Installations en autoconsommation et leur effet sur les systèmes de compensation de l’énergie réactive

Le développement rapide des principaux composants des systèmes photovoltaïques d’autoconsommation vers des équipements plus efficaces et moins coûteux (tant au niveau des plaques de production photovoltaïque, qu’à celui des inverseurs pour la conversion CC/CA), ainsi que les modifications sensées et attendues qui ont été apportées à la réglementation nationale (qui ont considérablement assoupli et simplifié les procédures et les exigences en matière d’autoproduction photovoltaïque) ont entraîné une augmentation notable et constante de la mise en place de systèmes d’autoconsommation. Ce phénomène se produit non seulement au niveau des ménages, mais aussi chez les consommateurs d’énergie importants du domaine industriel et des services.

Toutefois, du point de vue des systèmes de compensation de réactive déjà installés ou en passe d’installation, il est important de tenir compte d’un certain nombre de considérations pouvant entraîner leur dysfonctionnement. Cette défaillance peut même conduire à des pénalités pour excès de consommation de réactive qui, jusqu’à la mise en place du système d’autoconsommation, n’étaient pas à l’ordre du jour.

L’installation d’un système de production d’électricité photovoltaïque pour l’autoconsommation peut entraîner le dysfonctionnement des équipements de compensation de réactive existants. Il est essentiel d’en connaître les conséquences pour éviter des pénalités inattendues.

Presque tous les problèmes qui peuvent surgir trouvent leur origine dans un concept fondamental. En installant un système d’autoconsommation, nous réduisons, en fonction de la puissance injectée par celui-ci à chaque instant, la consommation d’énergie active (kW.h) du réseau (celle enregistrée par le compteur de la compagnie électrique) par rapport à ce qui se produirait dans les mêmes conditions de charge sans la génération photovoltaïque.

En fonction du pourcentage de génération autonome par rapport à la consommation totale de nos charges, certains problèmes peuvent se présenter au niveau de la compensation de réactive. Ils touchent essentiellement les domaines suivants :

• Un excès de kvarL·h inférieur à partir duquel on évite la pénalité de réactive :
  • Excès de kvarL·h sans pénalité = 0,33 x kW.h totaux de la période tarifaire.

• Possibilité d’erreurs de lecture dans le régulateur d’énergie réactive de la batterie de condensateurs, causées par :

• • Une lecture du cos phi du régulateur d’énergie réactive différente de la valeur enregistrée par le compteur de facturation.
  • Une circulation de courant excessivement basse par les transformateurs de courant, qui fournit la mesure au régulateur.
  • Une valeur du cos phi mesurée par le régulateur excessivement proche de 0.

Pour une meilleure compréhension de cette question, nous examinerons ci-après les différentes possibilités de connexion et nous commenterons les problèmes éventuels qui y sont associés. Dans tous les cas, nous considérerons que l’inverseur génère uniquement de la puissance active (kW), c’est-à-dire qu’il est configuré de façon à générer en cos phi = 1, tel qu’établi actuellement par le RGIE. Par conséquent, toute la puissance réactive (généralement inductive) consommée par les charges provient du réseau électrique.

Les principaux risques associés à ce mode de connexion seraient les suivants :

• Un excès de kvarL.h inférieur à partir duquel on évite la pénalité de réactive.
• Une lecture du cos phi du régulateur d’énergie réactive différente de la valeur enregistrée par le compteur de facturation.

L’exemple suivant tentera d’expliquer le motif de ces éventuels problèmes, en supposant qu’il s’agit d’une installation dont les conditions de consommation stables sont les suivantes :

• kW III consommés par les charges : 110 kW
• kW III générés par l’autoconsommation : 100 kW
• kvarL consommés par les charges : 93 kvarL
• Batterie de condensateurs existante : 2 x 10 + 4 x 20 kvarC (80 kvarC)
• cos phi lu par le régulateur (avec 80 kvarC connectés) : 0,99 L

• cos phi avec autoconsommation en cours, enregistré par le compteur de la compagnie : 0,61

• Excès horaire d’énergie réactive : 13 kvarL.h - (10 kvarL.h x 0,33) = 9,7 kvarL.h
• Tension du réseau : 3 x 400 VCA
• En considérant 320 h/mois (P1 à P5) :

• • Redevance mensuelle totale : 9,7 kvarL.h x 320 x 0,062332 € = 193,5 €

Ce mode de connexion peut poser certains problèmes au niveau du fonctionnement de la batterie de condensateurs. Les transformateurs de courant qui fournissent un signal de mesure au régulateur automatique lisent la consommation de puissance active non générée par l’autoconsommation, et non la totalité de la puissance réactive des charges à compenser. Si le pourcentage de la puissance active apportée par l’autoconsommation est faible ou moyen par rapport à la consommation totale des charges, le fonctionnement du régulateur sera très probablement correct. Mais si, en revanche, l’autogénération représente un pourcentage élevé de la consommation totale, il existe un risque élevé de dysfonctionnement du régulateur.

Les principaux risques associés à ce mode de connexion seraient les suivants :

• Un excès de kvarL.h inférieur à partir duquel on évite la pénalité de réactive.
• Une lecture du cos phi du régulateur d’énergie réactive différente de la valeur enregistrée par le compteur de facturation.

• Une valeur du cos phi mesurée par le régulateur excessivement proche de 0.

