APPLICATION DE LA TECHNOLOGIE FACTS POUR LA COMPENSATION D’ENERGIE REACTIVE

APPLICATION DE LA TECHNOLOGIE FACTS POUR LA COMPENSATION D’ENERGIE REACTIVE

LE RESEAU D’ENERGIE ELECTRIQUE ET LES DISPOSITIFS FACTS

Défini comme l’ensemble des appareils qui sont destinés à la production, au transport et à la distribution de l’énergie électrique, le réseau électrique est un support incontournable de l’énergie électrique [AMM_00]. Face au besoin de la clientèle, les compagnies d’électricité doivent respecter les normes qui régissent le transport ainsi que les fournitures de cette énergie qui sont la sureté de fonctionnement du réseau, les normes de sécurité, le respect des plages de paramètres (tension, fréquence,…), la minimisation des pertes, ainsi que la maitrise des perturbations. C’est le respect de ces paramètres qui assure le bon fonctionnement du réseau ainsi que la qualité du service fourni aux usagers. Avec le temps, la maitrise du respect de ces paramètres a connu des avancées techniques et technologiques où les dispositifs FACTS ont intégrés le réseau pour prendre part sur cette avancée. I.2Généralités sur le réseau d’énergie électrique

Structure des réseaux

Etant l’ensemble des éléments qui assure la production, le transport ainsi que la distribution de l’énergie électrique, le réseau électrique est composé de plusieurs éléments qui sont :

La source

Définie comme un site industriel destiné à la production d’électricité, la centrale électrique a pour rôle de transformer les sources d’énergie primaire en énergie électrique afin de fournir aux usagers l’électricité. Hormis dans les centrales photovoltaïques, la génération d’électricité est généralement assurée par un alternateur entrainé au moyen d’un turbine. C’est le type de turbine qui définit le type de centrale, on distingue alors : Les centrales conventionnelles et les centrales avec des turbines à combustion qui sont : les centrales à chaudières, centrales à gaz, centrales nucléaires… Les centrales utilisant une forme d’énergie renouvelable telles que : les centrales hydroélectriques, les centrales éoliennes, les centrales solaires photovoltaïques, les centrales marémotrices, les centrales géothermiques…

Le transformateur électrique

Face aux conditions qui régissent le fonctionnement d’un réseau d’énergie électrique, on doit adapter les valeurs de la tension ainsi que l’intensité selon le cas et la situation. Pour ce faire, c’est le transformateur qui joue le rôle d’un convertisseur afin de modifier les valeurs de la tension et l’intensité du courant délivrées par la source d’énergie électrique alternative en un système de tension et de courant de valeurs différentes, mais de même fréquence et de même forme (sinusoïdale). Dans le réseau électrique, on utilise surtout les transformateurs de puissance et les autotransformateurs.

Etant l’une des principales formes d’infrastructures énergétiques, les lignes électriques sont les composants principaux des réseaux de transport d’électricité. Elles transportent l’énergie du site de production vers les consommateurs. Les lignes peuvent être aériennes, souterraines ou sous-marines. Les lignes dites HVDC (High Voltage Direct Current ) ou « à courant continu haute tension » permettent de transporter l’énergie avec moins de pertes sur de très grandes distances et éventuellement sous l’eau.

Les postes électriques

Selon la Commission électrotechnique internationale, un poste électrique est la « partie d’un réseau électrique, située en un même lieu, comprenant principalement les extrémités des lignes de transport ou de distribution, de l’appareillage électrique, des bâtiments, et, éventuellement, des transformateurs ». Le poste électrique est donc un élément du réseau électrique qui sert à la transmission et à la distribution d’électricité. Il permet d’élever la tension électrique pour sa transmission, puis de la redescendre en vue de sa consommation par les utilisateurs (particuliers ou industriels). Selon leurs rôles, on distingue : Les postes de sortie de centrale qui ont pour rôle de raccorder une centrale de production de l’énergie au réseau ; Les postes d’interconnexion dont le but est d’interconnecter plusieurs lignes électriques ; Les postes de distribution qui abaissent le niveau de tension pour la distribution de l’énergie électrique aux clients résidentiels ou industriels.

