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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” www.cnam.fr 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 » www.cnam.fr 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... www.cnam.fr 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. www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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. www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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. www.cnam.fr Fonctionnement des Systèmes: problématiques Sureté du système Congestion des réseaux “Outils” utilisés aujourd’hui peu adaptés Contrôle de la génération, etc www.cnam.fr 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 www.cnam.fr SOLUTION … Gestion de la compensation de puissance réactive pour : Contrôle de la tension Améliorer la gestion des flux de puissance Dispositifs FACTS www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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 www.cnam.fr Réseaux de Puissance Fondamentaux ... www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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 . www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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 www.cnam.fr Quelques Structures de FACTS ... Association Série / Parallèle HVDC A C A C Ligne à courant continu Serie Parallèle SSSC TCSC STATCOM SVC www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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) www.cnam.fr Unified Power Flow Controller (UPFC) Structures de FACTS ... www.cnam.fr 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 www.cnam.fr COMPENSATION SHUNT ... www.cnam.fr Static Var Compensator SVC www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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 www.cnam.fr • 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 www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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 www.cnam.fr COMPENSATION SERIE ... www.cnam.fr Thyristor Controlled Series Capacitor TCSC www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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 www.cnam.fr COMPENSATION SERIE: Installation GE Eclateur commandé, CT, interfaces optiques, en redondance Les MOV Les condensateurs Plate forme pour une phase www.cnam.fr COMPENSATION SERIE: Installation GE U I Les MOV www.cnam.fr 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... www.cnam.fr 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. www.cnam.fr Static Synchronous Series Compensator SSSC www.cnam.fr 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 www.cnam.fr 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 www.cnam.fr COMPENSATION SERIE v.s. COMPENSATION SHUNT www.cnam.fr 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 www.cnam.fr est évident Unified Power Flow Controller UPFC www.cnam.fr 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 www.cnam.fr Xeff = X - Vinj / I Implantation de FACTS - UPFC ... Transformateur Série Convertisseur Shunt Convertisseur Série Transformateur Shunt Unified Power Flow Controller www.cnam.fr 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... www.cnam.fr 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) www.cnam.fr Interline Power Flow Controller IPFC www.cnam.fr Implantation de FACTS - IPFC ... E3 / δ3 E1 / δ1 E2 / δ2 P12 = E1 (E2 . sin (δ1- δ2)) / X P13 = E1 (E2 . sin (δ1- δ3)) / X www.cnam.fr Implantation de FACTS - IPFC ... Transformateur Série, Ligne 1 Transformateur Série, Ligne 2 Convertisseur Série #1 Convertisseur Série #2 Interline Power Flow Controller www.cnam.fr 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... www.cnam.fr www.cnam.fr