Analyse du comportement dynamique du FACTS STACOM face à la variation de la tension et de la puissance réactive, application au poste ht 220 kv du poste Bandundu ville en RDCongo

REPUBLIQUE DEMOCRATIQUE DU CONGO

MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET UNIVERSITAIRE

INSTITUT SUPERIEUR DE TECHNIQUES APPLIQUEES
« ISTA- KINSHASA »

	B.P 6593 KIN 31 DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE DEUXIEME CYCLE

ANALYSE DU COMPORTEMENT DYNAMIQUE DU DISPOSITIF FACTS DU TYPE

« STATCOM FACE AUX VARIATIONS DE LA TENSION ET DE LA PUISSANCE REACTIVE » APPLIQUE AU POSTE HT 220 kV DE BANDUNDU VILLE

DANS LA PROVINCE DE KWILU EN RD-Congo

Mémoire de fin d'études pour l'obtention du diplôme d'Ingénieur en Génie électrique

« Option: Electrotechnique »

« Présenté et défendu publiquement le 12/03/2018 par »
TUKA SAMUEL Garcia

« Ingénieur Technicien en Electricité Industrielle »

Jury d'évaluation composé de:

y' BASSESUKA SANDOKA NZAO Antoine Professeur, promoteur

y' MATHANGILA KIMEYA Julien CT, Copromoteur

y' NDAYE NKANKA Bernard Professeur, membre

y' KABASELE MUKENGE Gustave CT, Secrétaire

y' MWANAMPUTU MBWANZO clément CT, Président

y' MOKE MPORAM Rémy CT, membre

y' BABINGI Gaston CT, membre

Année Académique 2016-2017

I

EPIGRAPHE

« Le plus fort n'est jamais assez fort pour être toujours le maître, s'il ne transforme sa force en droit et l'obéissance en devoir »

Jean-Jacques ROUSSEAU

II

Dédicace

A ma famille, ami(e)s et connaissances

TUKA SAMUEL Garcia

iii

Remerciements

Le travail présenté dans ce mémoire a été effectué au Département d'Electricité Second Cycle option : Electrotechnique de l'Institut Supérieur de Techniques Appliquées en sigle ISTA/Kinshasa.

Nos remerciements vont tout premièrement à Dieu Tout Puissant pour la volonté, la santé et la patience, qu'il nous a donnée durant toutes ces longues années.

Ainsi, nous tenons également à exprimer nos vifs remerciements aux Directeur et codirecteur de ce mémoire respectivement le Professeur Docteur Ingénieur Antoine BASSESUKA et le Chef de Travaux Julien MATHANGILA KIMEYA pour avoir d'abord proposé ce thème, poursuivi continuel tout le long de la réalisation de ce travail de mémoire et qui n'ont pas cessé de nous donner ses conseils et remarques.

Sans oublié le Chef de travaux Jean-Pierre TSASA MBENZA ancêtre pour ses soutiens tant moral- que matériel.

Nos sincères remerciements aux membres du jury pour l'honneur qu'ils nous font en participants au jugement de ce travail.

Nous tenons à remercier vivement toutes personnes qui nous ont aidés à élaborer et réaliser ce mémoire, ainsi à tous ceux qui nous ont aidés de près ou de loin à accomplir ce travail.

Nos remerciements vont aussi à tous les enseignants de la section Electricité en général et ceux de l'Electrotechnique en particulier qui ont contribué à notre formation.

Enfin nous tenons à exprimer notre reconnaissance à tous nos amis et collègues pour le soutient tant moral et matériel.

TUKA SAMUEL G arcia

Liste des Symboles et Abréviations

FACTS : Flexible Alternatif Curant Transmission Systems

IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistors

SPS : S t a t i c P h a s e Shifter

IGCT : Insulated Gate Commutated Thyristors

STATCOM : Static Synchronous Compensator

SSSC : Static Synchronous Series Compensator

TCSR : Thyristor Switched Serie Reactor

TCSC : Thyristor-Controlled Series Capacitor.

DVR : Dynamic Voltage Restorer

UPFC : Unified Power Flow Controller

VSC : Voltage Source Converter

PI : Proportionnel Intégral (régulateur)

Vs : Tension du jeu de barre de génération (sending voltage).

Vr : Tension du jeu de barre de charge (receiving voltage).

Ps : Puissance active fournie par la source

Qs : Puissance réactive fournie par la source

Pr : Puissance active demandée par la charge

Q : Puissance réactive demandée par la charge

Pl : Puissance active transportée par la ligne

Ql : Puissance réactive transportée par la ligne

ä : Angle de charge entre Vs et Vr

R : Résistance de la ligne de transport

X : Réactance de la ligne de transport

è : Déphasage du courant de la ligne

Vsh : Tension (shunt) injectée par le STATCOM

Ish : Courant (shunt) injecté par le STATCOM

Rsh : Résistance du transformateur de couplage shunt du STATCOM

Xsh : Réactance du transformateur de couplage shunt du STATCOM

Psh : Puissance active délivrée par le STATCOM

Qsh : Puissance réactive délivrée par le STATCOM

Vse : Tension (série) injecté par le SSSC

Ise : Courant (série) injecté par le STATCOM

Udc : Tension continu aux bornes du condensateur

Idc : Courant dans le circuit continu

d : (indice) la composante sur l'axe d du repère d-q

q : (indice) la composante sur l'axe q du repère d-q

pu : (indice) la grandeur en unité relative (grandeur réduite)

1

Introduction générale

1. Motivation

C'est après l'assistance à plusieurs conférences organisées sur le thème « gestion et conduite des réseaux électriques », aussi à la lecture de plusieurs articles scientifiques sur la commande et le contrôle des réseaux électriques par l'introduction de dispositifs de contrôle à base des composants d'électronique de puissance très avancés (GTO, IGBT) connus sous l'acronyme FACTS: Flexible Alternatif Currant Transmission System, associés au problème de la surtension qui déséquilibre le fonctionnement de la ligne HT KINSHASA-BANDUNDU que ce questionnement a émergé et continue à se construire à travers cette application.

Par ailleurs, le développement rapide de l'électronique de puissance a eu un effet considérable dans l'amélioration des conditions de fonctionnement des réseaux électriques en performant le contrôle de leurs paramètres par l'introduction de dispositifs de contrôle à base des composants d'électronique de puissance très avancés (GTO, IGBT) connus sous l'acronyme FACTS.

La nouvelle génération des systèmes FACTS est constituée principalement par des convertisseurs de tension (ou courant), à base des interrupteurs statiques modernes (GTO ou IGBT) commandés en ouverture et en fermeture, liés à des condensateurs comme source de tension continue. Ces systèmes selon leur connexion au réseau sont distingués en compensateurs shunt, série et hybride tels que: STATCOM, SSSC, UPFC.

2. Problématique

Plus le réseau est grand, plus il devient complexe et difficile à contrôler. Ce système qui doit conduire de grandes quantités d'énergie électrique en l'absence de dispositifs de contrôle sophistiqués et adéquats, subit plusieurs problèmes tels que: le transit de puissance réactive excessif dans les lignes, les creux de tension entre différentes parties du réseau,

2

surtensions ...etc. L'exemple le plus frappant est celui de la ligne HT KINSHASA -BANDUNDU au bout de laquelle règne une surtension de l'ordre de 250 à 265 kV et qui par ailleurs entraine de pertes des équipements électromécaniques (TI, TP, disjoncteurs, isolateurs, etc...).

Pour contourner cette difficulté, la SNEL a fait recours aux inductances shunts de 18 MVAr placées au poste de BANDUNDU et qui ne réalisent qu'un apport de 7,5 kV de chute de tension et ces inductances sont jusqu'à ce jours contrôlées mécaniquement , malgré l'utilisation de la microélectronique, des ordinateurs et des moyens rapides de télécommunication, la dernière action dans ces systèmes de commande est prise avec des dispositifs mécaniques ayant un temps de réponse plus au moins long et avec lesquels l'action d'amorçage et de réamorçage ne peut être répétitivement exécutée à une fréquence faible par rapport aux dispositifs à base d'interrupteurs statiques (semiconducteurs).

De ce qui précède, nous nous posons une question de savoir :

- quel est le mécanisme à mettre en place pour pouvoir résoudre le problème de surtension au bout de la ligne HT KINSHASA-BANDUNDU ?

- comment se comportent les équipements électromécaniques du poste Bandundu face à la surtension ?

Ce sont les éléments de réponse à ces préoccupations qui constitueront les lignes suivantes.

