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Amélioration du transit de puissance par les facts et simulation sur Matlab/Simulink d'un réseau électrique.

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par Alain Innocent LEKA
ENSET de Douala - DIPET 2: Diplôme de Professeur d'Enseignement Technique Deuxiéme Grade 2008
  

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SOMMAIRE

Sommaire .....................................................................................................................v

Résumé........................................................................................................................vii

Abstract ...........................................................................................................................viii

Cahier des charges ............................................................................................................ix

Remerciements ......................................................................................................... x

Avant propos............................................................................................................xi

Liste des figures ...............................................................................................................xii

Liste des tableaux ............................................................................................................xiii

Abréviations ..........................................................................................................................xiv

INTRODUCTION GENERALE ...............................................................................................................................

1

CHAPITRE 1 : APPROCHE MATHEMATIQUES SUR LES ELEMENTS D'UNE LIGNE DE TRANSPORT HAUTE TENSION...................................................................................................

3

1-1 INTRODUCTION...........................................................................................................

3

1-2 LES ETAPES DE LA METHODE DE CALCUL.....................................................................

3

1-3 METHODE GENERALE DE CALCUL................................................................................

4

1-4 LES RESEAUX SYMETRIQUES..............................................................................

4

1-5  MATRICE DES RESISTANCES ET DES INDUCTANCES LOGITUDINALES LINEIQUES...

4

1-6 NOTION DE MATRICE D'IMPEDANCE EFFECTIVE .............................................................

5

1-7 LE SYSTEME PER UNIT, PUISSANCE, TENSION, PUISSANCE ET COURANT DE BASE.............................

6

1-8 CHUTE DE TENSION SUR UNE LIGNE .............................................................................................

7

1-9 MODELISATION DE LIGNES...........................................................................................................

7

1-10 MODELISATION DES TRANSFORMATEURS.....................................................................

8

1-11 MODELISATION DES MACHINES SYNCHRONES...............................................................

8

1-12 CONCLUSION...............................................................................................................

9

CHAPITRE 2 : ANALYSE DES CHARGES ET DES PUISSANCES SUR UN RESEAU...................

10

2-1/ INTRODUCTION..........................................................................................................

10

2-2 / FORMULATION DU PROBLEME DE (LOAD FLOW)............................................................

10

2-3/ CONSTITION D'UN RESEAU..........................................................................................

10

2-3-1/ LES GENERATEURS......................................................................................................

10

2-3-2/ LES CHARGES..............................................................................................................

10

2-4/ BILAN DE PUISSANCE ET BALANCIER...........................................................................

11

2-4-1/ BILAN DE PUISSANCES.................................................................................................

11

2-4-2/ LE GENERATEUR BALANCIER.......................................................................................

11

2-5/ FORMULATION A L'AIDE DE LA MATRICE D'ADMITTANCE...............................................

12

2-6/ DIRECTION DE L'ENERGIE ENTRE DEUX BARRES OMNIBUS.............................................

14

2-7/ CONCLUSION .........................................................................................................................................

15

CHAPITRE 3 : AMELIORATION DU TRANSIT DE PUISSANCE PAR LES DISPOSITIFS FACTS...................................................................................................................................

16

3-1/ INTRODUCTION ..........................................................................................................

16

3-2 / GENERALITE SUR LES DISPOSITIF FACTS...................................................................

17

3-2-1 / FONCTIONNEMENT DES FACTS....................................................................................

18

3-2-2/ PROBLEMES DE CONGESTION ET DE DECONGESTION.....................................................

18

3-2-3/ MODE D'EMPLOI POUR LE TRAITEMENT DES DEFAUTS...................................................

19

3-2-1 / COMMENT OPTIMISER L'EXISTANT..............................................................................

20

3-2-1/ LES COMPENSATEURS STATIQUES D'ENERGIE REACTIVE................................................

20

3-2-1-1/ COMPENSATEURS PARALLELES....................................................................................

21

3-2-1-1-1/ Compensateurs parallèle traditionnelle................................................................................

21

3-2-1-1-2/ Compensateurs parallèles à base de thyristors........................................................................

22

3-2-1-1-3/ Compensateurs parallèles à base de GTO thyristors................................................................