L’exemple suivant tentera d’expliquer le motif de ce possible dysfonctionnement du régulateur, en supposant qu’il s’agit d’une installation dont les conditions de consommation stables sont les suivantes :

• kW III consommés par les charges : 110 kW
• kW III générés par l’autoconsommation : 102 kW
• kvarL consommés par les charges : 93 kvarL
• Batterie de condensateurs existante : 10 + 4 x 20 kvarC (90 kvarC)
• Intensité de courant via les T.C. (avec 90 kvarC connectés) : 12 A

• En supposant un T.C. de 400/5 A, 12 A de courant peuvent ne pas fournir un signal de mesure approprié au régulateur, en puissance et/ou en précision ⇒ Le régulateur déconnecte les échelons en détectant une situation d’alarme critique en raison du manque de lecture de courant.
• Avec la déconnexion des échelons, le cos phi lu par le régulateur est : 0,08 L
• Haute probabilité d’un fonctionnement instable du régulateur, qui implique que la compensation de réactive ne soit pas effectuée de façon efficace, entraînant un risque d’application de pénalités pour excès de consommation de réactive inductive qui n’existait pas auparavant.

Une solution possible pour essayer d’éviter au moins le dysfonctionnement du régulateur, consiste en transformer la typologie #2 en typologie #1, pour s’assurer que le cos phi mesuré par le régulateur soit réel, basé sur la consommation totale de kW des charges à compenser et ce, qu’il provienne du réseau ou soit autogénéré.

Une option consiste à installer d’autres TC mesurant la puissance générée par l’autoconsommation et à diriger son signal secondaire, avec les transformateurs de courant de l’entrée, vers un transformateur additionneur 5 + 5/5 A (modèle TSR-2 de CIRCUTOR), dont le signal de secondaire fournira la mesure d’intensité au régulateur d’énergie réactive. Conformément à la typologie de connexion # 3.

Méthode de compensation avancée

La solution la plus efficace, qui garantirait une compensation de réactive adéquate, indépendamment de l’état de fonctionnement de l’installation, des caractéristiques et du point de raccordement du système d’autoconsommation, consiste à installer, en guise de système complémentaire de compensation, des générateurs statiques de type SVGm.

Une analyse détaillée des besoins en compensation nous aidera à déterminer l’équipement SVGm le plus approprié à monter dans l’installation et à éviter les pénalités pouvant se présenter et qui ne peuvent être contournées par un système conventionnel de batterie de condensateurs. Il faudra également déterminer la viabilité économique de son installation.

Les principales performances de ces équipements générateurs statiques de réactive SVGm sont les suivantes :

• Capacité d’injection de puissance réactive (compensation), quelles que soient les conditions de courant, par les T.C.
• Ajustement précis de l’injection de puissance réactive pour atteindre le cos phi objectif, puisqu’il ne s’agit pas d’un système basé sur des échelons du condensateur.
• Réponse immédiate aux variations de charge, absence de transitoires et immunité face au contenu en harmoniques du réseau.

La typologie de connexion indiquée dans la typologie # 4 est possible pour connecter l’équipement SVGm au réseau électrique, mais il en existe d’autres, en fonction des besoins spécifiques de chaque installation, qui devront être analysées de façon particulière pour chaque cas.

Conclusions générales sur la compensation de réactive dans les installations où un système d’autoconsommation a été intégré

Nous pourrions énumérer les considérations principales suivantes à ce sujet :

• La réduction de l’énergie active (kWh) enregistrée par le compteur de facturation peut occasionner les problèmes principaux pouvant survenir sur l’installation et donc, plus le pourcentage de production par autoconsommation est élevé par rapport à la consommation totale de l’installation (récepteurs), plus il est probable que ces problèmes se présentent.
• Différentes solutions peuvent être envisagées en fonction de la cause et de la gravité du problème touchant la compensation de réactive. Parmi ces mesures, nous pouvons citer :

• • La modification du point d’injection de l’autoconsommation au réseau.
  • L’ajout de transformateurs de courant de mesure de l’injection de puissance au réseau.
  • La modification de la puissance de la batterie existante :
    • Increasing the capacity bank power to achieve an average total cos phi as close as possible to 1 in different load consumption and self-supply injection conditions.

• L’ajout d’échelons de puissance inférieure à la plus petite mesure de la batterie actuelle, afin de permettre la compensation de consommations de kvarL plus petites, qui peuvent désormais entraîner une pénalité. En gros, il s’agit de disposer d’échelons de puissance plus petits pour un ajustement plus précis
• Installer des compensations individuelles sur les machines ou les sous-tableaux qui complètent la compensation de réactive générale effectuée par la batterie automatique en amont.
• Équiper la batterie d’un régulateur de la gamme Computer SMART III, capable de mesurer l’énergie réactive consommée par les 3 phases, exactement comme le fait le compteur de compagnie, pour obtenir ainsi une compensation de réactive plus efficace et plus précise.
• Dans tous les cas, il convient d’utiliser un régulateur ayant la capacité de mesurer les 4 quadrants de l’énergie, c’est-à-dire en condition de consommation du réseau et de génération. Cette caractéristique est particulièrement importante dans le cas des systèmes d’autoconsommation qui peuvent exporter l’énergie vers le réseau. Bien qu’actuellement, la consommation ne semble être enregistrée que dans les quadrants de consommation (Q1 & Q4), nous vous recommandons vivement de l’utiliser pour vous préparer aux futures modifications éventuelles du système de facturation, ainsi qu’éviter un fonctionnement erroné du régulateur lui-même. Nous vous rappelons, à cet égard, que tous les régulateurs de CIRCUTOR des dernières gammes incluent la mesure dans les 4 quadrants.