3. Hypothèses de travail

Pour répondre à la préoccupation posée ci-haut, les hypothèses sur les motivations pour s'investir dans de telles études sont :

? Se conformer à la matière (comment élaborer une telle étude ?, quelles sont les données nécessaires à la réalisation de l'étude ?, quels sont les calculs à faire ?) ;

? Echanger de nouveaux savoirs et grandir scientifiquement ;

? Concevoir autrement en respectant les règles de l'art ;

3

? Renforcer le learning by doing qui est plus efficace que des théories sans fin ;

? Temps de réflexion et de construction de notre pensée sur le futur rôle qui nous attend dans la société congolaise.

4. Positionnement personnel

C'est à partir du constat de la deuxième partie de la problématique que nous avons formulées les questions pour pouvoir cadrer notre positionnement d'Ingénieur électrotechnicien : quel est le rôle d'un Electrotechnicien dans la gestion et conduite de réseaux électriques ? Quelles sont les étapes qui constituent sa principale zone d'intervention ?

5. Objectif poursuivi

L'objectif de ce modeste travail est d'étudier les fonctions de contrôle offertes par le STATCOM dans la compensation de la puissance réactive et du maintien de la tension des lignes de transports électriques, qui seront appliquées sur la ligne HT KINSHASA-BANDUNDU afin d'éradiquer au problème de surtension qui entraine des pertes énormes des équipements électromécaniques dans le poste HT/MT BANDUNDU.

6. Méthodologie proposée

La base de la démarche est l'analyse systémique assise sur les écrits existants sur ce thème (Livres, cours, articles conférence documentaires films). L'interview sera aussi suffisamment exploitée pour recueillir les expériences des autres.

7. Subdivision du travail

Hormis l'introduction générale et la conclusion générale, cette étude est organisée en cinq chapitres :

Chapitre I : Notions sommaires sur la qualité d'énergie électrique

Chapitre II : Concept de base des systèmes FACTS Chapitre III : Étude et Modélisation d'un STATCOM

4

Chapitre IV : Etat actuel du réseau de transport HT 220kV MALUKU-BANDUNDU

Chapitre V : Dimensionnement et Simulation du dispositif
FACTS/STATCOM sur le réseau étudié

5

CHAPITRE I : QUALITE D'ENERGIE ÉLECTRIQUE

I.1 Introduction

La problématique de la qualité de l'électricité concerne tous les acteurs en présence, qu'ils soient gestionnaires de réseaux, utilisateurs de ces réseaux (producteurs ou consommateurs d'électricité), ou intervenants divers (fournisseurs d'électricité ou de services, organismes de régulation...).

Depuis toujours, le fonctionnement de certains équipements électriques et électroniques est affecté par des «perturbations»

I.2 Types de perturbations qui peuvent dégrader la qualité de la tension:

· Les creux de tension:

Les creux de tension sont produits par des courts- circuits survenant dans le réseau

Général ou dans les installations de la clientèle.

· Interruption courte:

L'interruption courte est la perte complète ou la disparition de la tension d'alimentation pendant une période de temps de 1/2 cycle jusqu'à 3s. Elle se produit quand la tension d'alimentation ou le courant de charge diminue à moins de 0.1 pu.

· Chutes de tension:

Lorsque le transit dans une ligne électrique est assez important, la circulation du courant dans la ligne provoque une chute de la tension.

· Tension:

Les surtensions transitoires sont des phénomènes brefs, dans leur durée et aléatoires dans leur apparition. Elles sont considérées comme étant des dépassements d'amplitude du niveau normal de la tension fondamentale à la fréquence 50Hz ou 60Hz pendant une durée inférieure à une seconde.

6

· Déséquilibre de tension:

Un récepteur électrique triphasé, qui n'est pas équilibré et que l'on alimente par un réseau triphasé équilibré conduit à des déséquilibres de tension dus à la circulation des courants non équilibrés dans les impédances du réseau.

· Perturbations harmoniques:

Les harmoniques sont des composantes dont la fréquence est un multiple de la fréquence fondamentale, qui provoquent une distorsion de l'onde sinusoïdale. Ils sont principalement dus à des installations non linéaires telles que les convertisseurs d'électroniques, les fours à arc, etc. [02]

I.3 Puissance transmise par une ligne électrique

L'énergie électrique est transportée par des lignes électriques de capacités limitées à cause des limites thermiques des câbles, des tensions appliquées aux bornes et de l'angle de charge (P+JQ) :



Figure I.1 Réseau électrique alimentant une charge, (a) schéma unifilaire, (b) diagramme

des tensions

En prenant la tension aux bornes de la charge comme référence des phases (figureI.1.b) et en négligeant la résistance Rs, La puissance apparente demandée par la charge sera donnée par l'équation (I.1):

Sr = P + jQ = Vr.j^* (I.1)

V5-Vr

j = (I.2)

z5

Dans ce cas, on ne peut transporter qu'une puissance maximale pour un angle

7

????????.???????? ???? =	???????????????? ???? = ???????????????? -	???????? - (????????2	????????	(I.3) (I.4)
???????? Avec ????????.????????
???? = ????????		???????? )

La relation entre la tension au jeu de barres de charge et le courant de charge I est décrite par la droite de la figure (I.1) appelée ligne de charge du système qui est définie par l'équation d'une droite qui passe par Vs et de pente (-????????) :

????????-???????? =-????????????????????????? =-????????????????+???????? (I.5)



Figure (I.2) Perturbation d'énergie électrique transportée

On peut démontrer facilement le besoin du maintien de la tension aux bornes de la charge pour permettre un maximum de puissance à transmettre. Si la charge varie et aucune précaution n'est prise pour maintenir la tension???????? égale à Vs alors depuis le diagramme de phase de la figure (I.1 b) :

???????? = ????????.???????????????? (I.6)

En remplaçant (I.6) dans (I.3) en aura :

????????2. ???? = ????????

????????2. ????????????????. ???????????????? = 2????????

????????????2???? (I.7)

8

ä=45° égale à : ????????2. ???? ???????????? = 2????????

(I.8)

Dans le cas où on maintient la tension ???????? égale à Vs on peut avoir, depuis l'équation (1.2), unepuissance maximale : [01]

????????^2. ???????????????? = ???????? I.4 Compensation d'énergie réactive

(I.9)

Les réseaux électriques ont pour but de véhiculer de la puissance depuis la source jusqu'aux centres de consommation dans un réseau à courant alternatif. La puissance apparente S a deux composantes la puissance active P et la puissance réactive Q :

???? = ???? + ???????? == U. I(Cosö + JSinö) (I.10)

En général, l'écart de tension entre deux extrémités d'une ligne est lié au transit de la puissance réactive consommée par la charge. Pour obtenir une tension identique (ou proche) aux deux bouts de la ligne, il faut donc pouvoir produire localement de la puissance réactive.

?????

????

????.????+????.????

= (I.11)

????²

La présence des moyens de production d'énergie réactive (alternateurs, bancs de

Condensateurs ou compensateurs statiques) à proximité des zones de consommation contribue donc à maintenir la tension constante sur le réseau (figure I.3). Il est à noter que les solutions peuvent reposer sur des moyens de compensation de puissance réactive statiques (bancs de condensateurs, bancs de bobines) ou dynamiques (alternateurs, FACTS) figure(I.3). [03]

D'après la figure (I.3), on voit que ces équipements permettent aussi d'augmenter la puissance active transitée. La puissance transitée peut

9



Figure I.3 : Intérêt de la compensation dans l'échange d'énergie électrique.

I.4.1 Moyens de compensation réactive

Il existe plusieurs catégories de dispositifs de production de puissance réactive :

Compensateurs synchrones, les bancs de condensateurs et les compensateurs statiques de puissance réactive.

I.4.2 Compensation shunt

La compensation parallèle (shunt) consiste à enclencher des condensateurs shunt et/ou des inductances shunt connectés entre les phases du réseau et la terre en général par le biais de disjoncteurs à différents endroits sur le réseau pour modifier l'impédance des lignes, dans le but de maintenir des niveaux de tension acceptables suivant l'état de charge du réseau.

Ces éléments permettent de compenser les réseaux en puissance réactive et de maintenir la tension dans les limites admissibles.

Cette technique de compensation est dite passive car elle fonctionne en tout ou rien. C'est-à-dire qu'elle est soit en service, par exemple lorsqu'une inductance shunt est enclenchée, soit complètement hors service lorsque l'inductance est retirée. Lorsqu'elle est en service, aucune modification des inductances ou des condensateurs n'est effectuée pour essayer de contrôler la tension ou l'écoulement de puissance.