24

3-2-2/ LES COMPENSATEURS SERIE REGLABLES......................................................................

25

3-2-2-1 / COMPENSATEURS SERIES.............................................................................................

25

3-2-2-1-1 / Compensateurs séries à base de thyristor............................................................................

25

3-2-2-1-2 / Compensateurs séries à base de GTO thyristors...................................................................

26

3-2-3/ LES COMPENSATEURS MODERNES...............................................................................

26

3-2-3-1/ COMPENSATEURS HYBRIDES SERIE/PARALLELE...........................................................

26

3-2-3-1-1/Compensateurs hybrides à base de thyristors........................................................................

26

3-2-3-2 /LES DEPHASEURS STATIQUES.....................................................................................

27

3-2-3-3/ LE DEPHASEUR-REGULATEUR UNIVERSEL....................................................................

 

3-3 / SYSTEMES FLEXIBLES DE TRANSPORT ET DE DISTRIBUTION ELECTRIQUE CAS DE L'UPFC...

28

3 -3- 1 / PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE l'UPFC.................................................................

28

3- 3-2 / PRESENTATION DE STRUCTURE....................................................................................

29

3-4/ SYNTHESE DANS LE CHOIX DES FACTS..........................................................................

30

Chapitre 1 3-5/ PRESENTATION ET ANALYSE DE L'UPFC SUR UN RESEAU............................................

31

3-8/ CONCLUSION.................................................................................................................

32

CHAPITRE 4 : CAS DE SIMULATION SUR MATLAB/SIMULINK D'UNE LIGNE AVEC UPFC.......................

33

4-1/ INTRODUCTION...........................................................................................................

33

4.2 MODELISATION DE LA LIGNE DE L'OUEST DU RESEAU AES SONEL SANS UPFC

33

4.3 MODELISATION DE LA LIGNE DE L'OUEST DU RESEAU AES SONEL SANS UPFC

33

ANNEXE...............................................................................

34

CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES D'AVENIR

37

· A la mémoire de mon défunt Papa

AMBASSA MOLO THEODORE.

· Ma très chère maman

MBALLA Appolonie.

Résumé

L'expansion continuelle des réseaux de transport d'énergie montre les limites des capacités de transit des systèmes existants. Les gestionnaires de réseaux sont contraints d'exploiter le système au plus prés de ses limites thermiques et dynamiques, alors que les consommateurs sont de plus en plus exigeants quant à la qualité de l'énergie et la continuité de service. L'amélioration de la qualité de l'énergie, l'augmentation de la capacité de l'énergie, transitée et le contrôle des réseaux existants peuvent être obtenu grâce à la mise en place de nouvelles technologies. Les FACTS à base d'électronique de puissance apportent des solutions dynamiques, efficaces et prouvées à la conduite des réseaux. Certaines lignes situées sur des chemins privilégiés peuvent être surchargées. Dés lors, il est intéressant pour le gestionnaire du réseau de contrôler ces transits de puissance afin d'exploiter le réseau de manière plus efficace et plus sûre. La technologie FACTS est un moyen permettant de remplir cette fonction. Avec leur aptitude a modifier l'impédance apparente des lignes, les dispositifs FACTS peuvent être utilisés aussi bien pour le contrôle de la puissance active que pour celui de la puissance réactive ou de la tension. Plusieurs types de FACTS existent et le choix du dispositif approprié dépend des objectifs à atteindre.

L'objectif de ce travail était de montrer une stratégie de contrôle pour les tensions ainsi que pour les flux de puissances réactives transitant dans un réseau. L'UPFC qui est un FACTS est un dispositif de type shunt et série à savoir deux SVC (Static Var Compensator) donc l'un est connecté) à un transformateur série et l'autre parallèle. Puis de simuler sur Power World un réseau de transport d'énergie électrique et puis d'effectuer une analyse de ce réseau.

