II.4.1.1 Impact sur le plan de tension
Le réseau de distribution fonctionne sous une tension
de (30kV et 10 kV). L'utilisation de conducteurs pour transporter
l'énergie aux consommateurs est responsable d'une chute de tension
c'est-à-dire que la tension relevée aux noeuds consommateurs est
plus faible que la tension relevée au niveau du poste source. Une
tension trop faible provoque le dysfonctionnement du matériel chez le
consommateur et une tension trop forte peut endommager les équipements
du réseau et ceux du consommateur. Ainsi un compromis
technico-économique exige que la tension sur le réseau de
distribution doive rester dans les limites de +/- 5 % de la tension
nominale.Pour pallier ce problème, on utilise des transformateurs
régleurs en charge au niveau du poste source HTB/HTA. Ces sont des
transformateurs dont on peut changer les prises c'est- à-dire faire
varier le rapport de transformation et donc soit diminuer soit augmenter la
tension, [17].
Onrappellepourquelachutedetensionenrégimetriphasés'exprimeparlaformulesuivante:
  (II.1)
r : résistance de ligne,
Ptri = puissance active de la charge triphasé,
x : réactance de ligne,
Qtri = puissance réactive de la charge
triphasé,
L : la longueur de la ligne.
On constate donc que la chute de tension dépend
directement des puissances actives et réactives injectées mais
également du type et de la longueur des conducteurs utilisés.
Ainsi la connexion de GED sur le réseau peut faire varier le plan de
tension. La tension peut alors dépasser les limites admissibles
même avec le fonctionnement des régleurs en charge [18].
Pour montrer les effets de la GED sur le plan de tension,
prenons l'exemple de la figure (II.2). Le réseau est constitué de
5 charges régulièrement espacées de 5 km consommant au
total 10 MW.
Figure (II.2) exemple de Réseau de distribution
radial [25]
La Figure (II.3) illustre un exemple d'impact
bénéfique de l'insertion de GED sur la tension. On peut constater
qu'aunoeud 2 la tension est de 1,02 pu. Cela correspond à la tension de
consigne du régleur en charge.Lorsqu'En connectant une GED de 2 MW au
noeud 6, l'énergie est consommée plus localement que dans le cas
sans GED. La puissance active injectée étant moins importante au
noeud 3, 4, et 5, la chute de tension est moins importante. Le plan de tension
avec une GED connectée permet dans ce cas de remonter la tension tout en
restant dans les limites admissibles. Ceci est bénéfique pour le
réseau car cela permet de diminuer les pertes.
Tension minimale
Tensionmaximal
Figure (II.3) Exemple d'effet bénéfique
de l'insertion de GED [25]
En revanche, l'insertion de GED peut provoquer des surtensions
comme l'illustre la Figure (II.4). Une GED de 10 MW est connectée au
noeud5. L'export de puissance provoque une, augmentation de la
tension qui dépasse la limite supérieure admissible.
Figure (II.4) Exemple de surtension provoqué
par l'insertion de GED [25]
Les GED connectées à un départ peuvent
provoquer le changement de prises du régleur en charge. Ainsi, d'autres
départs de ce régleur en charge peuvent voir leur tension
diminuer en raison du changement de prises du régleur, avec la logique
de compound âge appliquée au régleur en charge [22].
II.4.1.2 Impact sur les transits de
puissances
La connexion de GED sur le réseau de distribution
modifie le transit de puissance dans le réseau. LaFigure (II-5) montre
les transits de puissance obtenus sur ce réseau test sans GED. Les flux
de puissance sont unidirectionnels et proviennent du réseau amont, le
réseau de transport,
Figure (II.5) Transit de puissance dans le
réseau distribution sans GED [25]
On suppose une GED connecte au noeud 5 de puissance 1MW comme
indiquée sur la Figure (II.6).Cette GED fonctionne à sa puissance
maximale. Non seulement elle alimente la charge connectée au même
noeud mais, en plus, elle va exporter de la puissance vers les autres
charges.
