thomas

Le
Conservatoire
national des arts
et métiers
Enseigner
à tous
et partout
10ème Entretiens
Physique – Industrie
PARIS, Porte de Versailles, 19 octobre 2006
Les systèmes flexibles de
transport et de distribution
électrique ...
F.A.C.T.S.
Pr. Jean-Luc THOMAS
Organisation Ancienne des Systèmes…
www.cnam.fr
Organisation des Systèmes après la Dérégulation
www.cnam.fr
Effets du Scénario “Nouveaux Marchés”…
„
Acces libre
„
Gros Producteurs de Puissance Indépendants (IPP)
„
Contraintes environementales
„
Objectifs nationaux pour les énergies renouvelables
„
Attentes des actionnaires
„
Pas de co-ordination de la génération et de la transmission
‹
La gestion de la puissance réactive n’est pas réalisée
par les générateurs

„
„
Créé de nouveaux besoins pour les fournisseurs de
réseaux T&D
Pas de contrôle de la localisation des sites de génération
de puissance
Arrêt des moyens de production “anciens”
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De la production à la consommation…
Production
Transmission
Distribution
Qualité de
la tenson
Continuité
de service.
Produit
électricité
Utilisation
‹
Industrie
‹
Transport
‹
Domestique
Production
décentralisée
Coût de
l ’énergie.
Trois points fondamentaux pour une utilisation
efficace et économique du « produit électricité »
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LA QUALITE DE L ’ENERGIE …
Continuité de service
 Pour les industriels.
Un réseau dans lequel les coupures sont
trop nombreuses conduit à des difficultés
de production, ou à une nécessité locale de
renforcement : dans les deux cas, cela
z
Coût
Coût global
représente un coût.
 Pour les particuliers.
Coût pour
le réseau
Des coupures trop nombreuses rendent
les conditions de vie plus difficiles, surtout
dans les contrées où le climat est rigoureux,
très froid ou très chaud.
Coût pour le client
z
Zone
optimale
Fiabilité
Coût global de la continuité de service
 Pour les distributeurs d ’énergie..
z
Augmentation du maillage, mise en place de nouvelles lignes...
z
Mise en place de moyens pour supporter les réseaux.
z
Augmentation de la capacité des lignes.
Augmentation de la disponibilité des lignes... Par exemple, mise en place de systèmes de
déclaçage pour luter contre le givre....
z
Ces dispositifs ou solutions représentent un coût.
CHAQUE PAYS, DU FAIT DE SES SPÉCIFICITÉS GÉOGRAPHIQUES ET
ECONOMIQUES, A SES CONTRAINTES...
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LA QUALITE DE L ’ENERGIE…
Il s ’agit d ’une nécessité qui est triple:
 Pour vivre mieux.
 Pour produire plus efficacement.
 Pour une utilisation optimale et fiable des matériels disponibles sur le marché.
U
Variations
lentes
Évolution
brutale
Fluctuations
UN ou
UDC
Tolérance
de
déviation
Tension résiduelle
du creux
Profondeur
du creux
t
Durée
du creux
Des standards internationaux fixent, pour le confort des
utilisateurs et pour la fiabilité des matériels utilisés, les déviations
par rapport aux valeurs moyennes.
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CEI61000-3-6 CEI 61000-3-7 CEI 61000-4-7 CEI 61000- 4-15 CEI 61000-4-30
DEGRADATION DE LA QUALITE DE LA TENSION…
 DEFAUTS DE TRANSMISSION
z
Court-circuit, dans un poste, une ligne aérienne, un câble souterrain...
Î Les causes...
z
Atmosphériques, foudre, givre, tempête.
z
Les matériels, vieillissement des installations (isolants).
z
Humaines, erreurs, fausses manoeuvres...
Î Les conséquences.