10

être augmentée de 50% pour une compensation au niveau de la charge et de 100% pour une compensation au point milieu.

Une ligne HT peut être modélisée par un schéma en ð représenté par la figure(I.4).

Figure (I.4) Représentation d'un système électrique en ð.

Lorsque le réseau n'est pas ou peu chargé, c'est-à-dire que l'impédance de la charge est très élevée, la tension sur la ligne a tendance à monter considérablement (effet Ferranti), cette augmentation de tension est d'autant plus importante que le réseau est exploité à tension élevée et que les lignes sont longues. Pour réduire la tension en bout de ligne, il faut augmenter artificiellement l'impédance caractéristique de la ligne en diminuant sa capacité shunt. Des inductances shunt sont enclenchées à différents postes sur le réseau. [4]

Cependant, lorsque le réseau est fortement chargé, dans ce cas l'impédance de la charge est très faible et la tension a tendance à diminuer sur le réseau. Pour compenser cet effet, il s'agit de diminuer artificiellement l'impédance caractéristique de la ligne pour la rendre égale, ou la plus près possible, de l'impédance de la charge. Les réactances shunt deviennent inutiles. Pour maintenir la tension dans les limites contractuelles, le gestionnaire du réseau doit donc augmenter la capacité shunt de la Ligne et connecter des condensateurs shunt dans différents postes du réseau selon la charge. [4]

Les bancs de condensateurs vont compenser la puissance réactive absorbée par la charge et ainsi éviter la transmission de puissance réactive sur de longues distances. Ces bancs de condensateurs doivent être connectés ou déconnectés par des disjoncteurs.

11



(a) Sans compensation



(b)Avec compensation Q`= Q+ Qsh(I.12)

Figure. I.5 Principe de compensation shunt dans un réseau AC

I.4.3 Principe de la compensation série

Cette compensation a pour principe d'insérer une réactance et inductive sur la ligne toujours dans le but d'en augmenter la puissance active transmissible. La ligne étant modélisée par une réactance de type inductive, on comprend aisément que l'on diminue cette réactance en ajoutant une réactance de type capacitive .En conservant le même modèle de ligne. On obtient la compensation série donnée par la Figure (I.6). [3]

12



(a) Sans compensation



(b) avec compensation

Figure I.6 : Principe de compensation série.

I.4.4 Compensateurs synchrones

Les compensateurs synchrones sont des alternateurs synchrones connectés au réseau, mais ils ne sont pas entraînés par une turbine et ne fournissent donc pas de puissance active. Comme ils fonctionnent en moteur, ils consomment la puissance active correspondant à la compensation de ces pertes mécaniques et électriques. Par le réglage du courant d'excitation des génératrices, on contrôle la tension à leur noeud de connexion.

I.4.5 Bancs de condensateurs

Les bancs de condensateurs sont des dispositifs statiques de compensation de puissance réactive. Leur connexion sur les systèmes énergétiques permet d'injecter de la puissance réactive. Néanmoins leur fonctionnement en tout ou rien ne permet pas un pilotage de la tension, même s`ils peuvent être connectés par gradins. Les connexions ou déconnexions de condensateurs entraînent une diminution de leur durée de vie. Un inconvénient supplémentaire de ces dispositifs est que la

13

puissance réactive générée diminue avec le carré de la tension ; en effet la puissance réactive générée par un banc de condensateur triphasé de capacité par phase C sous la tension composée U vaut :

Q c= - C w U²(I.13)

Une tension basse diminue l'efficacité du condensateur alors qu'il est nécessaired'injecter plus de puissance réactive. Un autre paramètre important à prendre en compte pour les bancs de condensateur est le niveau de tension auxquels ils sont connectés. Le coût de ces appareils dépend en partie de la qualité du diélectrique utilisé. Les condensateurs sont plus économiques pour des niveaux de tension de l'ordre de 20 kV, c'est-à-dire adaptés aux réseaux de distribution. [3]

I.4.6 Compensateurs statiques de puissance réactive

Les compensateurs statiques de puissance réactive FACTS ( Flexible Alternative Curent Transmission System) sont des dispositifs plus récents qui associent des bancs de condensateurs et de bobines à des convertisseurs d'électronique de puissance permettant de régler la puissance réactive délivrée et ainsi la tension du noeud de connexion. Ces appareils ont un temps de réponse très court, de l'ordre de quelques dizaines de millisecondes.

I.4.7 Compensation réactive dans une ligne électrique

La compensation réactive représente l'application de tous les dispositifs de puissance réactive dans un réseau électrique pour:

? Maintenir le profil du plan de la tension pour les différents niveaux des puissances transportées ;

? Pour améliorer la stabilité du système par augmentation de la puissance maximale transmissible ;

? Et/ou pour couvrir le besoin en puissance réactive sur la majorité des plans économiques.

Idéalement la compensation réactive doit modifier l'impédance de charge en agissant sur la capacité et/ou l'inductance de la ligne pour obtenir une impédance de charge virtuelle s'adaptant aux valeurs de la puissance actuelle transportée par la ligne.

14

I.4.8 Compensateur shunt au point milieu

Considérant un réseau électrique simple avec un compensateur shunt idéal connecté au point milieu de la ligne de transport donné sur la figure (I.7).



Figure I.7: Ligne électrique avec compensation shunt.

La relation entre les différentes tensions et courants, dans l'ensemble ligne électrique et compensateur série, est expliquée par le diagramme de la figure I.7 (b). Systématiquement, en insérant ces condensateurs, la réactance effective de la ligne Xeff doit être diminué et avoir la nouvelle valeur :

Xe!! = X - X_c = X (1 - K) (I.14)

Avec K = ???? est défini comme le coefficient de Compensation série.

????????

La puissance transportée par une telle ligne est donnée par l'équation (I.15) et varie selon la valeur du degré de compensation K comme le montre la figure (I. 8).

V_r.V_????????if????

P???? = (I.15)

X(1-K)

15



Figure I.8 : Valeurs des puissances transportées par une ligne pour différentes valeur de K.

Il est facile d'observer à partir des courbes de la figure (I.8) que la compensation shunt peut augmenter significativement la capacité de transport de la puissance à travers une ligne électrique[3].

I.5 Conclusion

Ce chapitre a traité les différents phénomènes perturbateurs qui influents sur la qualité de la tension, ainsi nous avons présenté une étude qui donne l'intérêt de la compensation des lignes électriques.

La compensation conventionnelle (séries et shunts) et la compensation moderne utilisant les dispositifs FACTS seront traités en détail dans le prochain chapitre.

16

CHAPITRE II : CONCEPT DE BASE DES SYSTEMES FACTS II.1 Introduction

De nos jours ; la technologie "FACTS" s'impose pour les systèmes énergétiques en augmentant leurs capacités de transport, en améliorant le contrôle des paramètres de ces derniers donc leur assurer une flexibilité du transfert de l'énergie et améliorer sa stabilité.

II.2 Concept général et définition :

Les FACTS «Flexible Alternative Currents Transmission Systems» sont des systèmes flexibles de transmission à courant alternatif incorporant des contrôleurs à base d'électronique de puissance et autres contrôleurs statiques afin d'améliorer la contrôlabilité des réseaux électriques ainsi que la capacité de transfert des lignes [1].

La technologie FACTS n'est pas limitée en un seul dispositif mais elle regroupe une collection de dispositifs implantés dans les réseaux électriques afin de mieux contrôler le flux de puissance et augmenter la capacité de transit de leurs lignes. Par action de contrôle rapide de ces systèmes sur l'ensemble des paramètres du réseau: tension, impédance, déphasage ...etc. ils permettent d'améliorer les marges de stabilité et assurer une meilleure flexibilité du transfert d'énergie.

II.3 Différentes catégories des FACTS :

La figure (II.1) [1], représente les grandes catégories des dispositifs FACTS de contrôle des réseaux électriques. La colonne sur la gauche contient les systèmes conventionnels constitues de composant de base R L C et transformateurs fixes (compensation fixe) ou variable commandés par des interrupteur mécaniques. Les dispositifs FACTS contiennent également les mêmes composants mais rapidement commander avec des interrupteurs statiques et convertisseurs de l'électronique de puissance.



17

Figure II.1 : Principaux dispositifs des FACTS

La colonne gauche présente les contrôleurs FACTS à base des thyristors ou bien des convertisseurs à thyristor tel que le SVC et le TCSC qui sont connu depuis plusieurs dizaines d'années à titre de compensateurs shunt et série respectivement et qui ont prouvé leur fiabilité dans le contrôle des réseaux.