Les flux de puissance deviennent alors bidirectionnels. La
puissance provenant du réseau de répartition est alors de 5,123
MW. Par ailleurs, dans le cas précédent où la puissance
provenait intégralement du réseau amont, les pertes sur le
réseau de distribution étaient de 465,6 kW. Dans le cas d'une GED
connectée au noeud 5, les pertes sont réduites à 122,5 kW.
L'introduction de cette GED a donc diminué les pertes sur le
réseau d'un facteur 3,8. Ainsi grâce à la production locale
de cette GED, les transits de puissance active ont diminué et par
conséquent les pertes également.
Figure (II.6) Transit de puissance dans le
réseau test avec une GED connectée au noeud 5 [25]
II.4.1.3 Impact sur les courants de court-circuit :
L'introduction de GED dans le réseau de distribution
modifie l'impédance globale du réseau et donc les courants de
court-circuit et la puissance de court-circuit. Ainsi il est possible que le
courant de court-circuit soit modifié [25] et puisse provoquer le
dysfonctionnement du matériel de protection. Par ailleurs, lors d'un
défaut, les producteurs alimentent le courant de défaut. Celui-ci
peut alors dépasser la limite admissible des éléments du
réseau (conducteurs entre autres).
II.4.1.4 Impact sur la qualité de la tension
La connexion de GED sur le réseau de distribution peut
également altérer la qualité de l'onde de tension.
Celle-ci est déterminée grâce à un ensemble
d'indices.
Ø Le « flicker »
Il s'agit de variations rapides de la tension
inférieures à 10 % de la tension nominale de manière
répétitive. Il provient du fonctionnement de certaines machines
comme les fours à arcs par exemple.
Le « flicker » n'a aucune incidence sur les
matériels. Cependant il provoque une gêne visuelle car il est
responsable du papillotement des ampoules à incandescence. Le «
flicker » peut apparaître en raison de l'intermittence des GED si
celles-ci sont des éoliennes ou encore des panneaux
photovoltaïques.
Ø Les creux de tension :
Il s'agit d'une diminution brutale de la tension qui peut
aller jusqu'à 90 % de la tension nominale pendant une durée
comprise entre 10 ms et 1 minute. Le fonctionnement des protections limite la
durée des creux de tension suite à des défauts
polyphasés. Ils peuvent intervenir également lorsqu'une GED se
couple au réseau.
Ø Les harmoniques :
Les harmoniques sont desdéformations de l'onde de
tension ou de courant. Certaines GED (photovoltaïque entre autres) peuvent
avoir des interfaces d'électronique de puissance. Or ce sont ces
dispositifs d'électronique de puissance qui sont responsables de la
création d'harmoniques plutôt hautes fréquences qui peuvent
provoquer un vieillissement prématuré des matériels. Par
ailleurs, elles sont responsables de gênes acoustiques dans les
transformateurs et de vibrations dans les machines tournantes [22].
Ø Les déséquilibres du
système triphasé :
Le déséquilibre du système
triphasé est dû à un mauvais équilibrage des phases
et peut provoquer des déséquilibres de tension (diminutions ou
élévations). Ces déséquilibres au niveau de la
moyenne tension peuvent apparaître lors du raccordement de GED
monophasées sur le réseau bas tension, au même titre que
les charges monophasées classiques.
4.1.5 Impact de l'insertion de GED sur la
planification et l'exploitation :
Dans la partie précédente, les impacts de
l'insertion de production décentralisée sur les grandeurs
électriques ont été mis en évidence. Ceux-ci
laissent penser que le réseau de distribution n'a pas été
conçu pour accueillir ces productions.
II.4.1.6 Impact sur le plan de protection
La modification des courants de court-circuit due à
l'insertion de GED peut conduire à une modification du réglage
des protections voire même à leur changement. Deux principaux
problèmes apparaissent suite à une insertion de GED : le
problème d'aveuglement de protections et celui déclenchement
intempestif des protections.