Des déséquilibres
Des creux de tension
5
x 10
3
EXEMPLE DE CREUX DE TENSION
2
tension (V)
Des surtensions
1
0
-1
-2
-3
0
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0.05
0.1
0.15
TEMPS (s)
0.2
0.25
0.3
DEGRADATION DE LA QUALITE DE LA TENSION
 POLLUTION DES RESEAUX DE DISTRIBUTION.
Harmoniques, interharmoniques, harmoniques irréguliers, qui résultent
des convertisseurs à base d ’électronique de puissance.
z
z
Harmoniques 5, 7, 11, 13.... produits par un pont de Graëtz...
z
Interharmoniques, 3, 9.... introduits par un pont de Graëtz déséquilibré.
Harmoniques irréguliers, ils sont générés par les convertisseurs indirects qui
alimentent des charges à une fréquence différente de celle du réseau.
z
z
FLICKER.
nuisances
pas de nuisance
Le flicker est une gêne visuelle qui est maximale à 9 Hz.
L ’évaluation de la sévérité de cette gène est réalisée avec le
Pst... Un Pst de 1 est assez souvent considéré comme une
limite au-delà de laquelle il y a gêne. Cela correspond très
approximativement à une variation relative de tension de 0,3 %
à une fréquence de 9 Hz..
Fours à arc, laminoirs,
grosses machines à
souder....
z
Déséquilibres.
z
Traction ferroviaire, alimentation des caténaires.
z
Charges domestiques.
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Flux de Puissance dans les Réseaux AC …
Radial
Parallèle
Maillé
Flux de Puissance dans des Réseaux Parallèles
Flux de Puissance dans des Réseaux maillés
Quelles sont les limites en capacité de charge?
Flux de Puissance et Dynamique
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EFFICACITE ENERGETIQUE
TRANSPORT.
z
z
Utilisation des lignes à leur capacité limite.
‹
Capacité thermique.
‹
Limite de stabilité.
Contrôle des flux de puissance.
‹
Equilibrage des flux de puissance entre les lignes.
‹
Contrôle de la puissance transportée, commerce de l ’énergie.
zMinimisation
des pertes de transport.
zDisponibilité
de la puissance.
DISTRIBUTION.
z
Tenue de la tension dans les limites contractuelles.
z
Qualité de la tension.
‹
Harmoniques et flicker.
‹
Déséquilibres.
z
Disponibilité.
z
Minimisation des pertes de distribution.
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Fonctionnement des Systèmes: problématiques
„
Sureté du système
„
Congestion des réseaux
„
“Outils” utilisés aujourd’hui peu
adaptés
‹
Contrôle de la génération, etc
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FIABILITE DE TRANSMISSION
 Une pluralité de consommateurs.
 Plusieurs sites de production.
 Plusieurs lignes de transmission.
‹Contrôle
des flux d ’énergie, entre les
sites de production et les lignes de
transmission.
Maîtrise des tensions, basses et
hautes pour la cohérence de la
coordination de l ’isolation des
ouvrages et la stabilité de transmission.
‹
Utilisation de dispositifs
modernes de contrôle des réseaux.
‹
Transmission en courant
continu: HVDC.
z
Compensation série des lignes :
FC, TSSC, TCSC, SSSC.
z
z Compensation shunt des lignes :
SVC ( TCR + TSC), STATCOM.
z
Transformateurs déphaseurs.
z
UPFC.
Les équipements évoqués sont connus sous le nom de FACTS
Flexible AC Transmission Systems
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SOLUTION …
„
Gestion de la compensation de puissance
réactive pour :
‹
Contrôle de la tension
‹
Améliorer la gestion des flux de puissance
Dispositifs FACTS
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Qu’est-ce qu’un FACTS ?
