Table des matières
AVANT- PROPOS i
Résumé ii
Abstract iii
Table des matières iv
Légende des figures viii
Légende des tableaux xi
Liste des annexes xi
Liste des symboles et acronymes xii
Introduction Générale
1
Chapitre un
Profils de la tension sur les réseaux de
transport d'énergie électriques
I.1 Introduction 4
I.2 Qualité de la tension 4
I.3 Dégradation de la qualité de la tension: les
Phénomènes perturbateurs 5
I.3.1 Variation ou fluctuation de la fréquence 5
I.3.2 Composante lente des variations de tension 6
I.3.3 Fluctuation de tension (flicker) 6
I.3.4 Creux de tension 7
I.3.5 Interruption courte ou coupure brève 7
I.3.6 Bosses de tension 8
I.3.7 Chutes de tension 8
I.3.8 Tension et/ou courant transitoire 9
I.3.9 Déséquilibre de tension 10
I.3.10 Perturbations harmonique et interharmoniques 11
I.4 lignes de transport électrique en régime
permanent 12
I.4.1 Généralités sur les réseaux
d'énergie électrique 12
I.4.2 Stabilité des réseaux électrique
13
I.4.2.1 Limite de stabilité en régime permanent
13
I.4.2.2 Stabilité dynamique 14
I.4.2.3 Stabilité transitoire 14
I.4.3 Instabilité de la tension 15
I.4.3.1 Causes de l'instabilité de la tension 15
I.4.3.2 Importance et incidents 15
I.4.3.3 Caractéristiques et analyse de la
stabilité de la tension 18
I.4.3.4 Facteurs d'influence reliés à la
stabilité de la tension 19
I.5 Étude en régime permanent d'une ligne de
transport non compensé 20
I.5.1 Équation fondamentale des lignes de transport
d'énergie électrique 20
I.5.2 Impédance caractéristique et charge
naturelle 23
I.5.3 Performance d'une ligne de transport non compensé
sans charge 24
I.5.4 Performance d'une ligne non compensé en charge
27
I.5.5 Calcul de la puissance transportable par une ligne non
compensée 29
I.6 Compensation d'une ligne de transport d'énergie
électrique 30
I.7 Conclusion 32
Chapitre deux
Généralités sur
les FACTS
II.1 Introduction 33
II.2 Exploitation d'un réseau électrique 33
II.3 Compensation Traditionnelle 34
II.3.1 Compensation shunt 34
II.3.2 Compensation série 37
II.4 Dispositifs FACTS 39
II.5 Classification des dispositifs FACTS 40
II.5.1 Dispositifs FACTS Shunt 41
II.5.1.1 Compensation shunt 41
II.5.1.2 Compensateur statique de puissance réactive SVC
41
II.5.1.3 Résistance de freinage contrôlée
par thyristors TCBR 43
II.5.1.4 Compensateur statique synchrone STATCOM 44
II.5.1.5 Générateur synchrone statique SSG 46
II.5.2 Dispositifs FACTS séries 47
II.5.2.1 Compensateurs séries 47
II.5.2.2 Compensateurs séries à thyristors 48
II.5.2.2.1 Condensateur série commandé par
thyristors TCSC 48
II.5.2.2.2 Condensateur série commuté par
thyristors TSSC 49
II.5.2.2.3 Condensateur série commandé par
thyristors GTO GCSC 50
II.5.2.3 Compensateurs statique séries synchrone SSSC
51
II.5.3 Régulateurs statiques de tension et de phase 52
II.5.3.1 Régulateurs de tension contrôlé par
thyristor TCVR 53
II.5.3.2 Régulateur de phase 54
II.5.4 Dispositifs FACTS combinés
série-parallèle 54
II.5.4.1 Contrôleur de transit de puissance unifié
UPFC 55
II.5.4.2 Contrôleur de transit de puissance entre ligne
IPFC 56
II.5.4.3 Régulateur de puissance Interphases IPC 57
II.6 Synthèse 58
II.7 Conclusion 60
Chapitre Trois
Étude et
modélisation du compensateur statique de puissance réactive
SVC
III.1 Historique du SVC 61
III.2 Définition du SVC 62
III.3 Opération d'un thyristor 62
III.4 Constitution du SVC 64
III.4.1 Condensateur fixe (FC) 64
III.4.2 Réactance commandée par thyristors (TCR)
64
III.4.2.1 Principe de fonctionnement 64
III.4.2.2 Harmoniques 67
III.4.3 Condensateur commuté par thyristors (TSC) 68
III.5 Schémas de SVC 71
III.6 Principe de fonctionnement du SVC 71
III.7 Modélisation de dispositif SVC 72
III.7.1 Modèle de compensateur statique de puissance
réactive SVC 72
III.7.2 SVC placé en un noeud du réseau 74
III.7.3 SVC placé au milieu d'une ligne 75
III.7.4 Modélisation d'un SVC de type FC-TCR 77
III.7.5 Valeurs de consigne de dispositif SVC 79
