Chapitre 3
La stabilisateur de puissance
(P55 conventionnel)
CHAPITRE III Stabilisateur de puissance (PSS
conventionnel)
III.1. Introduction :
La stabilité peut être considérablement
améliorée en utilisant des systèmes en boucle
fermée avec des systèmes de contrôle adaptés. Au fil
des années, un effort de recherche important était affecté
pour une meilleure conception de tels contrôleurs. Il y a principalement
deux moyens rapides permettant d'améliore la stabilité :
? L'utilisation d'un contrôleur côté
générateur (PSS) : signal de contrôle
supplémentaire dans le système d'excitation du
générateur.
? L'utilisation d'un contrôleur coté de lignes de
transmission: signal de contrôle supplémentaire dans le
système FACTS (Flexible AC Transmission System).
Ces systèmes restent très chers pour être
installés uniquement pour une raison d'amortissement des
oscillations.
Les contrôleurs PSSs qui sont des
systèmes simples et faciles à installés, pratiques,
efficaces et moins chers, sont les systèmes les plus utilisés
pour améliorer la stabilité aux petites perturbations. Nous
allons donc les utiliser dans notre étude.
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CHAPITRE III Stabilisateur de puissance (PSS
conventionnel)
III.2.Fonctionnement et modèle de PSS:
Un PSS permet d'ajouter un signal de tension
proportionnel à la variation de vitesse de rotor dans l'entrée du
régulateur de tension (AVR) du générateur, figure
(III. 1). Un couple électrique en phase avec la variation de vitesse de
rotor est ainsi produit dans le générateur. Par
conséquent, avec un système d'excitation rapide et fort,
l'avantage présenté par un couple synchronisant important est
toujours assuré et le problème de la décroissance du
couple d'amortissement est corrigé [28,22]. Le PSS
va s'opposer à toutes les faibles oscillations en forçant le
système d'excitation à varier au plus juste et au bon moment.
Par conséquent, l'ensemble du système de
contrôle d'excitation (AVR et PSS) doit assurer les
points suivants[29]:
· supporter les premières oscillations faisant
suite à une grande perturbation ; c.-à-d. assurer la
stabilité transitoire du système.
· maximiser l'amortissement des oscillations
électromécaniques associées aux modes locaux ainsi qu'aux
modes interrégionaux sans effets négatifs sur les autres
modes.
· minimiser la probabilité d'effets
défavorables, à savoir :
o les interactions avec les phénomènes de
hautes fréquences dans le système
électro-énergétique telle la résonance dans le
réseau de transport.
o les instabilités locales dans la bande de l'action
désirée du système de contrôle.
· être suffisamment robuste pour permettre au
système de contrôle d'assurer ses objectifs pour divers points de
fonctionnement probables du système
électro-énergétique. Le choix du signal d'entrée de
PSS représente une étape critique dans la conception du
PSS. Plusieurs considérations interviennent dans ce choix,
telles :
· la sensibilité du signal d'entrée aux
oscillations électromécaniques (autrement dit, les modes
oscillatoires doivent être "observables" dans le signal choisi).
· l'insensibilité du signal d'entrée du
PSS à son propre signal de sortie. D'une façon
similaire, la sensibilité doit être très la plus faible
possible pour les signaux de sortie d'autres PSS.
Un bon résultat peut être obtenu si l'entrée
du PSS est la variation de la vitesse de rotor ( ), la
variation de puissance produite du générateur (
) ou la fréquence du jeu de barre ( ). Etant
donné que le PSS est utilisé pour produire
un couple électrique proportionnel à la variation de
vitesse, il apparaît donc plus convenable d'utiliser la
variation de vitesse ( ) comme entrée du
PSS. Cependant, quel que soit le signal d'entrée,
la fonction de transfert du PSS doit compenser les
caractéristiques de phase du système d'excitation, des parties
électriques du générateur et des autres parties
électriques du système. L'ensemble de ces dernières
déterminent la fonction de
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CHAPITRE III Stabilisateur de puissance (PSS
conventionnel)
transfert entre l'entrée du système d'excitation (
) et le couple électrique du générateur
( ),[30]. Cette fonction de transfert est
dénotée GEP(s), figure (III.1).