Les dispositifs dans la colonne droite, sont des FACTS les plus avancées avec des convertisseurs de source de tension VSC (voltage source converter) à base des interrupteurs statiques sophistiqués IGBT

(InsulatedGateBipolarTransistors) ou bien les IGCT
(InsulatedGateCommutated Thyristors) tel que le STATCOM, SSSC et l'UPFC. Ces VSC fournissent ou injectent une tension totalement contrôlable en amplitude et en phase en série ou en parallèle dans le réseau. Chaque élément de ces colonnes peut être structuré selon sa connexion au réseau.

18

II.4 Application des dispositifs FACTS dans les réseaux électriques :

Ces FACTS ont été intégrés depuis des années dans des réseaux où ils ont prouvé leur efficacité. Les tableaux (II.1) (II.2) résument le rôle de chacun de ces dispositifs, ainsi que leur capacité de contribution pour différentes applications dans les réseaux électriques [5]

Tableau II.1 : Différentes des niveaux ascendant de contribution entre les FACTS

FACTS	Contrôle d'écoulement de puissance	Contrôle De la tension	Stabilité transitoire	Stabilité dynamique
SVC	*	***	*	**
STATCOM	*	***	**	**
TCSC	**	*	***	**
UPFC	***	***	**	**

Tableau II.2 : Le rôle des différents dispositifs FACTS

Rôles	Problèmes	Action à mener	Solutions conventionnelles	Dispositifs FACTS
Limite de la Tension	Chute ou surtension	Fourniture ou absorption de l'énergie réactive	Condensateurs séries et shunts	SCV STATCOM
Limites thermiques	Surcharge des lignes	Réduction des charges	Ajouter de nouvelles lignes	TCSC UPFC SVC
Courants de boucles	Répartition de La puissance transférée	Réajustement de la réactance de ligne	Ajouter des condensateurs en série	TCSC UPFC SVC
Niveaux des Court-circuit	Courant de court-circuit très élevé	Limitation du courant de court-circuit	Ajouter des condensateurs en série	TCSC UPFC
Résonances subsynchrones	Emballement des générateurs	Atténuation des oscillations	Compensation série	TCSC

19

II.5 Fonctionnement des FACTS

Un FACTS agit généralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de la puissance réactive (courant réactif) sur le réseau. Ceci a pour effet de modifier l'amplitude de la tension à son point de connexion, et par conséquent la puissance active maximale transmissible. Les FACTS sont utilisés aussi pour le filtrage des courants harmoniques (c'est faux, car ils sont des sources d'harmoniques à cause des composants EP) et la stabilisation de la tension. L'ordre de grandeur de la puissance d'un FACTS va de quelque MVA à quelques centaines de MVA. Ilss'appliquent dans deux secteurs principaux :

? Réseau de transport ;

? Réseaux Industriels.

II.5.1 Réseau de transport

Pour améliorer le contrôle, augmenter la capacité des puissances transmises et assister à la récupération du réseau suite à un défaut.

II.5.2 Réseaux Industriels

Pour améliorer la qualité de la puissance fournie en un point précis du réseau AC en présence de fluctuations de charge, compensation du flicker pour les fours à arc. Gamme de puissance inférieure à celle d'un réseau de transmission.



Figure II.2 : Puissance transitée entre deux réseaux.

II. 5.3. Classification des dispositifs FACTS

Depuis les premiers compensateurs, trois générations de dispositifs FACTS ont vu le jour. Elles se distinguent par la technologie des semiconducteurs et des éléments de puissance utilisés.

20

II. 5.3.1 Génération I

Basée sur les thyristors classiques. Ceux-ci sont généralement utilisés pour enclencher ou déclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance réactive dans les transformateurs de réglage.

II. 5.3.2 Génération II

Dite avancée, est née avec l'avènement des semi-conducteurs de puissance commander à la fermeture et à l'ouverture, comme le thyristor GTO. Ces éléments sont assemblés pour former les convertisseurs de tension ou de courant afin d'absorber ou d'injecter des courants (tensions) contrôlables dans le réseau.

II. 5.3.3 Génération III

FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adaptée à chaque cas. Contrairement aux deux premières générations, celle-ci n'utilisent pas des dispositifs auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le réseau.

II.6 Compensateurs shunts

Les compensateurs shunts injectent du courant au réseau via le point de leur raccordement. Leur principe est basé sur une impédance variable est connectée en parallèle sur un réseau, qui consomme (ou injecte) un courant variable. Cette injection de courant modifie les puissances actives et réactives qui transitent dans la ligne. Les compensateurs shunts les plus utilisés sont les

SVC et les STATCOM.

II.6.1 Compensateurs parallèles à base de thyristors

II .6.1.1 Compensateur Statique de Puissance Réactive (CSPR)

SVC (StaticVArCompensator) est un équipement de compensation parallèle à base d'électronique de puissance (Thyristor) capable de réagir en quelques cycles aux modifications du réseau. Il permet entre autres la connexion de charges éloignées des centres de production et la diminution des effets des défauts ou des fluctuations de charges.

21

Un SVC est généralement constitué d'un ou plusieurs batteries de condensateurs fixes (CF) commutables soit par disjoncteur, ou bien par

thyristors (Thyristor SwitchedCapacitor TSC) et d'un banc de
réactances contrôlable (Thyristor controlledReactor TCR) et ou bien par des réactances commutables (Thyristor SwitchedReactor TSR), et d'autre part on trouve des filtres d'harmoniques. Pour avoir un temps de réponse plus rapide et pour éliminer les parties mécaniques les TCR (Réactances commandés par thyristor) ont fait leur apparition vers la fin des années soixante. Elles sont constituées d'une inductance en série avec un gradateur (deux thyristor tête-bêche). Chaque thyristor conduit pendant moins demi-période de la pulsation du réseau. Le retard à l'amorçage permet de régler l'énergie réactive absorbée par le dispositif. (Figure II.3).



Figure. II.3 : Schéma du SVC.

II .6.1.2 Principe de fonctionnement :

La figure (II.4) donne une représentation schématique monophasée d'un compensateur statique. Il est composé d'un condensateur avec une réactance capacitive XCet d'une bobine d'inductance avec la réactance XL. Ce système utilise l'angle d'amorçage á des thyristors pour contrôler le courant dans la réactance alors que le contrôle de la puissance réactive par cette méthode est rapide et d'une façon continu. [6]

22



Figure II.4 : présentation d'un Compensateur SVC.

Le SVC présente plusieurs avantages

> Stabiliser la tension dans les systèmes faibles ;

> Réduire les pertes de transmission ;

> Augmenter la capacité de transmission ;

> Augmenter la limite de stabilité ;

> Améliorer la commande et la stabilité de tension ;

> Atténuer les oscillations de puissance.

II.6.1.3 STATCOM:

C'est en 1990 que le premier STATCOM a été conçu, c'est un convertisseur de tension à base de GTO ou de IGBT alimenté par des batteries de condensateur, l'ensemble est connecté parallèlement au réseau à travers un transformateur de couplage (Figure (II.5-a)). Ce dispositif est l'analogue d'un compensateur synchrone; car il n'a pas d'inertie mécanique et présente alors des meilleures caractéristiques telles que sa dynamique rapide, son faible coût d'installation et de sa maintenance devant les compensateurs synchrones.

23



Figure II.5 : STATCOM, (a) structure de base, (b) schéma équivalent.

Le STATCOM permet le même contrôle qu'un SVC mais avec plus de robustesse, ce dispositif est capable de délivrer la puissance réactive même si la tension au jeu de barres (noeud de connexion) est très faible, d'après sa caractéristique on constate que le courant maximal du STATCOM est indépendant de la tension du noeud.

Pour un STATCOM idéal, n'ayant pas des pertes actives, l'équation (II.1) décrit le transfert de puissance réactive dans le réseau électrique. [1][2].

Si |Vk| > |Vsh|, Qshdevienne positive et le STATCOM absorbe la puissance réactive.

Si |Vk| < |Vsh|, Qshdevienne négative et le STATCOM fournie la puissance réactive.

????????h = |Vk|2

????????h - |Vk|.|Vsh|

????????h .Cos (èk-èsh) =|Vk|2-|Vk|.|Vsh|

????????h (II.1)

II.6.1.4 Avantages du STATCOM :

? Bonne réponse à faible tension :

Il est capable de fournir son courant nominal, même lorsque la tension est presque nulle.

? Bonne réponse dynamique :

Le système répond instantanément, l'étendue de la plage de l'opération est plus large qu'avec un SVC classique. Pour un contrôle optimal de la tension, les phases sont contrôlées séparément pendant les perturbations du système. Undesigne modulaire du convertisseur permet une adaptation pour une grande plage de puissances nominales.