Flexible AC Transmission Systems
FACTS améliorent la stabilité des systèmes et le
contrôle des réseaux électriques
‹
„
Avec des investissement substantiellement
inférieurs et un impact environnemental moindre
que pour un renforcement classique du réseau
Ils
Améliorent la Capacité de Transport d’un
Système AC
‹ Améliorent les performances en
stabilisation post-défaut
‹
Assurance pour l’Opérateur du
Système de Transmission
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Types de FACTS
„
„
FACTS sont des dispositifs pour accroître la qualité de la puissance, deux secteurs
principaux d’application:
‹ Grand réseaux de transmission
 Pour améliorer le contrôle, augmenter les capacités de transfert de
puissance et assiter la récupération du réseau consécutive à un défaut
dans les système de transmission AC
‹ Réseaux Industriels
 Pour améliorer la qualité de la puissance fournie en un point précis du
réseau AC en présence de fluctuations de charge, e.g. compensation du
flicker pour les fours à arc. Gamme de puissance inférieure à celle d’un
réseau de transmission.
• Généralement installé par l’industriel à l’origine de la fluctuation de
charge
Types de dispositifs FACTS
‹ Static VAR Compensator (SVC) classique à base de thyristors
‹ Static Synchronous Compensator (STATCOM)
‹ Thyristor Controlled Series Capacitor Compensator (TCSC)
‹ FACTS ‘Modernes’: SVC ‘light’, SSSC, UPFC, IPFC, DVR, AF, BESS
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FACTS Installés dans le Monde: 22.9 GVAr
7,514Mvar
1,183Mvar
9,629Mvar
3,294Mvar
1,215Mvar
21% de Parts de Marché pour les Projets FACTS dans le Monde
222 projets in 38 pays différents
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Réseaux de Puissance
Fondamentaux ...
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Transmission AC: Fondamentaux (Série)
E1 / δ1
E2 / δ2
P&Q
I
X
Une modification de X augmentera ou diminuera le flux de puissance active pour un angle de phase
fixe. De même, la puissance réactive sera modifiée suite à une modification de X. Des ajustements de
la tension ont peu d’influence sur le flux de puissance active.
Vc
Vx
I
P1 = E1 . E2 . sin (δ) / (X - Xc)
Vs
Puissance
Courbe Puissance active / Angle
2
P1 ( x , delta , V1)
0
Vr
Xeff = X - Xc
Vx
2
Vc
1
0
Vseff = Vs + Vc
Vseff
0
0
0.5
1
1.5
2
delta
Angle de phase
2.5
3
3.5
3.14
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Vxo
Vs
I
Vr
Transmission AC: Fondamentaux (Série & Shunt)
E1 / δ1
P&Q
E2 / δ2
I
X
P
Tension injectée
E1
E1 - E2
I
E2
L’injection d’une tension série et la régulation de la tension du Bus augmentera
ou diminuera de façon directe les flux de puissance active et réactive .
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Transmission AC: Fondamentaux (Stabilité)
Compensation par FACTS: Amélioration de la Stabilité Transitoire
Critère de l’Egalité des Aires
Puissance transmise Max
Q/V
Avec compensation des VAR (point mileu idéal)
Marge A
A2
Sans compensation
A1
A1 = Energie d’accélération
A2 = Energie de décélération
δ1
δ2
δ3
δcrit
Angle de phase
δ1 - avant le défaut
En Conséquence, Les FACTS peuvent accroître
le transfert de puissance sans réduction de la
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marge de stabilité
δ2 - défaut éliminé
δ3 - aires égales
δ3 >δcrit - perte du synchronisme
Comportement Fondamental ...
∆X
∆V
∆φ
∆P = − •P+ •P+ •P
X
V
tgφ
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Degrés de Liberté ...
Contrôle de la tension : Compensation SHUNT
P = E1 E2 sin δ
X
Contrôle de l ’impédance :
Compensation SERIE
Contrôle de l ’angle de phase
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Quelques Structures de FACTS ...
Association
Série / Parallèle
HVDC
A
C
A
C
Ligne à courant
continu
Serie
Parallèle
SSSC
TCSC
STATCOM
SVC
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Ligne à courant
continu
UPFC
Quelques Dispositifs FACTS ...