III.8 Contrôle optimale de compensation de la puissance
réactive sur le réseau 80
III.8.1 Compensation optimale de puissance réactive
80
III.8.2 Calcul de l'angle d'amorçage du TCR et le nombres de TSC
et TSR en
services 82
III.8.2.1 Compensateur statique type FC-TCR 82
III.8.2.2 Compensateur statique type TCR-TSC 84
III.8.2.3 Compensateur statique type TCR,TSR-FC 85
III.8.2.4 Compensateur statique type TCR,TSR-TSC 85
III.9 Conclusion 86
Chapitre Quatre Simulations et analyses des
résultats
IV. 1 Introduction 87
IV.2 Modèle de base de contrôle d'un SVC 88
IV.2.1 Description du modèle de base de contrôle
89
IV.2.1.1 Modèle de contrôle détaillé
Modèle de mesure 89
IV.2. 1.2 Modèle de contrôle du susceptance (BSVC)
89
IV.2. 1.3 Modèle de régulateur de tension 89
IV.2. 1.4 Modèle d'unité de distribution 90
IV.2.2 Paramètres typiques du SVCs 90
IV.2.3 Fonction du transfert simplifie 91
IV.2.4 Réponse dynamique du SVC 92
IV.2.5 Mode de fonctionnement du SVC 92
IV.3 Modèle de contrôle du SVC 93
IV.3.1 Modèle de contrôle du SVC en régime
permanent 93
IV.3.2 Modèle de contrôle du SVC en régime
dynamique 95
IV.3 .2.1 Modèle de contrôle simplifié 95
IV.3.2.2 Modèle de contrôle détaillé
96
IV.4 Simulation 97
IV.4. 1 Performances du compensateur statique SVC 97
IV.4. 1.1 Caractéristique tension-courant en
régime permanent 98
IV.4. 1.2 Contrôle de la susceptance du SVC et
régulation de la tension 99
IV.4.2 Contrôle des tensions et des
puissances réactives sur un réseau de transport
d'énergie électrique 100
IV.5 Simulation des harmoniques dans le TCR 109
IV.6 Conclusion 110
Conclusions générales et perspectives
d'avenir 111
Bibliographie 113
Annexes 114
Légende des figures
Chapitre un
Figure I.1: Exemple de fluctuation de la fréquence 6
Figure I.2: Exemple de variations rapide de la tension 6
Figure I.3: Creux de tension 7
Figure I.4: Cas d'une consommation alimentée par une ligne
depuis une centrale 8
Figure I.5: Cas d'une forte consommation alimentée par une
ligne depuis une centrale 8
Figure I.6: Cas d'une consommation répartie avec plusieurs
centrales 9
Figure I.7: Exemple de cas de surtensions transitoires 10
Figure I.8: Déséquilibre de tension 10
Figure I.9: Distorsion provoquée par un seul harmonique
(h=5) 11
Figure I.10: Exemple d'un réseau radial 18
Figure I.11: Caractéristiques P-V du réseau radial
18
Figure I.12: Circuit distribué équivalent d'une
longue ligne de transport 20
Figure : I.13: profils de la tension et du courant pour une ligne
26
Figure I.14 : Illustration typique de l'amplitude de la tension en charge
de la position x sur
une longue ligne pour différentes valeurs de charge 28
Chapitre deux
Figure II.1: Puissance transité entre deux réseaux
33
Figure II.2: Représentation du Système 35
Figure II.3: Principe de compensation shunt dans un réseau
AC radial: 36
Figure II.4: Principe de compensation série dans un
réseau AC radial: 37
Figure II.5: Structure de base d'un SVC 42
Figure I.6: Courbe caractéristique tension-courant du SVC
42
Figure II.7 : Schéma du SVC avec TCBR 43
Figure II.8: Structure de base d'un STATCOM 45
Figure II.9: Caractéristique V-I du STATCOM 46
Figure II.10 : SMES mises en application avec un convertisseur
à thyristor 47
Figure II.11: Schéma d'un TCSC composé de plusieurs
modules identiques 48
Figure II.12: Régimes de fonctionnement du TCSC 49
Figure II.13: Condensateur série commuté par
thyristors TSSC 50
Figure II.14: schéma de base d'un GCSC 50
Figure II.15: Schéma d'un Compensateurs statique
séries synchrone 51
Figure II.15: Schéma de principe d'un régulateur
statique de tension et de phase 52
Figure II.16: Schéma d'un régulateur de tension
contrôlé par thyristors 53
Figure II.17: Régulateur de phase dans une ligne reliant
deux générateurs 54
Figure II.18: Schéma de base d'un UPFC 55
Figure II.19: Compensateur universel dans une ligne reliant deux
générateurs 56
Figure II.20: Schéma du contrôleur de transit de