24

II.6.2 Condensateur série commande par thyristor (TCSC)

TCSC (Thyristors Controlled Séries Condensateur) est un dispositif de compensation série à base d'électronique de puissance. Il est constitué d'une inductance en série avec un gradateur, l'ensemble monté en parallèle avec une capacité comme montre la figure (1.6). Connecte en série avec le réseau pour contrôler le flux de puissance et d'élever la capacité de transfert des lignes en agissant sur la réactance ????????????????????qui varie selon l'angle de retard à l'amorçage des thyristors á donné par l'équation (II.2).Ce type de compensateur est apparu au milieu des années 80.[3]

jLW

????????????????????(????) = (II.2)

????~????-????+????????????(2????) 2 2 ~-????????????2



Figure II.6 : (a) Structure d'un TCSC, (b) Schéma équivalent.

La puissance transmise entre deux jeux de barres du réseau est donné par l'équation (II.3)

|Vk|.|Vsh|

???????????? = ????????????(???? ???? - ????????) (II.3)

????????????????????

II .6.3 Static Synchronous Series Compensator (SSSC)

C'est l'un des plus important dispositifs FACTS; similaire à un STATCOM mais avec une tension de sortie injectée en série dans la ligne, son schéma de principe est donné par la figure (II.7). Ce dispositif appelé aussi DVR (Dynamic Voltage Restorer) est utilisé généralement dans les réseaux de distribution afin de résoudre les problèmes de qualité d'énergie tel que les creux de tensions et maintenir ces dernières à des niveaux constants.

25



Figure II.7 : SSSC (a) Structure de base, (b) Schéma équivalent.

Dans le but d'un fonctionnement stable, ce dispositif performe les mêmes fonctions d'un SPS (Static Phase Shifter) ou d'une impédance série variable de compensation : il injecte une tension en quadrature avec une tension des extrémités de la ligne pour contrôler le flux de puissance active.

Et comme ce système ne consomme pas de la puissance réactive à partir du réseau et possède son propre énergie réactive stockée dans les batteries de condensateur, il a l'aptitude de contrôler à la fois la puissance active et réactive. Ces caractéristiques statique tension/courant est donnée par la figure (II.8).



Figure II.8 : Caractéristiques statique du SSSC

Dans le model adopté pour ce dispositif la valeur de la source de tension connectée en série de donnée par la formule (II.4):

????_se = |????_se |(COSô_se + jSjflôse)(II.4)

Figure II.9 : Schéma de base d'un UPFC.

26

L'amplitude et la phase de ce modèle _{Vseetôsesont} ajustés en utilisant l'algorithme deNewton pour satisfaire les puissances active et réactive spécifique qui transitent ce dispositif.

II.7 Dispositifs FACTS combinés (série-parallèle)

Les dispositifs FACTS présentés précédemment permettent d'agir uniquement sur un des trois paramètres déterminant la puissance transmise dans une ligne (tension, impédance et angle). Par une combinaison des deux types de dispositifs (shunt et série), il est possible d'obtenir des dispositifs hybrides capables de contrôler simultanément les différentes variables précitées.

II.7.1 Contrôleur de transit de puissance unifié UPFC

Le contrôleur de transit de puissance unifié UPFC (Unified Power Flow Controller) est formé de deux convertisseurs de tension reliés par une liaison à courant continu formée par un condensateur. Il s'agit en fait de la combinaison d'un STATCOM et d'un SSSC. Son schéma est représenté à la figure (II.9).



Le principe de l'UPFC consiste à dériver une partie du courant circulant dans la ligne pour le réinjecter avec une phase appropriée. Le convertisseur (1), connecté en parallèle, a pour fonction de prélever la puissance active et de la délivrer au convertisseur série (2). Ce dernier génère une tension Upq, contrôlée en amplitude et en phase, qui est insérée dans la ligne.

27

Le convertisseur shunt peut également générer de la puissance réactive indépendamment du transfert de puissance active et ainsi contrôler la tension U i (figure II.9). L'UPFC permet de contrôler simultanément les trois paramètres régissant les transits de puissances dans les lignes.

Il peut de ce fait agir à la fois sur les puissances active et réactive. En général, il possède trois variables de commande et peut s'exploiter dans différents modes. Le convertisseur shunt règle la tension au noeud i, alors que l'autre branché en série règle les puissances active et réactive ou la puissance active et la tension au noeud.

II.8 Conclusion

Dans ce chapitre nous avons présenté deux types de compensation shunt et série appliqués au contrôle des réseaux électriques; contrôle de la chute de tension par la compensation de la puissance réactive et celui de la surtension par l'absorption de la puissance réactive (compensateur shunt) ainsi que le contrôle du flux de puissance active en utilisant les compensateurs séries.

Le compensateur shunt (STATCOM) sera traité en détail dans le prochain chapitre.

28

CHAPITRE III : ÉTUDE ET MODELISATION D'UN STATCOM

III.1 Introduction

Un STATCOM, plus récent et plus élaboré, est une source de tension variable contrôlée en amplitude et en phase. Ce dispositif est très différent du point de vue construction, commande, et fonctionnement, mais sa fonction, et son apport au réseau électrique est sensiblement le même que le dispositif SVC.

Dans ce travail, nous adopterons la convention suivante : l'injection de la puissance réactive au noeud correspond à l'injection de la puissance réactive capacitive alors que l'absorption concerne l'injection de puissance réactive inductive. Aussi, nous parlerons de courant capacitif positif et de courant inductif négatif.



Figure III.1: Structure de base d'un STATCOM couplé au réseau.

III.2 Principe de fonctionnement

Les compensateurs shunts sont bien reconnus dans la compensation de l'énergie réactive et par conséquence la régulation de la tension au jeu de barres où ils sont connectés. Le STATCOM est un générateur synchrone statique qui génère une tension alternative triphasée synchrone avec la tension du réseau à partir d'une source de tension continue. L'amplitude de la tension du STATCOM peut être contrôlée afin d'ajuster la quantité de l'énergie réactive à échanger avec le réseau.

29

En général la tension du STATCOM Vsh est injectée en phase avec la tension Vt de la ligne, dans ce cas il n'y a pas d'échange de l'énergie active avec le réseau mais seulement la puissance réactive qui sera injectée (ou absorbée) par le STATCOM comme le résume la figure (III.2). [7]



Figure III.2: Commande d'un STATCOM.

Considérant le STATCOM de la figure (III.1), le schéma équivalent de ce dispositif avec le système énergétique (source, ligne et charge) est donné par la figure (III.3).



Figure III.3 : Schéma du STATCOM couplé au réseau électrique.

Le courant injecté par le STATCOM est donné par:

~

'sh = Vsh-Vt (III.1)

jXt

30

La puissance injectée au jeu de barres " t " est donnée par l'équation (III.2).



(III.2)

~ ~????????h-????????