Connection Shunt
Static VAR Compensator (SVC)
Static Synchronous Compensator (STATCOM)
Static Synchronous Generator - SSG
Battery Energy Storage System (BESS)
Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES)
Connection Série et Série/Shunt Combinée
Static Synchronous Series Controllers (SSSC)
Thyristor Controlled Phase-Shifting Transformer or
Phase Angle Regulator (PAR)
Interline Power Flow Controller (IPFC)
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
Unified Power Flow Controller (UPFC)
Importance relative des différents types de contrôles
Shunt, Shunt-Serie
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L’Electronique de Puissance facilite la Transmission
FACTS
HVDC
Dynamique
TCR
Dynamique ‘Bimode’
TSC
STATCOM Battery Energy
Storage
Transmission
Relocatable SVC
Quad Booster, Thyristor
Controlled Phase Shifter
Back-To-Back
Thyristor Controlled
Series Capacitor(TCSC)
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Unified Power Flow
Controller (UPFC)
Structures de FACTS ...
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FACTS + Stockage d’Energie
Q
Role du stockage d’énegie: La
compensation d’énergie active
peut accroître le contrôle des
opérations et réduire les coûts
STATCOM
La Puissance Active
Opère seulement sur
l’axe vertical
P
Réduction de MVA
L’association de puissances active et
réactive réduira le dimensionnement
du convertisseur de puissance de
connection (Front end interface).
La puissance active gère les
oscillations de puissance, alors que
la puissance réactive contrôle la
tension.
P - Puissance Active
Q - Puissance
Réactive
STATCOM + SMES
Les puissances Actives et Réactives
Opèrent dans les 4 Quadrants du plan P/Q
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COMPENSATION SHUNT ...
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Static Var Compensator
SVC
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SVC Deux Marchés…
Transmission / Grand réseaux
Distribution / Industries
Autre
Réseau
Vs
Réseau
Source
Vc
Source de Compensation
SVC
Réseau
Vr
Récepteur
P=
Vs . Vr
. sin δ
X
Vs
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Vc
L
O
A
D
Source de Compensation
SVC
∆U ∆Q
≈
U Scc
Qu’est-ce qu’un SVC?
„
„
Un SVC est une impédance
continuement ajsutable, capacitive (+ve)
à inductive (-ve), qui peut rapidement
répondre à des modifications du réseau
pour contrebalancer les variations de
charge active ou les conséquences d’un
défaut
Les SVC sont des dispositifs de
compensation parallèle connectés en
des points précis du système de
transmission
‹ Leur topologie est basée sur des
convertisseurs de courant
www.cnam.fr
Analogie d’un SVC …
svc
svc
SVC supporte la ligne en regard de la charge
www.cnam.fr
Pourquoi des SVC dans les grands réseaux ?
0MW
400kV
800MW
800 km
800MW
Generation
800MW
Charge variable
Les lignes non compensées sont “trop courtes”
www.cnam.fr
Pourquoi des SVC dans les grands réseaux ?
0MW
400kV
800MW
800 km
800MW
Generation
SVC
SVC
800MW
Variable Load
Les SVC restorent la capacité de transport d ’une ligne
www.cnam.fr
Implantation des FACTS - SVC ...
E1 / δ1 I
P&Q
E2 / δ2
X
Régulation de la Tension Bus
Peut affecter indirectement et dynamiquement
le flux de puissance active
P1 = E1 (E2 . sin (δ))/X
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Static Synchronous Compensator
STATCOM
www.cnam.fr
Qu’est-ce qu’un STATCOM ?
„
Un STACOM est un système
d’électronique de puissance
connecté en parallèle, qui injecte
dans le réseau un courant AC
controlé en phase et en amplitude
‹
Leur topologie est basée sur des
convertisseurs de tension
Flexibilité Totale
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Comparaison des caractéristiques …
Tension du système
TSC & TCR
(p.u.)
