Contribution de localisation des GED dans les réseaux de distribution sur la stabilité de tension

B.2 Les éoliennes à vitesse variable

- Eolienne à vitesse variable à machine asynchrone à cage d'écureuil : (Éolienne commandée par le stator)

Ce type d'éolienne permet de couvrir une plage de vitesse allant d'une très basse vitesse à lavitesse maximale grâce à un onduleur MLI reliée à un bus continu. Le bus continuest relié au réseau alternatif par un second convertisseur MLI qui permet de contrôler leséchanges de puissance active et réactive avec le réseau selon le schéma suivant.

Figure (I.10) Générateur éolien à vitesse variable basé sur une machine asynchrone à cage [14]

B.3 Éolienne commandée par le rotor) [14]

Actuellement, la majorité des projets éoliens supérieurs à 1MW reposent sur l'utilisation dela machine asynchrone pilotée par le rotor. Son circuit statorique est connecte directement auréseau électrique. Un second circuit placé au rotor est également relie au réseau mais parl'intermédiaire de convertisseurs de puissance. Etant donné que la puissance rotoriquetransitée est moindre, le coût des convertisseurs s'en trouve réduit en comparaison avec uneéolienne à vitesse variable alimentée au stator par des convertisseurs de puissance.

C'est la raison principale pour laquelle on trouve cette génératrice pour la production en fortepuissance.

Une seconde raison est la possibilité de régler la tension au point de connexion ouest injectée cette génératrice,Figure (I.11).

Figure (I.11) Machine Asynchrone à Double Alimentation [4]

I-3-3-3 L'énergie hydraulique

Est produite par la force de l'eau. Elle est exploitée grâce aux retenues d'eau des barrages, ou encore avec des centrales au fil de l'eau. L'hydraulique océanique, également appelée thalasso-énergie, connaît une croissance importante.

- Principe de central hydro-électrique : Les centrales hydro-électriques convertissent l'énergie de l'eau en mouvement en énergie électrique. L'énergie provenant de la chute d'une masse d'eau est tout d'abord transformée dans une turbine hydraulique en énergie mécanique. Cette turbine entraîne un alternateur dans lequel l'énergie mécanique est transformée en énergie électrique.

Figure (I.12) principe de production à partir de l'énergie hydraulique [20]

A. Puissance d'une chute d'eau D'une façon générale, la puissance que l'on peut tirer d'une chute dépend non seulement de la hauteur de la chute, mais aussi du débit du cours d'eau. Le choix de l'emplacement d'une centrale hydro-électrique dépend donc de ces deux facteurs.

La puissance disponible est donnée par l'équation(I.7):

P = 9,8 Q h (I.7)

P = puissance hydraulique, en kilowatts [kW]

Q = débit en mètres cubes par seconde [m3/s]

h = hauteur de la chute, en mètres [m]

9,8 = coefficient tenant compte des unités

Selon la loi de Bernoulli, l'énergie hydraulique (I.10) est la somme de l'énergie de pression (I.8), géodésique (I.9) et cinétique (I.10) de l'eau [20] :

(I.8)

Eg= 9.8z(I.9)

Avec v = (I.10)

Eg(I.11)

Et=E1-E2=gH(I.12)

L'énergie totale absorbée par la turbine (E1) est la différence entre l'énergie à l'entrée (E1) de la turbine et l'énergie à sa sortie (E2)

V :est la vitesse de déplacement du fluide (m/ s)

Q :est le débit d'écoulement de 1' eau dans la conduite forcée ( / s)

A :est la section de la conduite forcée ( )

H : est la hauteur de la chute (m)

P : est la masse volumique de 1 'eau (Kg /m3)

g : est la constante de gravitation ( / s)

Z :est la hauteur géodésique (m),

P :est la pression de la colonne d'eau (N )

B. Les principaux types des turbines [21] : les alternateurs sont entraînés par des turbines. Celles-ci sont adaptées aux caractéristiques de la chute : hauteur, vitesse de l'eau, débit.

-Turbine PELTON: Figure (I.14)Les centrales de haute chute sont généralement équipées de turbines PELTON, ou turbine à action : l'eau arrive en deux jets de forte pression contre le pourtour de la roue équipée de pales en forme de godets. La turbine Pelton est du nom de l'ingénieur américain Lester Allen Pelton.

-Turbine FRANCIS :Figure (I.15)Les usines de moyenne chute sont équipées de turbine FRANCIS, ou turbine à réaction, qui permettent l'utilisation de l'eau à moyenne pression. L'eau est dirigée contre les pales de la turbine par des ailettes de guidage, puis rabattue vers le centre de la roue.

-Turbine KAPLAN: Figure (I.13)En 1913, l'ingénieur autrichien Viktor Kaplan proposa pour la première fois son turbopropulseur, qui fonctionne comme une hélice de bateau inversée [12]. Les usines de basse chute sont équipées de turbine à réaction type KAPLAN avec pales orientables en fonction du débit.

