II.3.2.Régulateur de tension et modèle du
système d'excitation :
Le système d'excitation est un système
auxiliaire qui alimente les enroulements d'excitation de la machine synchrone
afin que cette dernière puisse fournir le niveau de puissance
demandé. En régime permanant, ce système fournit une
tension et un courant continu mais il doit être capable également
de faire varier rapidement la tension d'excitation en cas de perturbation sur
le réseau[25].
Actuellement, des systèmes d'excitation variés sont
employés. Trois principaux types peuvent être
identifiés[26].
? Les systèmes d'excitation à courant continu
« CC »:
Ils utilisent une génératrice à courant
continu avec collecteur comme source de puissance du système
d'excitation.
? Les systèmes d'excitation à courant alternatif
« CA »:
Ils utilisent un alternateur et des redresseurs statiques ou
tournants pour produire le courant continu nécessaire dans l'enroulement
d'excitation de la machine synchrone.
? Les systèmes d'excitation statiques «
système ST » :
Dans ce cas, le courant d'excitation est fourni par un
redresseur commandé. Sa puissance est fournie soit directement par le
générateur à travers un transformateur donnant le niveau
approprié de tension, soit par des enroulements auxiliaires
montés dans le générateur.
Le système d'excitation sont équipés de
contrôleurs, appelés habituellement régulateurs de tension
(Automatic Voltage Regulator : AVR), figure (II.9). Ces derniers sont
très important pour l'équilibre de la puissance réactive
qui sera fournie ou absorbée selon les besoins des charges. En outre ces
contrôleurs représentent un moyen très important pour
assurer la stabilité transitoire du système
électro-énergétique. Le régulateur de tension agit
sur le courant d'excitation de l'alternateur pour régler le flux
magnétique dans la machine et "ramener" la tension de sortie de la
machine aux valeurs souhaitées. Une caractéristique très
importante d'un régulateur de tension est sa capacité à
faire varier rapidement la tension d'excitation.
CHAPITRE II Modélisation du Système
Électro-énergétique
56
Figure II.9. Structure d'un
système d'excitation statique avec son AVR.
E + A E =
e + A + e + A
e
Le groupe IEEE task forces présente
périodiquement des recommandations pour la modélisation des
éléments d'un système de puissance dont les
systèmes d'excitation. Plusieurs modèles sont
suggérés pour chaque type de système
d'excitation[26]. Les systèmes d'excitation statiques
étant les plus installés actuellement, nous avons donc choisi
dans notre étude d'utiliser le modèle du système
IEEE-STIA, modèle le plus utilisé dans la
littérature. Ce type de système d'excitation se
caractérise par sa rapidité et sa
sensibilité[22].
La tension aux bornes de générateur peut
être exprimée en forme complexe :
? ?
E? e ? je
t d q
E e
2 2
?
t d
? e 2
2
( ) ( e ) ( )2
2
t 0 t d 0 d q 0
q
?
??
q
E t 0?E t ?
ed0?ed ? eq0?eq
(II.39)
D'appliquer une petite perturbation, on peut écrire :
(II.40)
En négligeant plus haut limites d'ordre d'expression
l'équation ci-dessus réduite à :
(II.41)
Donc :
CHAPITRE II Modélisation du Système
Électro-énergétique
(II.42)
En termes de valeur perturbée, équation(II.20) peut
être écrit :
(II.43)
En utilisant les équations (II.26) et (II.28), nous
obtenons :
Où :
(II.44)
? ? ? ? ? ?
?
K 6
e e
d 0
? ? ? ? ? ? ? ? ?
K R m L n L n R n ? L m ?
L m ?
5 a 1 1 1 aqs 1 a 1 1 1
ads 1
E E
t 0 t 0
?? R m ? L n ?
L n ? a 2 1 2 aqs 2
0
ed
?
0
Et
0
eq
?
0
Et
q 0 '
? ?
? R n L m L
? ? ? ?
' 1 m
? ? ?? ?
a 2 1 2 ads ?? 1
? ?
(II.45)
? ? Lfd ? ?
Pour l'analyse à échelle réduite, le
système d'excitation de thyristor comme montré dans la figure
(II.10) est considéré la non linéarité
associée avec le plafond sur l'excitateur produire la
tension représenté prés et ce qui est
ignoré pour des études de petit perturbation.
Figure II.10. système
d'équitation statique (thyristor) avec AVR. À partir du bloc
de la figure (II.10), en utilisant perturbé valeurs, nous avons:
|
?v1
|
?
|
1
|
|
Et
|
|
|
1?TR
|
S
|
(II.46)
|
57
D'où :
58
CHAPITRE II Modélisation du Système
Électro-énergétique
Co 0 R fd
(II.47)
On remplace dans l'équation (II.44), nous obtenons :
a ? ? b K ? ?
K
34 32 A A
L adu
(II.48)
D'après le bloc 2 de la figure (II.10), nous obtenons :
(II.49)
En termes de valeurs perturbées, nous avons :
(II.50)
L'équation dynamique du circuit de champ montrée
dans l'équation (II.36), devient :
L'expression de rester sans changement, nous avons premier ordre
commande le
modèle pour l'excitateur, l'ordre du système global
est augmenté prés 1 ; la nouvelle variable
d'état supplémentaire est .
(II.53)
Avec:
|
a41
|
|
|
a42
|
?
0
|
K5
T R
|
|
a43
|
K6
T R
1
|
a44 ? T R (II.54)
CHAPITRE II Modélisation du Système
Électro-énergétique
L'espace d'état complet de modèle pour le
système d'alimentation, incluant le système d'excitation de la
figure (II. 7) à la forme suivante :
?
??
?
?
?
?
??fd ? ? ? ? ? ? ?
?
??
?v1
a 0 ? ? ? ? ? ?
b
13 0
? ? ? ?
? 0
a21
0
0
? ? ? ? ? ?
a a ? ? ?? ? ? 0
a 32
a 42
33 34 fd
? ?? ?? ?
a a ? ? ? v ?
? 0
a a
11 12
43 44 1
0 0 0 ? ? ? ? ? ?
59
La figure (II.11) montre le schéma fonctionnel obtenu
en bloc de la figure (II.7) pour inclure le capteur de tension et le
régulateur automatique de tension avec excitateur. La
représentation est
applicable à n'importe quel type d'excitateur, avec
représentation de la fonction de
transfert de AVR et excitateur. Pour un
thyristor-excitateur .
Le signal terminal d'erreur de tension, qui forme le bloc de
capteur de tension d'entrée est donné
par : . (II.56)
R E ? jX E
Figure II.11.
Représentation du schéma bloc avec l'excitateur et AVR.
K6
Le coefficient est toujours positif tandis que peut être
dépendre positif ou négatif de la
condition. Et impédance externe de réseau . La
valeur de a un significatif portant
sur l'influence de AVR sur
l'amortissement de l'oscillation de système[27].
| 