Abstract

The focus of this memory is a FACTS device known as the Unified Power Flow Controller (UPFC). With its unique capability to control simultaneously real and reactive power flows on a transmission line as well as to regulate voltage at the bus where it is connected, this device creates a tremendous quality impact on power system stability. These features become even more significant knowing that the UPFC can allow loading of the transmission lines close to their thermal limits, forcing the power to flow through the desired paths. This will give the power system operators much needed flexibility in order to satisfy the demands that the deregulated power system will impose. The most cost-effective way to estimate the effect the UPFC has on a specific ower system operation is to simulate that system together with the UPFC by using one of the existing simulations packages. Therefore it is advisable for the transmission system operator to have another way of controlling power flows in order to permit a more efficient and secure use of transmission lines. The FACTS devices (Flexible AC Transmission Systems) could be a mean to carry out this function without the drawbacks of the electromechanical devices (slowness and wear). With their ability to change the apparent impedance of a transmission line, FACTS devices may be used for active and power control, as well as reactive power or voltage control. To arrive to this objective, work has been decomposed in four chapter After we have develop one network electrical system in that we have do an analysis in Power World and have looking how UPFC can help us to resolve the problem we have see in this eslectrical system.

Cahier de charges

L'étude et la réalisation d'un réseau électrique haute tension sur lequel est. axé ce mémoire doit satisfaire aux fonctions de service suivantes:

Etude et conception:

L'étude a été menée conformément à la norme NFC 64-200 Relative à la stabilité des réseaux haute tension.

La simulation du réseau est effectuée sur MATLAB/SIMULINKTM

La réalisation

Il doit être réalise au laboratoire de l'ENSET

Utilisation

Il doit être utilise sur les systèmes d'exploitation WINDOWS XP où MATLAB/SIMULINKTM est. Installé

Remerciements

Nous voudrions remercier toutes les personnes qui par leur franche et précieuse contribution, nous ont aidés d'une manière ou d'une autre à l'élaboration de ce travail. Elles méritent bien plus que nos simple remerciement que nous leurs adressons. Il s'agit de:

Ø Ph.D Nneme Nneme Léandre mon Directeur de mémoire qui malgré ses multiples sollicitations à bien voulu m'accepté à poursuivre ce travail selon le cahier de charge qui s'était fixé et à me guider dans le domaine de la recherche scientifique ;

Ø Les membres du jury en particulier le président : Ph.D ESSIBEN

Ø Mes encadreurs : Mr KENFACK Pierre et EKEMB Gabriel (Professeur de Lycées Technique, doctorant)

Ø Mr EKE Samuel (Professeur de Lycées Technique, doctorant) pour sa grande disponibilité et donc mes remerciements ne pourront être sans fin.

Ø Mr MBEY Camille (Professeur de Lycées Technique, doctorant) pour ses conseils

Ø Tous mes enseignants de l'ENSET qui ont assurés notre formation, nous pensons particulièrement au :

· Dr NYOBE YOME J.M Chargé de Cours chef de département génie électrique,

· Dr MBIHI J Chargé de Cours, Prof d'automatisme industriel

· Dr MBOUENDA M Chargé de Cours, Prof d'électronique et Microprocesseur

Ø Tous mes camarades de promotion pour leur soutien moral, et matériel ;

Ø Tous mes amis et ma Famille pour leur amour manifesté à mon égard ;

Ø Tous ceux qui en ce monde nous ont apporté un soutien aussi modeste soit-il tout au long de notre cursus scolaire

Avant propos

L'école normale supérieure d'enseignement technique (ENSET) est une institution qui a la vocation de former les enseignants des Lycées d'enseignement technique du Cameroun. Conformément à l'arrêté Ministériel N0 02/BI du 26/11/1995, tout étudiant en fin de cycle doit présenter un travail un travail de recherche qui se rapporte soit à sa spécialité, soit aux problèmes d'ordre pédagogique. Ce travail peut être un projet de mémoire, pour les étudiants du premier cycle (3éme année) ou, un mémoire pour les étudiants du second cycle (5éme année).

C'est dans ce contexte que nous étudiants de cinquième année génie électrique option électrotechnique avons choisi le thème : « AMELIORATION DU TRANSIT DE PUISSANCE PAR LES FACTS (l'UPFC) ET SIMULATION SUR POWER WORLD D'UN RESEAU ELECTRIQUE ».