Figure (I.13) turbine hydraulique du type Kaplan [21] Figure (I.14) d'une turbine hydraulique du type [21]

Figure (I.15) turbine hydraulique du type Francis [21]

C. Les Différents Types D'aménagements[20]

Il existe une grande diversité d'installations hydroélectriques, en fonction de leur situation géographique, du type de cours d'eau, de la hauteur de la chute, de la nature du barrage et de sa situation par rapport à l'usine de production électrique.

C.1 Les stations de haute et de moyenne chut :

Les centrales sont dites de haute chute lorsqu'elles sont situées en altitude (200 m > h > 40 m). Elles bénéficient généralement de dénivelés très importants entre le barrage qui retient l'eau et l'usine où est produite l'électricité.(Figure I.12).

C.2 Les stations de basse chute ou centrales au fil de l'eau

Les centrales sont dites de basse chute lorsqu'elles sont installées sur de grands fleuves à faible pente et à très fort débit [6]. Dans ce cas l'électricité est produite en continu au fil de l'eau. Elles ont des hauteurs de chute inférieures ou égale à 40 m.

Figure (I.16) station basse chute ou centrale au fil de l'eau [20]

· Les stations de transfert d'énergie par pompage (STEP)

Figure(I.17) stations de transfert d'énergie par pompage (STEP) [8]

Une station de transfert d'énergie par pompage - STEP - fonctionne en circuit fermé à partir de 2 bassins. Pendant les heures de pointe, ces centrales fonctionnent comme des centrales hydrauliques classiques, utilisant l'énergie de l'eau qui s'écoule d'un réservoir supérieur dans un réservoir inférieur. Pendant les périodes creuses, le processus est renversé. Les alternateurs fonctionnent alors comme des moteurs synchrones et entraînent les turbines qui deviennent d'énormes pompes prenant l'eau dans le réservoir inférieur pour la renvoyer dans le réservoir supérieur [6]. Le cycle se répète une ou deux fois par jour, selon la nature du réseau et de la charge.

D. Les typologies actuelles des groupes de conversion électromécanique dans la structure d'une microcentrale hydroélectrique

Les groupes de conversion électromécanique utilisés couramment dans les microcentrales hydroélectriques sont équipés avec des machines synchrones à rotor bobiné ou avec machines asynchrones à cage[12]. Nous allons citer trois cas courants avec débit sur charge isolée ou sur réseau. Ces systèmes électromécaniques ont une configuration simple et peuvent assurer un fonctionnement efficace seulement à l'aide de dispositifs de contrôle mécanique ou électrique

D.1 Génératrice synchrone en débit sur charges isolées ou sur réseau interconnecté (débit hydraulique réglable).

Figure (I.18) Génératrice synchrone en débit sur charges isolées ou réseau [14]

Si on débite sur des charges isolées, la vitesse doit être toujours fixe, le réglage de la fréquence est obtenu à l'aide de celui du débit de l'eau, lequel permettant d'assurer l'équilibre production consommation (régulation de vitesse), tandis que le réglage de la tension se fait à l'aide du courant d'excitation réglé lui-même par le régulateur de tension. Pour le fonctionnement en débit sur réseau, on s'attache au réglage de P et Q.

Le réglage de la puissance active est obtenu à l'aide de celui du débit où l'on cherche normalement à produire le maximum en fonction de la puissance hydraulique disponible, tandis que le réglage de la puissance réactive se fait à l'aide du courant d'excitation en fonction de valeurs imposées par le gestionnaire du réseau de distribution [12].

D. 2. Génératrice asynchrone en débit sur charges isolées ou sur réseau interconnecté (débit hydraulique réglable)

Figure (I.19) Génératrice asynchrone en débit sur charges isolées ou réseau [21]

Fonctionnant sur charges isolées, même sur réseau, la vitesse étant légèrementvariable, le réglage de la fréquence est obtenu à l'aide de celui du débit. Le réglage de latension se fait à l'aide de plusieurs batteries de condensateurs pouvant ou non êtrecouplée en fonction du niveau de tension (de la composante réactive de l'impédance decharge). Deux batteries permettent de maintenir la tension au niveau requis à #177;10% [20]. Pour le fonctionnement en débit sur réseau on prend le même principe de réglage deP et Q. Le réglage de la puissance active est obtenu à l'aide de celui du débit où l'oncherche à obtenir la production maximale en fonction de la puissance hydrauliquedisponible.[12]

D.3 Génératrice synchrone ou asynchrone en débit sur charges isolées ou sur réseau (cas d'un débit hydraulique non réglable)

Figure (I.20) Génératrice asynchrone en débit sur charges isolées ou réseau (débit fixe) [21]

Si le débit de l'eau est non réglable, la charge ballast varie en fonction de la puissance active absorbée par les consommateurs afin de maintenir la tension et la fréquence constantes. Pour le fonctionnement connecté au réseau on utilise le même principe de réglage de Q, la charge ballast étant inutile. Les structures détaillées ci-dessus sont des groupes électromécaniques que l'on peut qualifier de solutions classiques tournant à vitesse fixe ou quasi fixe et ne faisant pas intervenir de convertisseurs statiques de l'électronique de puissance. La tendance actuelle est de développer de plus en plus des systèmes à vitesse variable dont les performances ainsi que les possibilités de contrôle sont significativement améliorées [21].