STATCOM
1.0 p.u.
0.4 p.u.
1.0 p.u. Courant capacitif
(en avance)
Courant inductif
(en retard)
www.cnam.fr
1.0 p.u.
FACTS MODERNES : Compensation shunt
Le STATCOM, a une fonction comparable à celle des SVC, avec des
performances dynamiques plus importantes. Du fait des degrés de
liberté apportés par la topologie VSC, le STATCOM peut également
jouer le rôle de filtre actif...
Schéma de principe d ’un STATCOM
Eventuellement
Stockage
d ’énergie
ou
Voltage Source Converter
www.cnam.fr
FACTS MODERNES
Principe
U/Ed
Tension entre phases en sortie
du convertisseur
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-10
uL
Vo
Vg
3
2
Ed
1
0.004
0.008
0.012
0.016
0.02
Temps
L ’amplitude des
tensions modulées par
le convertisseur (en
phase avec les
tensions réseau),
permet d ’absorber ou
de fournir de la
puissance réactive.
L ’absorption ou la fourniture
de puissance active est
introduite par un déphasage
entre Vo et Vg... C ’est par de
faibles variations d ’angle que
la tension condensateur Ed est
maintenue constante.
Transformateur
Filtre
Convertisseur
Vg
Vo
Vo
Vg
UL
UL
IL
Vo
IL
IL
IL
Vo
Comportement
www.cnam.fr Inductif
Comportement capacitif
La Topologie Chain-Link …
+
-
U
+U
0
-U
Tension de sortie
d’une cellule
Une cellule (link)
www.cnam.fr
La Topologie Chain-Link …
Réactance
de lissage
+
-
+
-
U
Phase A
Transformateur
abaisseur
Phase B
Phase C
www.cnam.fr
U
Fiabilité de transmission:
STATCOM, une solution AREVA, le « CHAIN LINK »
4
Phase 2
x 10
2
2500 V
Voltage phase to phase
1.5
1
2500 V
0.5
0
-0.5
2500 V
-1
-1.5
Σ
2500 V
-2
0.05
0.054
0.058
0.062
0.066
0.07
A noter les objectifs de ce type
d ’équipement :
2500 V
• Bonne forme d ’onde, minimisation du
filtrage.
2500 V
• Nombre minimal de commutations pour
chaque interrupteur, minimisation des
pertes.
2500 V
Phase 1
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• Sécurité de fonctionnement: ce ne sont
pas les composants qui sont en série,
mais des structures élémentaires.
Une Cellule de STATCOM …
www.cnam.fr
T6732
STATCOM: Un Example
400kV (or 275kV)
15.1kV
237MVA
Schéma de principe d ’un STATCOM
Eventuellement
GTO
Chain Link
ou
Stockage
d ’énergie
Voltage Source Converter
STATCOM « Chain Link »
TSC 127MVAR
Filtre Harmonique STATCOM
23 MVAR
±75 Mvar
EAST CLAYDON (Angleterre) +/- 75 MVAR
Pont en « H » élémentaire
Une phase STATCOM
www.cnam.fr
T6732
Une valve de STATCOM (une phase)
www.cnam.fr
Déplacement d’une Cabine de STATCOM
www.cnam.fr
STATCOM de East Claydon
„
„
„
„
„
„
Client - National Grid
Company, UK
Premier STATCOM en
UK
15.1kV
+/-75 MVAr
Relocalisable
Surface au sol réduite
Première Implantation Commerciale Mondiale d’un STATCOM
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Avantages d’un STATCOM
„
„
„
„
„
L’étendue de la plage d’opération est plus large qu’avec
un SVC classique
Les performances dynamiques sont plus élevées qu’avec
un SVC classique
Pour un contrôle optimal de la tension, les phases sont
controllées séparément pendant les perturbations du
système
Un design modulaire du convertisseur permet une
adaptation pour une grande plage de puissances
nominales
Une flexibilité opérationelle maximale est obtenue de par
la disponibilité de cabines relocalisables
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FACTS - STATCOM + stockage d’Energie ...