Ø Problème d'aveuglement des
protections
Lorsque la production décentralisée est loin du
poste source HT/MT et qu'un défaut apparaît sur une
dérivation proche de la centrale,Figure (II.7) il peut arriver que
l'impédance de la ligne entre le poste source et le défaut
devienne très importante devant l'impédance entre la centrale et
le défaut ; On observe alors une diminution du courant de défaut
injecté au niveau du poste source par rapport au cas où la
centrale n'est pas en fonctionnement. Il peut donc arriver que la protection
au niveau du poste source ne détecte plus dans un premier temps le
défaut[2].
Figure (II.7) Aveuglement de la protection du
départ en défaut [2]
Ø Déclenchement intempestif d'un
départ sain:
Considérons le schéma de la figure (II.8)
d'alimentation par une sous station du réseau d'une charge par la
liaison 2 et la connexion à la sous station par la liaison 1 d'une
unité de production décentralisée. Ces deux liaisons sont
chacune protégées par un disjoncteur contre les
surintensités (protection ampère métrique) comme c'est
l'usage. En effet, tout défaut survenant sur un départ MT doit
être éliminé par ouverture du disjoncteur de départ.
Dans cet exemple extrêmement simple le disjoncteur de la
ligne 1 peut débrancher intempestivement cette ligne en cas de
défaut sur la ligne 2, car le courant du générateur lors
de ce défaut peut être supérieur au seuil de protection.
Ceci pour autant que la puissance des unités de production
décentralisée soit importante et arrivera d'autant plus que le
défaut soit proche du poste. La sélectivité de la
protection est ainsi mise en défaut.
Les seuils de protection doivent donc être revus pour
que seule la ligne en défaut soit déconnectée.
Figure (II.8) Influence de la production
décentralisée [2]
II.4.1.7 Impact sur les calculs
technico-économiques des études de planification :
L'introduction de production décentralisée dans
le réseau modifie les transits de puissance et le plan de tension.
Ainsi, c'est un paramètre qui doit être introduit dans les
études de planification. Par exemple, une décision de
renforcement de réseau sans GED et avec GED n'aura pas les mêmes
coûts actualisés. Il est en effet possible que selon qu'il y ait
une GED ou non, les parties du réseau à renforcer changent. Les
coûts actualisés des pertes, ou encore de l'énergie non
distribuée, peuvent donc être très différents.
II.4.2 Impacts sur le système de
transport
D'un autre côté, les principaux impacts qu'une
grande quantité de connexion de la production d'énergie peut
provoquer dans le système de transport, sont les suivants: [2]
Ø Risque de congestion L'insertion des
sources intermittentes est normalement localisée dans des zones
où les conditions climatiques sont plus appropriées. Ceci
provoque le besoin d'un renforcement local du réseau vu les
possibilités de congestions locales.
Ø Incertitude du système
électrique : L'intermittence des sources d'énergie
provoque une incertitude dans le système en terme de quantité
d'énergie générée et de la localisation de
l'injection: le réseau électrique doit être prêt
à accueillir un nombre important de producteurs d'énergie sans
connaître a priori ni la position, ni la puissance qu'ils vont
débiter.
Ø Changement des marges d'exploitation :
Le changement des marges d'exploitation comme conséquence du
besoin d'un système de suivi non seulement de la charge mais aussi de
l'intermittence des sources.
Ø Apparition des flux d'énergie
réactive : L'apparition des flux d'énergie
réactive inattendus dans le système de transport lorsque le flux
de puissance active est inférieur à la puissance naturelle de la
ligne.
Ø Fermeture des grandes
centrales : La
fermeture ou le non remplacement des grandes centrales à causes
économiques et environnementales.
Ø Perte de la production
d'énergie : La perte de la production d'énergie par
des conditions climatiques rudes, soit la déconnexion des
éoliennes par vents excessivement forts.
