II.3.Régulation du générateur
:
Si l'équilibre des puissances actives n'est plus
assuré, la fréquence de synchronisme dans le système sera
changée, alors qu'un déséquilibre des puissances
réactives entraînera une variation des tensions du système
par rapport à leurs valeurs de référence.
Pour assurer une génération satisfaisante
d'énergie électrique, pour un grand nombre de points de
fonctionnement, le couple mécanique appliqué au
rotor et la tension d'excitation doivent
être réglés systématiquement pour
s'accommoder de toute variation du système.
Le système responsable de la génération
du couple mécanique et ainsi de l'entraînement du rotor du
générateur est appelé "système de force motrice".
Le contrôle de la fréquence (ou contrôle de la puissance
active) associé à ce système maintient la vitesse nominale
des générateurs en assurant de ce fait une fréquence
constante. Par ailleurs, le système d'excitation est responsable de la
tension d'excitation fournie au générateur. Les valeurs du
système d'excitation pour enfin obtenir les tensions
désirées aux bornes du
générateur[9].
II.3.1.Régulateur de fréquence et
modèle de la turbine :
Un système de force motrice, figure (II.8), se compose
de la source d'énergie primaire, de la turbine (équipé
d'un servomoteur) et du régulateur de fréquence (gouverneur)
[24].
La turbine transforme l'énergie potentielle de la
source en énergie de rotation de l'arbre (rotor) sur lequel est
placé l'alternateur. L'alternateur convertie la puissance
mécanique fournie par la turbine en puissance électrique de
sortie. La vitesse de l'arbre de la turbine est mesurée
précisément et comparée à la vitesse de
référence. Le régulateur de fréquence (vitesse)
agit ensuite sur le servomoteur pour ouvrir et fermer les vannes de
contrôle et modifier par
CHAPITRE II Modélisation du Système
Électro-énergétique
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conséquent la vitesse de générateur.
Ainsi le rôle de la turbine est d'entraîner le rotor du
générateur à la vitesse synchrone correspondant à
la fréquence du système
électro-énergétique.
Figure II.8. Structure
générale d'un système de force
motrice-générateur.
Les turbines à vapeur utilisées dans les
centrales thermiques (charbon, gaz, pétrole, nucléaire) sont
constituées d'un certain nombre de roues, successivement fixes et
mobiles, portant des ailettes le long desquelles la vapeur se déplace.
Au fur et à mesure que la vapeur progresse axialement dans la turbine,
sa pression diminue et la taille des ailettes augmente. Ces différentes
roues sont généralement groupées en plusieurs
étages, particulièrement dans les centrales de grande puissance.
La division de la turbine en étages permet de réchauffer la
vapeur entre les étages en assurant, par conséquent, un meilleur
rendement au cycle thermique[25].
Le gouverneur forme une boucle de retour qui surveille la
vitesse du rotor à chaque instant. Considérons par exemple une
perturbation de l'équilibre des puissances actives. Dans les toutes
premières secondes, l'énergie correspondante va être
prélevée sur l'énergie cinétique des masses
tournantes des unités de production. Ceci va entraîner une
perturbation de la vitesse de rotation de ces unités. Cet écart
de vitesse doit être détecté et corrigé
automatiquement par les gouverneurs. Ces gouverneurs doivent changer
l'admission de fluide (vapeur, gaz ou eau) dans les turbines de manière
à ramener les vitesses et donc la fréquence du réseau,
autour de leurs valeurs nominales.
Dans l'analyse de la stabilité transitoire ou
dynamique, la réponse temporelle du système de la force motrice
à une perturbation est considérée comme plus lente que la
plage de l'étude de la force motrice peut être extrêmement
simplifiée. Pour une analyse de stabilité transitoire d'une
durée de quelques secondes, le modèle du système de la
force motrice peut être supprimé en considérant que le
couple mécanique de la turbine reste constant[24].
CHAPITRE II Modélisation du
Système Électro-énergétique
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