre rapidement aux variations de la demande de puissance réactive du système et d'améliorer sa stabilité.

IV Centrale électrique

Le fonctionnement des centrales électriques nécessite la consommation d'énergie électrique et d'une grande quantité de puissance réactive.

La demande en puissance réactive de la centrale représente environ 5 % à 10 % de sa capacité totale.

• Conducteur auxiliaire : Les moteurs asynchrones, tels que les moteurs de pompes, de ventilateurs et autres machines auxiliaires des centrales électriques, consomment une grande quantité de puissance réactive. Système d'excitation magnétique : le système d'excitation du générateur requiert de la puissance réactive, notamment lorsque le générateur fonctionne en phase.
• Système d'éclairage : Le facteur de puissance du système d'éclairage des centrales électriques est relativement faible, une compensation de puissance réactive est donc nécessaire.
• Système de contrôle : Les systèmes de contrôle et les équipements électroniques des centrales électriques modernes nécessitent également soutien de la puissance réactive.
• Processus de démarrage : Lorsque les gros moteurs des machines auxiliaires démarrent, ils nécessitent une grande quantité de puissance réactive, ce qui peut entraîner une chute de tension du bus de l'usine.

Remarque : Les centrales électriques sont généralement équipées de compensation de puissance réactiveappareils, tels que Banque de condensateursou SVCS, pour assurer la stabilité de la tension et la qualificationfacteur de puissance du système d'alimentation électrique de l'usine.

Moteur asynchrone V

Pourquoi unmoteurs synchrones consommer la puissance réactive ?

Les moteurs asynchrones représentent jusqu'à 60 à 70 % de la consommation totale de puissance réactive dans les réseaux électriques et sont les principaux objets de la compensation du facteur de puissance.

La puissance réactive d'un moteur asynchrone sert principalement à établir un champ magnétique tournant et à magnétiser le noyau. Ses besoins en puissance réactive proviennent principalement des aspects suivants :

• Exigence d'excitation magnétisante : Les moteurs asynchrones nécessitent de la puissance réactive pour établir un champ magnétique tournant. Cette partie de la puissance réactive est indépendante de la charge et est appelée puissance réactive à vide.
• Exigence relative au flux de fuite magnétique : Dans les enroulements du stator et du rotor, une partie du flux magnétique ne participe pas à la conversion d'énergie et forme un flux de fuite, ce qui nécessite une puissance réactive supplémentaire.
• Influence de la charge : Lorsque la charge du moteur augmente, le courant du stator et du rotor augmente, et la puissance réactive correspondante du flux de fuite magnétique augmente également en conséquence.
• Facteur de puissance : Le facteur de puissance d'un moteur asynchrone est d'environ 0,75 à 0,9 à charge nominale. En cas de faible charge, le facteur de puissance est encore plus faible, ce qui nécessite une plus grande puissance réactive.
• Influence de la tension : Lorsque la tension chute, le courant de magnétisation du moteur diminue. Cependant, pour maintenir le couple, le différentiel de glissement augmente, ce qui peut entraîner une augmentation de la demande totale de puissance réactive.