???? = ????????.~~~ ????????h

~~~~ = ???????? -???????????? ~ = ~????~????.????????h-????????2

~ -???????????? ~

En admettant que la tension V sh est sur l'axe d (comme référence des phases) :

D'où on aboutit aux puissances active et réactive injectées par le STATCOM au jeu de barres " t" exprimées par les formules (III.3.a) (III.3.b).

-????????.????????h

????????h = . ????????????(???????? - ????????h) (III.3.a)

????????

????????h = ???????? (????????h. ????????????(???????? - ????????h)-????????)(III.³.b)

????????

Avec l'hypothèse d'un STATCOM idéal (convertisseur sans pertes), la contrainte de fonctionnement que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas échanger la puissance active avec le réseau. Donc

-????????.????????h

????????h = . ????????????(???????? - ????????h) = 0 (III.4)

????????

D'où la condition:???????? - ????????h = 0 ;???????? = ????????h (III.5)

D'après cette condition la tension injectée par le STATCOM Vsh doit être en phase avec la tension du jeu de barres de raccordement. [8][7]

Cependant il y a toujours, dans la pratique, une petite quantité de la puissance active absorbée à partir du réseau pour couvrir les pertes des interrupteurs du convertisseur duSTATCOM et les pertes au niveau du transformateur de couplage et pour maintenir la tension DC aux bornes du condensateur constante.

Comme les tensions Vsh et Vt sont en phase, le courant Ish du STATCOM en quadrature avec la tension Vt, est donc un courant réactif son amplitude et sa puissance réactive correspondante échangée avec le réseau sont données par les équations (III.6) (III.7).

31

????????h???? = ????????h ; ????????h???? = 0

|????????h| = ????????h-???????? ???????? (III.6) ????????h^2 ????????h = ????????h. ????????h = ???????? (1 - ???????? ????????h)

(III.7)

A partir de l'équation (III.1), il parait clair que si le module de la tension du STATCOM Vsh égale le module de la tension Vt du réseau aucun transfert de l'énergie n'est effectué.

Si V sh>V t, donc Q sh >0, le STATCOM fonctionne en mode capacitif et fournit une puissance réactive au réseau comme le montre la figure (III.4), et si Vsh<V alors Q sh < 0, le STATCOM dans ce cas absorbe la puissance réactive à partir du réseau et fonctionne en mode inductif, voir figure (III.5).[1]



Figure III.4 : Courbes simulées courant et tension en mode capacitif.

32





(III.8) (III.9)

(III.10)

Figure III.5 : Courbes simulées courant et tension en mode inductif.

NB: La puissance nominale du STATCOM dépend de la puissance réactive demandée pour la compensation au point de connexion. Le calcul de la répartition de charge (écoulement de puissance) détermine la tension du jeu de barres à régulée et la quantité de la puissance réactive nécessaire pour atteindre cet objectif.

III.3 Effet de la compensation shunt (STATCOM) sur le réseau électrique :

Pour étudier les relations entre le réseau électrique et le STATCOM on va adopter pour cela le modèle mathématique de la figure (III.3) qui représente le schéma unifilaire d'un STATCOM couplé au noeud d'un réseau électrique. Les équations des courants Is, Ish et Ir sont données par les équations (III.8), (III.9) et (III.10) respectivement.

33

Les puissances injectées par la source Vs peuvent être calculées à partir des équations (III.11) et (III.12): [1]

						(III.11)
							(III.12)

En visualisant sur la courbe de la figure (III.6) la variation des puissances actives (Ps) et réactives (Qs) délivrées par la source pour différentes valeurs de la tension Vsh injectée par le STATCOM, on voit que la puissance réactive Qs diminue (compensée) ce qui explique l'augmentation du réactif injecté par le compensateur shunt dans le réseau. [8][9]

Par exemple, sur la même courbe de la figure (III.6), afin de transmettre une puissance active Ps égale à 1.0 p.u, la puissance réactive Qs transmise dans la même ligne doit être égale à 0.8 p.u si la tension à la sortie de l'onduleur Vsh est égale à 0.2 p.u.

Par contre Qs diminue jusqu'à 0.13 p.u si la tension injectée Vsh=1.1 p.u pour transmettre la même quantité de la puissance active Ps. Les puissances délivrées par le STATCOM données par les équations (III.13) et (III.14) sont présentées sur la figure (III.6).

(Ps. Qs) : Puissances active et réactive en p.u produite par la source;(Psh. Qsh) : Puissances active et réactive en p.u générées par le dispositif STATCOM.

34



Figure III.6 : Qs en fonction de Ps pour différentes valeurs de Vsh

	(III.13) (III.14)
Figure III.7: Ps, Qs, Psh et Qsh en fonction de Vsh

35

Sur les caractéristiques de la figure (III.7) qui représentent la variation des puissances active et réactive Ps et Qs transportées par la ligne ainsi que les puissances active et réactive injectées par le STATCOM Psh et Qsh, en fonction des variations de l'amplitude de la tension Vsh il parait clair que l'influence de cette tension sur la puissance réactive Qs est plus grande que sur la puissance active Ps. Et on voit qu'en augmentant la tension Vsh la puissance réactive injectée par le STATCOM augmente, et par conséquent la puissance réactive injectée au réseau par le générateur diminue.

Nous pouvant constater aussi que la capacité de transit de la puissance active est améliorée. Celle-ci était occupée par la puissance réactive. [7][9]

Donc, pour améliorer le transfert de puissance à travers des lignes importantes, il faut disposer de compensateur shunt installé de façon appropriée. Cependant, généralement les compensateurs shunts ne sont pas utilisés pour cette fonction qui est plutôt une fonction mieux satisfaite par les compensateurs série qui produisent le même résultat pour un coût meilleur.

III. 4 Modélisation du STATCOM

III.4.1 Modèle Mathématique Simplifié:

Le STATCOM comme il était déjà décrit précédemment, peut être représenté par le schéma équivalent qu'on reproduit sur la figure (III.1) en tenant compte uniquement du jeu de barres où est connecté ce dispositif:



Figure III.8: Schéma équivalent d'un STATCOM connecté au réseau.

36

Pour le modèle simplifié du STATCOM on suppose que le circuit continu consiste en une source de tension constante, et le circuit DC ne sera pas inclus dans ce modèle. Le schéma équivalent de ce dispositif est donc une source de tension sinusoïdale connectée à un noeud du réseau par l'inductance Lsh figure (III.8) à travers un transformateur de couplage. Le circuit contient aussi une résistance en série pour représenter les pertes ohmiques du transformateur et les pertes dans les interrupteurs de l'onduleur. [11][12]

Le courant du STATCOM dépend de la différence entre la tension du système V

(Tension au noeud) et la tension ajustable du STATCOM. En appliquant la loi d'ohm on a :

(III.15)

Où les grandeurs en triphasé sont :

(III.16)

Pour simplifier ces équations on passe au repère orthogonal fixe (á, â) en multipliant l'équation (III.15) par la matrice de la transformation de CLARK suivante:

(III.17)

On passe au repère tournant (d, q), le référentiel du synchronisme, en

multipliant toutes les grandeurs par le phaseur ???????????? avec ????????????? ??? = ???? la

pulsation des grandeurs en question voir la figure (III.9). Donc :

????(????,????) = ????(????,????). ????-????????(III.18)

37

Et inversement :

U(a,Q) = U(d,q) . eJY(III.19)



Figure III.9: Passage du repère (á,â) vers le repère (d,q).

En appliquant cette écriture sur l'équation (III.15) on aura:

(III.20)

Après simplification de calcul on aboutit aux équations dynamiques du STATCOM dans le repère (d, q) suivante:

(III.21) (III.22)

Sous forme matricielle on écrit le système d'état du STATCOM comme suit:

(III.23)

système.

Où le vecteur

[Vd -Vshd l LVq -Vshq J