E1 / δ1
I
P&Q
E2 / δ2
X
Régulation de la Tension Bus + Stockage d’Energie
Peut affecter indirectement et dynamiquement
le flux de puissance active
Plus Stockage d’Energie
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COMPENSATION SERIE ...
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Thyristor Controlled Series Capacitor
TCSC
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Qu’est-ce qu’un TCSC?
„
„
Rappels:
‹ La capacité de transport d ’une ligne AC est naturellement
limitée:
 Effet de sa réactance qui augmente avec la longueur
 Difficulté de conserver la tension au niveau de la charge dans
les limites de variation contractuelles
 Cette limitation est généralement inférieure à la limitation
thermique maximale de la ligne
LES TCSC sont des systèmes de compensation Série : Intégration
de condensateurs sur la ligne
 Une technologie émergente et compétitrice des systèmes
SVC et HVDC
800MW
Generation
TCSC
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TCSC
800MW
Charge variable
Implantation de FACTS - TCSC ...
E1 / δ1
P&Q
E2 / δ2
X
Compensation de l’impédance de ligne
Peut contrôler le flux de puissance de
façon continue
P1 = E1 (E2 . sin (δ)) / Xeff
Xeff = X- Xc
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Avantages d’un TCSC
„
„
Accroît:
‹ La longueur “électrique” d’une ligne de transmission AC
‹ L ’amortissement des oscillations de puissance
‹ La stabilité de la tension
Permet:
‹ Le control dynamique du flux de puissance, par palier ou
de façon continue
‹ L’équilibrage des flux de charge dans les réseaux de
transmission
‹ Une grande plage de variation de l ’impédance
équivalente
 Capacitive à inductive
‹ La réduction des problèmes dus aux phénomène de
résonance sub-synchrone
 Prévention des risques de rupture des arbres
mécaniques
www.cnam.fr
Sous-Station TCSC de Slatt , USA
„
„
Client - Bonneville Power Administration
Objectifs


Réaliser la première implantation d’un TCSC dans un
environnement réel
Créer un TCSC multi-mode commercial
Opération continue en tant que part entière du système
de transmisison de BPA, sous des conditions de
fonctionnement sévères
Sponsorisé par l’EPRI
Site choisi afin d’exposer le TCSC à des conditions de
focntionnement sévères

„
„
Première implantation Mondiale d’un TCSC
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Schéma filaire du TSCS de Slatt
Compensation nominale pour les 3 phases: 202 MVAr
Vers Buckley
Vers Slatt
Bypass déconnection
Déconnexion
Isolation
Déconnexion
Isolation
(avec résistance)
Modules TCSC (6 identiques)
MOV
MOV
MOV
MOV
Disjoncteur Bypass
Réactance de limitation de di/dt
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MOV
MOV
TCSC - Valve Thyristor
„
„
„
„
Tension jusqu’à 36kV
Courrant nominal
jusqu’à 3000A
Système de contrôle
tout numérique“hautes
performances” permet
un contrôle local et
distant
Des algorithmes de
contrôle spécifiques
ont été développés
afin d’accroître les
performances
dynamiques
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Sous-Station TCSC de Slatt , USA
„
„
„
„
„
Six modules TCSC
identiques par phase
Contrôle indépendant
de chaque module
Courant nominal:
2900A
202Mvar
Installé in 1993
En Opération Commerciale depuis 1995
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COMPENSATION SERIE: Installation GE
Eclateur commandé, CT,
interfaces optiques, en
redondance
Les MOV
Les condensateurs
Plate forme pour une phase
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COMPENSATION SERIE: Installation GE
U
I
Les MOV
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COMPENSATION SERIE: Installation GE
L ’Eclateur commandé
Ça a l ’air simple et
rustique, mais il ne faut
pas se méprendre, c ’est
de la haute technologie...