II.5. Utilisation spécifique des GED
[25]
Comme il a été expliqué
précédemment, la connexion de GED modifie le plan de tension du
réseau en injectant une puissance produite en un point du réseau.
Cependant, beaucoup d'études sont menées dans l'optique de
trouver des solutions efficaces quant à l'intégration de ces GED
dans le réseau de distribution. Des contrôles de GED en puissance
et en tension existent déjà, le principe de ceux-ci diffère en fonction du type de GED utilisée
à savoir un raccordement direct de la machine synchrone ou un
interfaçage d'électronique de puissance.
Pour les GED de type machine tournante (machine synchrone),
il existe deux types de régulation: [24]
Ø Le régulateur de tension
(Automatic Voltage Regulator: AVR) est capable de maintenir la tension de la
machine constante. Ce régulateur est souvent utilisé pour les
générateurs de quelques dizaines à quelques centaines de
MVA dans le réseau de transport ou, par les générateurs
fonctionnant en réseau séparé. Le principe est de
régler la tension via l'excitation de la machine. En sous excitation, la
machine réagie comme une inductance en absorbant de la puissance
réactive induisant donc une baisse de la tension réseau. A
l'inverse, si celle-ci est surexcitée elle fournit de la puissance
réactive induisant une augmentation de la tension réseau.
Ø Le régulateur de facteur de
puissance (Power Factor : PF) est capable de maintenir le facteur de
puissance ou la puissance réactive constante. Ce régulateur est
souvent utilisé pour les GED ou les générateurs
connectés aux réseaux de distribution de quelques kVa à
quelques dizaines de MVA. Ce système de régulation (PF/VAR) est
bien adapté pour les GED, en particulier celles de petites puissances.
De la même façon, pour les GED utilisant une
interface d'électronique de puissance (onduleur) pour leur connexion au
réseau, il est possible de contrôler les courants fournis par
l'onduleur de manière à créer des régulations
similaires à celles exposées pour les machines synchrones :
Ø La régulation en tension ou mode P/V
: dans ce mode, la commande de l'onduleur est créée pour
fixer au noeud de connexion la tension et la puissance active de consigne. La
tension au point de connexion est contrôlée par injection ou
absorption de puissance réactive. Un contrôle adapté de
l'association source primaire et onduleur de tension permet de fixer la
puissance active et la tension via les courants produits. Ainsi il est possible
de contrôler, dans les limites du système la tension et la
puissance active au point de connexion.
Ø La régulation en puissance ou mode
P/Q : dans ce mode, la commande de l'onduleur est créée
pour fixer au noeud de connexion les puissances active et réactive de
consigne. Ce modèle de régulation est très similaire au
mode P/V. Une boucle de régulation en courant génère la
commande de l'onduleur et fixe les puissances au noeud de connexion de la GED
via les courants produits sur le réseau.
II.6 conclusion
Nous avons précisé, au cours de ce chapitre,
différents impacts de la production décentralisée sur les
réseaux de distribution et son Utilisation spécifique des et
l'importances de la tension et la fréquence dans les réseaux
électriques.
L'intégration de production
décentralisée dans le réseau de distribution provoque de
nombreuses modifications du comportement du réseau. Tout d'abord, les
transits de puissance, le plan de tension et les courants de court-circuit sont
modifiés. Ces modifications peuvent être bénéfiques
pour le réseau mais également préjudiciables (augmentation
des tensions et des courants de court-circuit).
Ainsi ce chapitre expose la problématique induite par
l'arrivée des GED sur la tension du réseau de distribution. Ce
réseau, de par son architecture et sa conception, n'est pas
adapté pour un accueil significatif de ces productions. Ainsi, le fait
de produire une quantité de puissance localement sur un réseau de
distribution créé des problèmes de tension au point de
connexion. Cette surtension s'étend aux noeuds voisins et peut selon les
niveaux de charge des réseauxdevenir critiques.
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