puissance entre lignes 57
Figure II.21: Régulateur de puissance Interphases 58
Figure II.22: Paramètres contrôlés par les
différents dispositifs FACTS: 59
Chapitre Trois
Figure III.1: Nombre approximatif d'installations du SVC de 1970
à 2006 61
Figure III.2: Schéma d'un SVC de type TCR-FC 62
Figure III.3: Schéma d'un thyristor 63
Figure III.5: Réactance commandée par thyristors
TCR 65
Figure III.6: Principe de contrôle du TCR 66
Figure III.7: Condensateur commuté par thyristors TSC
69
Figure III.8: Principe du contrôle de TSC 70
Figure
III.9: Compensateur statique de puissance réactive, a) schémas,
b) zone de
fonctionnement 71
Figure III.10: Schéma d'un SVC de type TCR-TSC-FC 72
Figure III.11: Modélisation du SVC, a) symbole, b)
modèle 73
Figure III.12: Variation de la puissance réactive
par un SVC en fonction de la tension
nodale 74
Figure III.13: SVC placé en un noeud 75
Figure III.14: SVC placé en milieu de ligne 75
Figure III.15: Transformation en une ligne équivalente
avec un SVC en son milieu 76
Figure III.16: Schéma d'un SVC connecté sur un
réseau 77
Figure III.17: Évolution temporelle des modes de
conduction 78
Figure III.18: Diagramme d'un système d'alimentation
triphasé avec un compensateur de
puissance réactive 81
Figure III.19: SVC type FC-TCR, a) Schémas, b) variation
de la tension et du courant 82
Figure III.20: Compensateur statique type TCR-TSC 84
Figure III.21: Compensateur statique type TCR,TSR-FC 85
Figure III.22: Compensateur statique type TCR,TSR-TSC 86
Chapitre Quatre
Figure IV. 1: Schéma unifilaire d'un SVC et sont
schéma fonctionnel simplifié de son
système de contrôle 87
Figure IV.3: Modèle de circuit de mesure 89
Figure IV.4: Modèle de contrôle du susceptance 89
Figure IV.5: Modèle de régulateur de tension 89
Figure IV.6: Modèle d'unité de distribution d'un
SVC type TSR-TSC 90
Figure IV.7: Diagramme en bloc simplifie de SVC 91
Figure IV.8: Circuit équivalent du SVC 93
Figure IV.9: Caractéristique d'exploitation normale du
compensateur statique 94
Figure IV.10: Modèle de contrôle du SVC 95
Figure IV.1 1 : Modèle de contrôle du SVC pour
l'étude dynamique (modèle détaillée) 97
Figure IV.12: Schéma d'un SVC connecter à un
réseau électrique 98
Figure IV. 13: Caractéristique tension-courant de
compensateur statique SVC 98
Figure IV.14: Résultats de simulation du compensateur SVC
100
Figure IV.15: SVC +300 Mvar/-100 Mvar connecté sur un
réseau électrique à 735 KV...102
Figure IV.16: Simulation de la réponse dynamique du
compensateur SVC 103
Figure IV.17: Signaux de commande envoyer aux
gâchettes des thyristors de TCR et
TSCs 104
Figure IV. 18: Tension et courant dans le TCR pour un angle
d'amorçage á = 120° 105
Figure IV.19: Résultats de simulation du TSC1 (branche AB)
106
Figure IV.20: Résultats de simulation du TSC2 (branche AB)
107
Figure IV.21: Résultats de simulation du TSC3 (branche AB)
107
Figure IV.22: Résultats de simulation du TCR (branche AB)
108
Figure IV.23 : Distorsion de Tension aux bornes de TCR-AB et
l'ordre d'harmonique 109
Figure IV.24 : Distorsion de Courant dans le TCR-AB et l'ordre
d'harmonique 110
Légende des tableaux
Tableau I.1: Incidents suivis d'un effondrement . 16
Tableau I.2: Incidents non suivis d'un effondrement 17
Tableau II.1: Bénéfices techniques des dispositifs
FACTS 59
Tableau III.1: Amplitudes maximales de courants harmoniques dans
TCR 67
Tableau IV. 1 : Paramètres typiques du SVC
90
Liste des Annexes
Annexe A : Relation entre
le coefficient S et l'angle d'amorçage á 118
Annexe B : Algorithmes qui décrit le calcul
numérique de la puissance réactive compensé pour les
différentes configurations du SVC 119
Annexe C : Modèle de phase d'un compensateur statique de
puissance réactive SVC . 121
Annexe D : Exemple d'un compensateur statique SVC +300 Mvar/-100
Mvar
(1 TCR-3 TSCs) connecté sur un réseau à 735
KV 122
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