représente le vecteur de commande du

38

III.4.2 Modèle mathématique en considérant le circuit DC :

Le modèle simplifié est dérivé sous l'hypothèse d'aucune variation de la tension continue Udc durant les petits échanges de l'énergie active entre le réseau et la source DC.

Lorsque la capacité de la source DC est relativement petite, le modèle mathématique doit être amélioré par l'équation du circuit continu. [11][13]

Le circuit continu est représenté par une source de courant connecté au condensateur C et une résistance shunt pour exprimer les pertes joules dans le circuit continu donné par la figure (III.10) [12] [14]. On suppose que :

(III.24)

v: étant le module de la tension injectée qui dépend directement de la tension continue Udc et peut être exprimé par:

í = m x Udc R(III.25)

m : l'indice de modulation, il ne dépend que du type de l'onduleur.



Figure III.10 : Schéma équivalent du STATCOM avec Circuit DC.

39

En substituant les équations (III.24) et (III.25) dans les équations (III.21) et (III.22) on aboutit aux équations:

(III.26) (III.27)

La puissance circulant entre le condensateur et l'onduleur de tension peut être décrite par l'équation (III.28) et en même temps vérifie l'égalité qui suit (III.29):

(III.28) (III.29)

Le courant Idc est défini comme étant la somme du courant capacitif " Ic" et le courant résistif " Irc " dans la branche de la résistance Rdc.

(III.30)

De ces équations (III.24), (III.25), (III.29) et (III.30) on peut tirer l'équation dynamique du côté continu du STATCOM suivante:

	(III.31)
		(III.32)

Les équations (III.26) (III.27) (III.31) forment le système d'équations d'état du STATCOM en tenant compte des variations de la tension du circuit continu qu'on écrit sous forme matricielle suivante:

40

On peut observer qu'il y a deux paramètres de commande dans ce système avec trois paramètres d'état à contrôler et uniquement deux grandeurs peuvent être commandées indépendamment. Ce système qu'on doit ramener linéaire autour d'un point de fonctionnement sera de la forme suivante [11] [12]:

(III.33)

Le courant réactif est commandé indépendamment pour contrôler le flux de puissance réactive et les autres paramètres sont utilisés pour maintenir la tension continue Udcconstante.[11][15].

III.5 Contrôle du STATCOM

Dans la totalité des applications pratiques le STATCOM est utilisé principalement pour compenser la puissance réactive au jeu de barres de connexion et par conséquent maintenir la tension de ce dernier constante au jeu des barres où il est connecté. Pour cet objectif, ce dispositif injecte ou absorbe un courant Ish, qui est l'image de la puissance à compenser. Ces courants Ishq, Ishd, sont donc les grandeurs de références du STATOM qu'on déterminera à partir des puissances à injectées.

III.5.1 Détermination des Références:

Les puissances injectées par le STATCOM sont la puissance réactive

Qshd calculée en fonction de la chute de tension et la puissance active Psh 0 représentant les pertes joules dans le circuit continu et des interrupteurs dans l'onduleur. [9][16].

Ces puissances qui sont les images des courants (Ishq ,Ishd), active et réactive qu'on détermine depuis le système d'équations suivant écrit dans le référentiel tournant au synchronisme (d, q) :



41

(III.34)



Sur le vecteur de commande on effectue le changement de variable suivant :

Où les tensions Vd et Vq sont les tensions du jeu de barres.Nous pouvons résumer la méthode d'identification des courants de référence par l'algorithme de la figure (III.11).



Figure III.11 : Identification des Courants de Référence.

III.5.2 Méthode Watt-VAr découplée :

Considérant le modèle simplifié représenté par le système d'équations (III.23) précédent:



42

(III.35)

A partir de la première équation du système (III.23) on aura :





De la même manière en prenant la deuxième équation du modèle précédant on trouve le transfert Ishq en fonction de 51~ qui suit:

Figure III.12 : Transfert du Ishd en fonction de X1.

43

(III.39)

Le schéma suivant résume ce transfert:



Figure III.13 : Transfert Ishqen fonction de K.

De ce qu'on vient de voir on constate qu'il y a un couplage naturel dans les transferts des courants ishdet ishq . Pour éliminer ce couplage on

utilise la méthode de compensation et avec des régulateurs PI on peut contrôler les courants de sortie du STATCOM et les faire suivre leurs consignes et comme le représente le schéma bloc de la figure (III.14).



Figure III.14 : Régulation et découplage deishd.

De la même manière pour le courant réactif on doit ajouter la composante co. _ishd et finalement arriver au schéma de régulation du STATCOM par la méthode Watt-VAr découplée de la figure (III.15).

44



Figure III.15 : Schéma de Régulation du STATCOM (Watt-Var découplée).

III.5.3 Régulateur PI avec compensation de pôles:

Nous avons utilisé pour la régulation des courants du STATCOM des régulateurs proportionnels intégraux (PI) comme le montre le schéma de la figure (III.16) :



Figure III.16 : Schéma bloc de la Régulation PI des courants du STATCOM.

La fonction de transfert de cette régulation en boucle ouverte FTBO est:

(III.39)

Et par compensation du pôle on doit avoir :

TBO : Constante de temps en boucle ouverte.

45

La fonction de transfert de la régulation précédente après compensation du pôle sera de laforme qui suit:

(III.41)



TBO : Constante de temps en boucle ouverte. La fonction de transfert de la régulation précédente après compensation du pôle sera de la forme qui suit:

(III.42)

Avec TBF est la constante de temps de la régulation en boucle fermée. En faisant un choix convenable du temps de réponse en boucle fermée (de l'ordre de 1/3 du temps de réponse en boucle ouverte) on déterminera à l'aide des équations (III.41) et (III.42) les gains du contrôleur PI.

(III.43)

III.5.4 Régulation de la tension continue Udc:

La tension continue aux bornes du condensateur doit être maintenue à une valeur constante. La correction de cette tension doit se faire par l'adjonction d'un courant actif au courant de référence du STATCOM qui traduira l'absorption ou la fourniture d'une puissance active sur le réseau. La puissance échangée avec le condensateur peut être exprimée par l'équation (III.44). [9] [12] [16].

46



En passant au domaine fréquentiel (Laplacien) on aura : En passant au domaine fréquentiel (Laplacien) on aura : En passant au domaine fréquentiel (Laplacien) on aura :



Pour obtenir le signal nous avons le choix entre un régulateur proportionnel et un régulateur proportionnel intégral. Ce dernier est souvent préférable du fait qu'il permet d'annuler l'erreur statique



Figure III.17 : Régulation de la tension continue Udc.

La fonction de transfert en boucle fermée de ce système sous forme de Bode est :



Avec :



Pour avoir un bon coefficient d'amortissement du système en boucle fermée nous avons choisi E =0.7. Et afin d'atténuer les fluctuations à

300 Hz, et pour avoir un bon filtrage on va choisir û ???? = 2????.300

10 rad/secet

finalement on détermine à partir des équations (III.47) les valeurs des gains ????????et????????.

47

III.6 Conclusion

Ce chapitre a été consacré à la modélisation de STATCOM dans certaines fonctions pour contrôler et réguler la tension par la compensation de l'énergie réactive.

Le chapitre suivant parlera de l'état de lieux du milieu d'étude (la ligne KINSHASA -BANDUNDU) en mettant un accent particulier sur les problèmes qui préoccupent qui cette ligne.

1

48

CHAPITRE IV : ETAT ACTUEL DU RESEAU DE TRANSPORT HT 220kV MALUKU- BANDUNDU

IV.1 Introduction

Dans le chapitre précédent nous avons parlé de la modélisation du dispositif FACTS du type STATCOM et un accent particulier a été mis sur ses différents modes de fonctionnement au réseau électrique.