Figure III.1. Modèle
simplifie de liaison entre un PSS et le système.
Le type de PSS le plus utilisé est connu sous
le nom de PSS conventionnel (ou PSS avance/retard). Ce type a
montré sa grande efficacité dans le maintien de la
stabilité aux petites perturbations. Ce PSS utilise la
variation de vitesse de rotor comme entrée. Il se compose
généralement de quatre blocs, figure (III.2) :
? un bloc d'amplificateur.
? un bloc de filtre passe-haut "filtre washout". ? un bloc de
compensation de phase.
? un limiteur.
Figure III.2. Modèle d'un
PSS avance/retard.
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a) CHAPITRE III Stabilisateur de puissance (PSS
conventionnel)
L'amplificateur :
Il détermine la valeur de l'amortissement introduit
par le PSS. Théoriquement, sa valeur (KPSS) doit
correspondre à l'amortissement maximal. Toutefois, la valeur du gain
doit satisfaire l'amortissement des modes dominants du système sans
risquer de dégrader la stabilité des autres modes ou la
stabilité transitoire[29]. Généralement,
KPSS varie généralement de 0.01 à
50[4].
b) Le filtre passe-haut "filtre washout":
Il élimine les oscillations à très basse
fréquence (inférieure à 0.2 Hz )
présentées dans le signal d'entrée. Il supprime
également la composante continue de la vitesse (la composante "DC"
correspondant au régime statique) : le PSS ne
réagit donc que lorsqu'il y a des variations de
vitesse. La constante de temps de ce filtre () doit
être suffisamment grande pour permettre aux signaux, dont la
fréquence est située dans la bande utile, d'être transmis
sans atténuation. Mais, elle ne doit pas être trop grande pour
éviter de mener à des variations indésirables de tension
de
générateur pendant les conditions
d'îlotage. Généralement, varie de 1 à 20 secondes
. Une
amélioration remarquable sur la stabilité de la
première oscillation est obtenue avec une valeur
fixée à 10 secondes[19] .
c) Le filtre compensation de phase :
L'origine de l'amortissement négatif est, comme nous
l'avons vu, associée au retard de phase
introduit entre le couple électrique du
générateur ( ) et l'entrée du système
d'excitation( ).
Par conséquent, le PSS fournit l'avance de
phase nécessaire pour compenser le retard de phase de la fonction de
transfert GEP. Pratiquement, un bloc de phase d'avance pure ne suffit
pas pour réaliser la compensation de phase nécessaire ; ainsi, un
bloc d'avance/retard de phase est souvent utilisé. Pour mieux garantir
la stabilité du système, deux étages (au moins) de
compensations de phase sont nécessaires. La fonction de transfert de
chaque étage est une simple combinaison de pole-zéro, les
constantes de temps d'avance et de retard étant réglables. La
gamme de chaque constante de temps s'étend généralement de
0.01 à 6 secondes . Mais pour des considérations
de réalisation physique, les constantes de temps de retard sont
considérées fixes et généralement autour de la
valeur de 0.05 secondes[31] .
d) Le limiteur :
Le PSS est conçu pour améliorer
l'amortissement du système en cas de petites variations autour d'un
point d'équilibre. Son objectif n'est pas de restaurer la
stabilité du système aux perturbations sévères (la
stabilité transitoire). Le PSS a parfois tendance à
perturber le bon fonctionnement du
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CHAPITRE III Stabilisateur de puissance (PSS
conventionnel)
régulateur de tension en le saturant lorsque ce dernier
essaye de maintenir la tension lors des conditions transitoires. Ainsi, le
PSS doit être équipé d'un limiteur afin de
réduire son influence indésirable durant les phases
transitoires[30].Les valeurs minimales et maximales du
limiteur s'étendent de 0.02 à 0.1 per-unit[32]
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