A noter malgré tout, que
dans certains cas favorables
il est possible de ne pas
utiliser d ’éclateurs, mais
des thyristors : courants de
défaut réduits... Impédance
de ligne... Hypothèses de
localisation des défauts...
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COMPENSATION SÉRIE « Condensateur fixe »
C1
Vs
« Fixed Capacitor »
MOV
C1
Principe
Ligne
« Fixed Capacitor »
Vr
MOV
Contrôle de l ’énergie
dans les MOV
Eclateur Commandé
Eclateur Commandé
Contrôle de l ’énergie
dans l ’éclateur
Disjoncteur
Monitoring d ’ensemble
Disjoncteur
Monitoring d ’ensemble
Surveillance des courants,
des températures...
La fiabilité du système repose sur la qualité de ses protections
Deux composants clés: les MOV et l’éclateur commandé.
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Static Synchronous Series Compensator
SSSC
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FACTS MODERNES : Compensation série
x
Vs
δ
Vs
Vr
δ
2
X .I − Vq = 2 .V . sin
I
X.I
Vq
P = V .I. cos
Vr
I=
Vq + 2 . V . sin
1.5
δ
2
δ
2
X
V . Vq
V²
δ
. sin δ +
. cos
X
X
2
δ
Vq
p = sin δ + k . cos
, k =
2
V
P=
V=Vs=Vr
1
K=2/3
K=1/3
K=0
K= -1/3
0.5
p
I
Vq
0
K= -2/3
-0.5
-1 0
20 40 60 80 100 120 140 160 180
Le SSSC, a une la fonction comparable au TCSC. Mais contrairement à ce dernier qui
présente une zone morte à la résonance parallèle, le réglage est continu. De plus,
l ’introduction d ’un stockage d ’énergie est possible du fait de la structure VSC du
convertisseur. En distribution, à des niveaux de puissance plus faibles, cette topologie est
utilisée pour fiabiliser les utilisations critiques, face aux micro-coupures: elle porte alors le
nom de DVR, (Dynamic Voltage Restorer).
Schéma de principe d ’un Static Synchronous Serie Compensator
Eventuellement
Stockage
d ’énergie
ou
Voltage Source Converter
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FACTS MODERNES : Compensation série
Tension injectée en série V1
6000
I Ligne
4000
2000
V
0
V
-2000
Fonctionnement
CAPACITIF
-4000
-6000
0.94
0.96
0.98
Fonctionnement
INDUCTIF
1
1.02
I Ligne
1.04
1.06
1.08
1.04
1.06
1.08
Courant de ligne I1
3000
2000
1000
0
-1000
-2000
-3000
0.94
0.96
0.98
1
1.02
LE PASSAGE CAPACITIF , INDUCTIF EST PROGRESSIF,
SANS DISCONTINUITE
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COMPENSATION SERIE
v.s.
COMPENSATION SHUNT
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COMPARAISON SHUNT ET SERIE
Comparaison des dimensionnements
Le but du calcul qui suit est d ’évaluer la puissance des dispositifs de compensation, dans le cas suivant:
même réseau, même puissance Pm et pour un même angle maximal de transmission δm.
Ise
X/2
I
Vs
X/2
Ier
E
Xc
Vr
Vr
V²
. sin δ m
X − Xc
Puissance du dispositif Qse = 4 . V ² . sin ² δm . X . Xc
2 ( X − Xc )²
X
2 .V ²
δm
δm
Pm =
. sin
. cos
Xc
2
2
X . (1 −
)
X
Puissance transmise de s vers r. Pm =
2 . V²
δm
. sin
X
2
Puissance du dispositif
Qsh =
x
Vs
Puissance transmise de s vers r.
