Schémas Saisonniers des Perturbations Harmoniques

Les « jours de canicule » de l'été, de fin juillet à fin août, sont traditionnellement associés à la chaleur et à une atmosphère lourde. Le nom vient de Sirius, l'étoile du Chien, qui se levait avec le soleil dans la Grèce antique. Si le terme évoque la météo étouffante, les réseaux électriques connaissent eux aussi leur propre canicule.

Pour les fournisseurs d'énergie, cette période ne se résume pas à la pointe de demande liée à la climatisation. Elle coïncide aussi avec une hausse des perturbations harmoniques. Les harmoniques sont des composantes de tension ou de courant à des multiples entiers de la fréquence fondamentale (50 ou 60 Hz). Elles déforment la sinusoïde, réduisent le rendement et raccourcissent la durée de vie des équipements.

Cet article examine comment les harmoniques varient selon les saisons, pourquoi l'été est particulièrement exigeant, et quelles mesures peuvent être prises pour limiter les effets.

Comprendre les Harmoniques

Les harmoniques proviennent des charges non linéaires. Au lieu de consommer un courant en onde sinusoïdale régulière, ces appareils tirent des impulsions de courant. Les sources courantes sont les variateurs de fréquence (VFD), les onduleurs, l'éclairage LED et les groupes de climatisation.

L'impact des harmoniques se mesure par la Distorsion Harmonique Totale (THD), définie par :

THD = \sqrt{\frac{\sum_{h=2}^{n} V_h^2}{V_1^2}} \times 100%

où V_h est la tension efficace (RMS) de l'harmonique d'ordre h et V_1 la fondamentale.

Les normes fixent des seuils acceptables :

IEEE 519 recommande un THD de tension inférieur à 5% au point de couplage commun (PCC).
IEC 61000‑2‑2 fixe une limite de 8% de THD pour les réseaux publics basse tension.
IEC 61000‑2‑4 spécifie 5 à 10% de THD pour les environnements industriels, selon la classe.

Schémas Saisonniers

Été

Pendant la canicule, les harmoniques augmentent à cause de :

Climatiseurs : Les compresseurs à onduleur génèrent des harmoniques d'ordre impair, surtout la 3e et la 5e.
Variateurs de vitesse : Utilisés dans la CVC et l'industrie, ils ajoutent des harmoniques d'ordre 5, 7 et plus.
Onduleurs photovoltaïques : Au pic de production estivale, ils injectent des harmoniques de commutation, surtout dans les réseaux faibles.
Températures élevées : Les transformateurs fonctionnent près de la saturation et l'impédance des câbles augmente, amplifiant les effets harmoniques.

Des données de cas d'ERCOT (Texas) ont montré que le THD local passe de 2–3% pendant les mois frais à 6–8% lors des vagues de chaleur, sous l'effet des charges de climatisation synchronisées et du comportement des onduleurs. Ces valeurs sont données à titre d'exemple et varient selon le réseau.

Hiver

Les harmoniques hivernales sont différentes :

Chauffage électrique : Les radiateurs résistifs sont linéaires, mais ils augmentent la charge de base, réduisant l'amortissement et rendant le réseau plus sensible aux harmoniques d'autres sources.
Éclairage : L'éclairage LED, surtout avec d'anciens drivers, ajoute des harmoniques d'ordre 3 et 5. Les drivers modernes respectent souvent la norme IEC 61000‑3‑3, mais l'usage massif peut toujours créer de la distorsion.
Charges industrielles : Les fours à arc et postes de soudure contribuent aux harmoniques de bas ordre et aux interharmoniques (multiples non entiers).
Production éolienne : Les éoliennes à onduleur peuvent introduire des composantes subsynchrones, notamment dans les réseaux faibles.

Les fournisseurs nordiques observent des pics locaux de THD de 6–7% lors des soirées d'hiver, liés au chauffage et à la demande industrielle. Là encore, il s'agit de pics locaux, pas de moyennes système.

Impacts pour les Fournisseurs

Les harmoniques réduisent la durée de vie des transformateurs, augmentent les pertes dans les câbles et provoquent des déclenchements intempestifs des protections. Les moteurs subissent des pulsations de couple et l'électronique sensible peut dysfonctionner.

Sur le plan économique, les harmoniques entraînent :

Des coûts de maintenance et de remplacement accrus.
Un déclassement des transformateurs et câbles.
Des réclamations clients pour scintillement et mauvaise qualité de l'énergie.
D'éventuelles pénalités réglementaires.

Stratégies d'Atténuation

Surveillance
Déployer des analyseurs de qualité d'énergie avec enregistrement des harmoniques dans les postes et sur les départs. Les audits saisonniers aident à repérer les points chauds. Les systèmes AMI modernes et les compteurs CLOU avec fonctions d'enregistrement harmonique permettent d'identifier les sources de distorsion jusqu'au niveau du départ ou du client.

Filtrage

Filtres passifs accordés sur la 5e ou 7e harmonique.
Filtres actifs pour les charges dynamiques comme les data centers ou les bornes de recharge de véhicules électriques.
Solutions hybrides combinant les deux.

Exploitation du Réseau

Échelonner les démarrages de climatisation pour éviter les résonances.
Faire respecter la conformité harmonique des onduleurs.
Utiliser des onduleurs formateurs de réseau dans les zones à forte pénétration renouvelable.

Implication du Client

Tarifs pénalisant la mauvaise qualité d'énergie.
Incitations pour des équipements moins générateurs d'harmoniques.

Conclusion

La canicule estivale apporte plus que de la chaleur : elle accentue le stress harmonique sur le réseau. Les schémas saisonniers comptent : en été, les harmoniques augmentent avec la climatisation et le solaire, en hiver elles proviennent du chauffage et de l'industrie.

Pour les fournisseurs, la réponse est claire : surveiller, filtrer, planifier. En traitant les harmoniques comme un risque saisonnier, les opérateurs protègent leurs actifs, améliorent leur efficacité et maintiennent la confiance des clients.

Chez CLOU, nos systèmes avancés d'infrastructure de comptage (AMI) et compteurs d'énergie avec enregistrement harmonique offrent aux fournisseurs les outils pour localiser précisément quand et où les distorsions apparaissent. La surveillance continue jusqu'au niveau du départ ou du client permet de distinguer les perturbations locales des problèmes système. Avec ces informations, les opérateurs agissent plus vite, ciblent mieux les actions correctives et réduisent le stress inutile sur les équipements.

En résumé : les harmoniques n'ont pas à rester un fardeau saisonnier caché. Avec les bons outils de mesure et d'analyse, elles deviennent un paramètre maîtrisable de l'exploitation du réseau—et un pas vers un réseau plus résilient et intelligent.