Les dispositifs de protection

Pour avoir une installation électrique fiable et sécurisée, il faut que les conducteurs, les équipements ainsi que les personnes disposent des organes de protection. Parmi ces organes de protection, on distingue selon leurs rôles : Le fusible qui assure la sécurité d’une installation en interrompant la circulation du courant électrique dans le cas où l’intensité qui traverse les éléments dépasse les limites. Le disjoncteur qui est dispositif électromécanique interrompant la circulation du courant électrique en cas d’incident sur un circuit électrique. L’interrupteur qui est un organe permettant d’interrompre ou d’autoriser le passage d’un flux. Le contacteur est destiné à établir ou interrompre le passage du courant, à partir d’une commande électrique ou pneumatique. Le relais est un organe permettant la commutation de liaisons électriques. Le sectionneur qui permet de séparer de façon mécanique, un circuit électrique et son alimentation, tout en assurant physiquement une distance de sectionnement satisfaisante électriquement. En général, ils sont utilisés pour assurer la sécurité des personnes travaillant sur la partie isolée du réseau électrique.

Table des matières

REMERCIEMENTS
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES SYMBOLES ET ABREVIATIONS
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : ETAT DE L’ART SUR LE RESEAU D’ENERGIE ELECTRIQUE ET LES DISPOSITIFS FACTS
I.1 Introduction
I.2 Généralités sur le réseau d’énergie électrique
I.2.1 Structure des réseaux
I.2.1.1 La source
I.2.1.2 Le transformateur électrique
I.2.1.3 Les lignes électriques
I.2.1.4 Les postes électriques
I.2.1.5 Les dispositifs de protection
I.2.2 Classification des réseaux
I.2.2.1 La tension du réseau
I.2.2.2 La fonction du réseau
I.2.2.3 Les structures topologiques d’un réseau.
I.2.2.4 Les types de courants du réseau
I.2.3 Les perturbations dans les réseaux électriques
I.2.3.1 Phénomènes de longue durée ou permanents (> 1mn)
I.2.3.2 Phénomènes transitoires lentes (>0,008 s et ≤ 1mn)
I.2.3.3 Phénomènes transitoires rapides (≤ 0,008 s)
I.3 Généralités sur les systèmes FACTS
I.3.1 Définition et principe de fonctionnement
I.3.2 Les familles FACTS
I.3.2.1 Le compensateur Série Contrôlé Par Thyristors ou TCSC
I.3.2.2 Le déphaseur statique ou SPS
I.3.2.3 Le compensateur Statique d’Energie Réactive ou SVC
I.3.2.4 Le compensateur Statique d’Energie Réactive de type Avancé
I.3.2.5 Unified Power Flow Controller ou UPFC
I.3.3 Avantages
I.4 Conclusion
CHAPITRE II: ETUDES SUR LES TECHNIQUES DE COMPENSATION ET LES COMPENSATEURS
II.1 Introduction
II.2 L’énergie électriqu
II.2.1 Du point de vue couran
II.2.2 Du point de vue puissance
II.3 Stabilité du réseau électrique
II.3.1 Stabilité de tension
II.3.2 Stabilité des puissances 19
II.4 La compensation . 19
II.4.1 Définition et principe
II.4.2 Technique de compensation
II.4.2.1 Compensation parallèle ou shunts
II.4.2.2 Compensation série
II.4.2.3 Compensation par déphasage
II.4.3 Les modes et moyens de compensation
II.4.3.1 Modes de compensation
II.4.3.2 Moyens de compensation
II.4.4 Procédé de compensation.
II.5 Les compensateurs FACTS
II.5.1 Définition