Pm =
I
4 . V²
δm
. ( 1− cos
)
2
X
δm
2
1=
Xc
1−
X
cos
Égalité des puissances transmises
Xc = X . ( 1− cos
Qse =
Qse
δm
= tg2
Qsh
2
δm
)
2
δm
δm
4. V²
. tg 2
. ( 1− cos
)
X
2
2
En terme de dimensionnement
l ’intérêt de la compensation série
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est évident
Unified Power Flow Controller
UPFC
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Implantation de FACTS - UPFC ...
E1 / δ1
P&Q
I
E2 / δ2
X
Régulation de la tension de Bus et
injection de tension en série sur la ligne
Peut contrôler le flux de puissance
P1 = E1 (E2 . sin (δ)) / Xeff
Q1 = E1(E2 - E2 . cos (δ)) / X
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Xeff = X - Vinj / I
Implantation de FACTS - UPFC ...
Transformateur
Série
Convertisseur
Shunt
Convertisseur
Série
Transformateur
Shunt
Unified Power Flow Controller
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FIABILITE DE TRANSMISSION
FACTS modernes UPFC
 Les STATCOM absorbent ou fournissent de la puissance réactive au réseau
de manière parallèle, indirectement, ils ont une influence sur l ’angle interne,
donc sur la puissance active.
 Les TCSC et autres SSSC introduisent une compensation des réactances de
ligne, ils ont une influence directe sur l ’angle interne, donc sur la puissance
active.
 Le transformateur déphaseur, s ’il règle également les amplitudes, il règle
tout à la fois la puissance active et la puissance réactive.
La prise en compte de ces trois composants permet d ’arriver au
concept de l ’UPFC.
En absence de stockage
d ’énergie, STATCOM et
SSSC sont limités dans leurs
degrés de liberté pour agir
sur l ’angle interne... Dans la STATCOM
structure UPFC la puissance
ou
active a pour origine soit la
topologie shunt, soit la
topologie série...
UPFC
SSSC
+
ou
=
ou
ou
Les UPFC autorisent une maîtrise totale de l ’angle interne : on retrouve
les fonctionnalités du transformateur déphaseur...
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FACTS - UPFC + Stockage d’Energie ...
E1 / δ1
P&Q
E2 / δ2
I
X
+ Stockage
d’Energie
Régulation de la tension Bus + Tension
injectée + Stockage d’énergie
Peut contrôler le flux de puissance de
façon continue, et apporter un support
dans des conditions de défaut sévère
(amélioration des performances)
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Interline Power Flow Controller
IPFC
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Implantation de FACTS - IPFC ...
E3 / δ3
E1 / δ1
E2 / δ2
P12 = E1 (E2 . sin (δ1- δ2)) / X
P13 = E1 (E2 . sin (δ1- δ3)) / X
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Implantation de FACTS - IPFC ...
Transformateur Série, Ligne 1
Transformateur Série, Ligne 2
Convertisseur
Série #1
Convertisseur
Série #2
Interline Power Flow Controller
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CONCLUSIONS ...
L ’électricité est devenue un facteur de développement incontournable de
notre civilisation
L ’électricité est un produit : il doit être de qualité pour que nous puissions
mieux vivre et mieux produire.
Le transport et la distribution sont les clés de cette qualité.
L ’électricité est un produit comme les autres, il y a un marché, il y aura,
avec la dérégulation des réseaux, une pluralité de fournisseurs possibles.
Hélas les électrons obéissent à des lois de la physique, ils ignorent les
lois du marché. C ’est donc aux gestionnaires de réseaux qu ’il
appartiendra de forcer les lois de la physique. Les outils existent, il s ’agit
des FACTS.
La clé du futur nous est donnée par les évolutions de
l ’électronique de puissance. Les topologies du futur sont
connues, les composants qui les banaliseront sont déjà
disponibles, ils progressent...
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