Nous avons mené cette étude dans le but de permettre aux concepteurs et spécialistes de gestion des réseaux électriques de retrouver ici un ensemble d'informations permettant d'assimiler le transit de puissance dans les réseaux à travers l'usage des dispositifs fabriqués à base des composants d'électronique de puissance.

Ce travail a été élaboré sous la direction de : Dr Nneme Nneme Léandre et

Mr Kenfack Pierre.

Pour demeurer fidèle aux objectifs généraux visés par l'enseignement supérieur, ce document doit pouvoir :

· Rapprocher les aptitudes théoriques à la pratique professionnelle ;

· Développer les aptitudes techniques chez l'étudiant ;

· Permettre à l'étudiant d'approfondir un ou plusieurs domaines de sa spécialité.

Loin de paraître une exemption à toute critique, nous osons néanmoins espérer que cette oeuvre saura être une source d'inspiration à même d'aider plus d'un technicien dans leurs futurs travaux.

Liste des figures

Figure 1.1 : Modèle de ligne électrique

Figure 1.2 : Charge (équilibrée) triphasée en étoile

Figure 1.3 : Variation de la tension dû au passage de courant à travers une ligne impédance

Figure 1.4 : Modèle simplifié des lignes de transmission électriques

Figure 1.5 : Modèle du transformateur

Figure 1.6 : Modèle du transformateur en système PERT unit

Figure 1.7 : Modèle simplifié de la machine synchrone

Figure 2.1 : Schéma unifilaire d'une transmission de puissance simple

Figure 2.2 : Représentation d'une des phases avec un neutre de système balancé.

Figure 2.3 : Illustre les relations de phase

Figure 2.4 : Décrivant les différentes puissances sur une phase

Figure 3.1 : Représentation du système

Figure 3.2 : Schéma du SVC

Figure 3.3 : La caractéristique statique tension-courant du SVC

Figure 3.4 : Montage d'une cellule STATCOM [19]

Figure 3.5 : Compensation série : diagramme de Fresnel

Figure 3.6 : Montage d'une cellule SSSC [19]

Figure 3.7 : Montage d'une cellule l'UPFC [19]

Figure 3.7: Schéma unifilaire de l'UPFC et son diagramme vectoriel des tensions et courants

Figure. 3.1 : Algorithme de l'écoulement de charges [DOC]

Figure. 3.2 : Schéma fonctionnel de base de l'UPFC

Figure. 3.3 : Modèle mathématique de l'UPFC et le système de transmission

Figure 4.1 : Circuit d'un réseau de transport unifilaire

Liste des tableaux

Tableau 3.1: Bénéfices techniques des dispositifs FACTS [4]

Tableau 3.2: inventaire des systèmes en service de l'heure actuel dans les réseaux et leurs fonctions [5]

Tableau 4.3: paramètres des transformateurs

Tableau 4.1 : paramètres du réseau au niveau des puissances des barres.

Tableau 4.2: paramètres des lignes

Abréviations

UPQC ( Unified Power Quality Conditioner)

PLL (Phase Locked Loop ou Boucle à Verrouillage de Phase) Le principe de la PLL est basé sur l'emploi d'un régulateur RST spécifique

DSPs (Digital Signal Processor)

FPGA (Field Programmable Gate Array)

ASIC (Application Specific Integrated Circuit)

VHDL-AMS (Very high speed integrated circuits Hardware Description Language Analog-Mixed Signal)

FACTS (Flexible Alternative Current Transmission System)

l'UPFC (Unified Power Flow Controller) appelé aussi Déphaseur Régulateur Universel (DRU) ou variateur de charge universel

SIME (Single Machine Equivalent)

OMIB (One Machine Infinite Bus)

STATCOM (STATic COMpensator)

ASVC (Advanced Static Var Compensator)

STATCON (STATic CONdenser)

SVG (Static Var Generator)

TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor)

TSSC (Thyristor Switched Series Capacitor)

TCSR (Thyristor Controlled Series Reactor)

SSSC (Static Synchronous Series Compensator)

TCPAR ( Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)

IPFC (Interline Power Flow Controller)

SIME (Single Machine Equivalent)

OMIB (One Machine Infinite Bus)

CCT (pour "critical clearing time")

PSS (Power System Stabilizer)

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