II.5.2 Les compensateurs dynamiques shunts
II.5.2.1 Le compensateur SVC (Static Var Compensator)
II.5.2.2 Le compensateur STATCOM (STATic COMpensator)
II.5.3 Les compensateurs dynamiques séries
II.5.3.1 Le compensateur série commandé par thyristor (TCSC)
II.5.3.2 Le compensateur statique série synchrone (SSSC
II.5.4 Le compensateur dynamique hybride « série-parallèle »
II.6 Conclusion
CHAPITRE III: MODELISATION DES ELEMENTS DU RESEAU ET DU DISPOSITIF FACTS
III.1 Introduction
III.2 La répartition de puissance
III.2.1 Position du problème
III.2.2 Calcul des transits
III.2.3 Méthode de calcul de la répartition de puissance
III.2.4 Procédé de calcul de la répartition de puissance
III.3 Modélisation des éléments du réseau
III.3.1 Modèle du générateur
III.3.2 Modèle des lignes
III.3.3 Modèle du transformateur
III.3.4 Modèle des charges
III.3.5 Modèle des éléments shunt
III.4 Modélisation des compensateurs FACTS
III.4.1 Les méthodes pour la modélisation des FACTS
III.4.1.1 Injection de puissance à l’extrémité de la ligne
III.4.1.2 La création d’un nœud fictif.
III.4.1.3 Modification de la matrice d’admittance nodale
III.4.2 Modélisation du compensateur SVC
III.4.3 Modélisation des compensateurs STATCOM
III.4.3.1 Contrôle du courant
III.4.3.2 Contrôle de la tension
III.4.3.3 Modèle moyen généralisé
III.5 Apport de la technologie FACTS pour la compensation d’énergie réactive
III.5.1 Structure du STATCOM
III.5.2 Mise en équation de la compensation via STATCOM
III.5.3 Commande du STATCOM
III.6 Conclusion
CHAPITRE IV: COMPENSATION DU RESEAU CÔTE OUEST DE MADAGASCAR PAR LE COMPENSATEUR D’ENERGIE REACTIVE « FACTS »
IV.1 Introduction
IV.2 Présentation du réseau côte Ouest de Madagascar
IV.3 Résultat du load Flow
IV.3.1 Résultats des nœuds
IV.3.2 Résultats des branches
IV.3.3 Résultats des transformateure
IV.3.4 Bilan des charges et des pertes nettes totales
IV.3.5 Bilan des charges nettes par zone ou par catégories d’utilisateur
IV.4 Application et simulation
IV.4.1 Evaluation du réseau test avant compensation
IV.4.1.1 Etude de la ligne 2J
IV.4.1.2 Etude de la ligne 10J
IV.4.1.3 Etude de la ligne 34P
IV.4.2 Caractéristiques du compensateur STATCOM
IV.4.2.1 Structures du STATCOM
IV.4.2.2 Structure du contrôleur du STATCO
IV.4.2.3 Evaluation dynamique du STATCOM
IV.4.3 Compensation globale
IV.4.3.1 Résultats en chute de tension
IV.4.3.2 Résultats en puissance active
IV.4.3.3 Résultats en puissance réactive
IV.4.3.4 Résultats par secteur en termes de facteur de puissance
IV.4.3.5 Etude des cas particuliers .
IV.4.4 Compensation partielle
IV.4.4.1 Résultats en chute de tension
IV.4.4.2 Résultats en puissance active
IV.4.4.3 Résultats en puissance réactive
IV.4.4.4 Résultats par secteur en termes de facteur de puissance
IV.4.4.5 Etude des cas particuliers .
IV.5 Flexibilité du réseau
IV.6 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE ET WEBOGRAPHIE
ANNEXES
ANNEXE A
1. Caractéristiques générales
2. Données des impédances directes des lignes
3. Données de base des transformateurs
ANNEXE B
1. Méthode numérique de Gauss Seidel pour le calcul de la répartition de puissance
2. Algorithme de résolution pour la méthode de Gauss Seidel