Ce présent chapitre traite de l'état de lieux du réseau de transport électrique KINSHASA-BANDUNDU en mettant un accent particulier sur la présentation du réseau OUEST et aux différentes perturbations liées à la variation de la tension et de la puissance réactive poste de BANDUNDU.

IV.2 Présentation du réseau transport OUEST de la SNEL IV2.1 Centrales du réseau transport OUEST de la SNEL¹[17].

Le réseau de transport Ouest est exploité à trois niveaux de tensions,

produites par les centrales : INGA 1, INGA 2 et ZONGO.

Il s`agit de :

- 220 kV ;

- 130 kV ;

- 70 kV.

La centrale d'INGA1 dispose de six groupes de 65 MVA de puissance unitaire, qui génère 11 kV par groupe avant d'être élevée jusqu'à 220kV par des transformateurs monophasés de 68 MVA.

Tandis que la centrale d'INGA 2 dispose de huit groupes de 205 MVA de puissance unitaire, qui génère 16 kV par groupe, avant d'être élevée jusqu'à 220 kV par des transformateurs monophasés de 68 MVA.

La centrale de ZONGO dispose de cinq groupes dont trois de 17,5 MVA de puissance unitaire, elle a deux autres de 26,5 MVA de puissance unitaire, dont actuellement 2 seulement sont en exploitation et produisent une moyenne

49

tension qui après élévation par des transformateurs, atteint les jeux de barres

du poste de ZONGO sous 70 kV, pour être interconnectée sur les mêmes

jeux de barres au poste de KWILU avec la tension produite à INGA, pour

alimentaterles réseaux de :

> KASANGULU

> INKISI ;

> LUFUTOTO ;

> MBANZA - NGUNGU ;

> KIMPESE ;

> CINAT.

Les centrales alimentant les réseaux Ouest sont interconnectées via le poste Haute Tension de KWILU, qui dispose de deux jeux de barres, ceux de l'arrivée d'INGA sous une tension de 220 kV et de ZONGO sous 70 kV avant la mise en parallèle par deux transformateurs à trois enroulements (220/70/15 kV) de 50 MVA.

Cependant, le grand réseau de Kinshasa est desservi en grande partie par INGA via les jeux de barres 220 kV du poste Haute Tension de KWILU sous deux (2) ternes avant d'aboutir aux deux jeux de barres du poste Haute Tension de KIMWENZA, pour l'alimentation des postes haute tension disséminés sur l'étendue de KINSHASA, il s'agit des postes :

- LINGWALA

- LIMINGA

- MALUKU

- FUNA VIA LIMINGA

- BANDUNDU VIA MALUKU

- MBUONO VIA LINGWALA

Il sied de signaler que le poste Haute Tension de BADIADINGI est alimenté à partir du jeu de barres 70 kV du poste ZONGO. Cette tension étant élevée par un transformateur 70/132 kV, de 50 MVA et ensuite transportée à une distance de 59 km pour atteindre ce jeu de barres.

IV.2.1.1. Alternateurs

50

Dans le tableau IV.1 sont consignées les caractéristiques des alternateurs appartenant au réseau TRO (Transport Réseau Ouest).

Tableau 2.1 : Caractéristiques des alternateurs du réseau TRO

EQUIPEMENTS	S/MVA	NOMBRE	REACTANCE (%)			Réseau alimenté (kV)
			SUBTRA	TRANS	SYNCH
ALTERNAT ALTERNAT G1 à G6 INGA 1	65	6	18,6	38	108	220
ALTERNAT G1 à G4 INGA 1	205	4	22	33,5	122	220
ALTERNAT G5 à G6 INGA 1	205	4	15,5	23,8	98,5	220
ALTERNAT G1 à G3 INGA 1	17,5	3	22,5	34	118	70
ALTERNAT G4 à G5 INGA 1	26,5	2	20,1	30	92,2	70
ALTERNAT G1 à G2 INGA 1	9,4	2		30		30

IV.2.1.2. Transformateurs élévateurs des alternateurs

Tableau IV.2 regroupe les caractéristiques des transformateurs élévateurs utilisés dans les centrales de production Ouest.

INGA 1 G1 à G6	6	220/11	65	yd	10	OUI
INGA 2 G1 à G4	4	220/16	204	yd	10	OUI
INGA 2 G5 à G6	4	220/16	204	yd	10	OUI
ZONGO G1 à G3	3	70/6,6	17,5	yd	9,4	OUI
ZONGO G4 à G5	2	70/6,6	26,4	yd	9,9	OUI
AJOUE ZONGO G1 à G2	2	30/5,5	9,4	yd	10	OUI

Tableau 2.2 : les caractéristiques des transformateurs élévateurs des alternateurs.

Figure IV.1 Schéma d'exploitation du réseau Ouest de la SNEL

( ⁵¹ )



INGA 1

INCA 1a 1NG$k 2. 2040MVA

INGA

3B 220kV

79,2 Km

79,2 Km

3a 30kV

S MVAR

I ~~^F 1B MVAEt

I^--

I

1--

t~ -- 59 Km

~~ 70/132kV-50 MVA ~.r

Ee⁴ kV

UTEXCO 220/20 kV-

313 226kV 100 iIVA

23kv^, iB MVAR

^-07¹ 1 18 MVAR

rI IL{k i"L N.V1tO5AI.F. 4'1 3 1 I II .

IfEVAN l'ik~7 F:11 !1[: I IL'S ^1'i 1
111NY.C."TION i11%'TN.C72K0{14'1'' ll' r 41

OI V LRI ON XASPA I O31 NC NFS I:Ak^, .!l lcÿ I

· -
·
·
·
·
·
·
·
·
·-
·-_ _ ZONGO 3B 70 kV

1 5

m 601

t; X 11 W220kV ]NGA 2 8X16/22akV

co

c~f

C} CCS 2E0 kV

(~ 2 Km

1 1 Gi.é i'i-'II IN

a~ry~lllrwl~r.YA {.

2 ^l

FBUrr I I+mg1d{AM1 M'5193NAA '4^{r^}j

KASANGUW

TS, 70J1SkV-3.5 MVA

GOMBE 36 79kV

50 Km

S Km

14 Km

2%220)20 kV-100 MVA

F 19 MVAR

D

20kV

Mob/f/ _.4 n.44(a. kG.da`

-C7

KWILU 229/70/2SkV KWII..0

3B 220kV zxSOMVA 36 7.0 kV

C1NAT _KT

i,

MBANZA 1^,55E NGUNGU

^SCI [RNV ]1

, MATADI/ pEBK 132 kV

21,6 Km

KINTATA 3613 kV

74,5 Km BBOMA 132 kV

J5/30kV-5MVA

tJcents 151V

IB Km

75ATAPT/
M'POlO
212 kV

KIMW F_NZA 36 220kV

LO NVA

c.a.1 v 0

~ U 18 Kin LT-

1--

CILU

MALUKU .10 220 V

1r' 6$,6 Km

LUFUTOTO

6x65=390 MVA

8x05=1640 MVA

Ingo. 3133B 15,k

^-1r 226,iS.Y- 15 MVA

H1

Tie 1L071321^,1- 100 MVA

Ingo

30 132kV

LINGWALA JB 220kV

MVA

21

.^,]NKiSI

M'BOUONO (SNE) Î E_ JD 720 kV

1_4 Z7 7617,411 PUNA

LIMING

- 30 220k

^-41^-

-0- ₂₂₀₍₃₀ 1,0

x% /0R - kV-

75MVA 2

301V

2%220/30/6,0 kV.
75 MVA

5 NVA

11 KM

1i Krn

rh

DAD[APINGI 39 132kV

ZG2 Km

I217130/C0 kV' 75 MVA

BANDUNDU 13 MVAR 36 226kV

15 MVA

IV.2.1.3. Topologie du réseau Ouest (17)

52

IV.2 Lignes de Transport Réseau Ouest [17]. IV.2.2.1 Transport HT

Les caractéristiques des lignes sont représentées dans le tableau ci-dessous, sachant qu'en ce qui nous concerne, nous nous intéressons à la ligne MALUKU - BANDUNDU 220 kV numéro 13 dans le tableau ci-dessous :

53

Tableau IV.3 : caractéristiques de lignes HT

Ci-dessous les caractéristiques de ligne HT consignées dans le tableau

N° item	Nom de la ligne	Nom du poste de départ	Niveau de tension (kV)	Nom du poste d'arrivé	Section conduct (mm)	Type du conduct	Nbrcondu ct par phase	Long (km)	Nbr de terne	Capacité de transit (MVA)	Courant nominal (kA)	R' (?/km)	X' (?/km)	B' (uS/km)	RO' (?/km)	XO' (?/km)	BO' (?/km)
I.	LIGNE 400 kV
01.	CAMP KIN-KINGATOKO	CAMP KIN	400	KINGATOKO	570	ASCR	2	264	2
II.	LIGNES 220 kV
01.	L1 INGA - KWILU	INGA 1	220	Kwilu 1	210,0	Alac	2	79,2	2	670	0,760	0,070	0,318	2,710	0,600	1,000	2,710
02.	L1 KWILU - KIMWENZA	KWILU 1	220	KIMWENZA 1	210,0	Alac	2	182,0	2	670	0,760	0,070	0,318	2,710	0,600	1,000	2,710
03.	L1 KIMWENZA - MALUKU	KIMWENZA 1	220	MALUKU 1	210,0	Alac	2	68,6	2	670	0,760	0,070	0,318	2,710	0,600	1,000	2,710
04.	L1 KIMWENZA -LINGWALA	KIMWENZA 1	220	LINGWALA 1	210,0	Alac	2	18,0	2	670	0,760	0,070	0,318	2,710	0,600	1,000	2,710
05.	L1 KIMWENZA-LIMINGA	KIMWENZA 1	220	LIMINGA 1	210,0	Alac	2	11,0	2	670	0,760	0,070	0,318	2,710	0,600	1,000	2,710
06.	L2 INGA - KWILU	INGA 2	220	KWILU 2	210,0	Alac	2	79,2	2	670	0,760	0,070	0,318	2,710	0,600	1,000	2,710
07.	L2 KWILU - MALUKU	KWILU 2	220	KIMWENZA 2	210,0	Alac	2	182,0	2	670	0,760	0,070	0,318	2,710	0,600	1,000	2,710
08.	L2 KIMWENZA-MALUKU	KIMWENZA 2	220	MALUKU 2	210,0	Alac	2	68,6	2	670	0,760	0,070	0,318	2,710	0,600	1,000	2,710
09.	L2 KIMWENZA-LINGWALA	KIMWENZA 2	220	LINGWALA 2	210,0	Alac	2	18,0	2	670	0,760	0,070	0,318	2,710	0,600	1,000	2,710
10.	L2 KIMWENZA-LIMINGA	KIMWENZA 2	220	LIMINGA 2	210,0	Alac	2	11,0	2	670	0,760	0,070	0,318	2,710	0,600	1,000	2,710
11.	LINGWALA-M'BUONO (CB)	LINGWALA	220	M'BUONO	366,0	AMS	2	14,0	2	263	0,551	0,070	0,380	2,710	0,500	1,050	2,710
12.	LINGWALA - UTEXCO	LINGWALA	220	UTEXCO	210,0	Alac	2	5,0	2	670	0,760	0,070	0,318	2,710	0,600	1,000	2,710
13.	MALUKU - BANDUNDU	MALUKU	220	BANDUNDU	366,0	AMS	2	264,0	2	232	0,578	0,070	0,307	2,710	0,500	1,920	2,710
III.	LIGNES 132 kV
01	INGA - KINTATA	INGA	132	KINTATA	187,5	Alac	1	22,0	1	90	0,279	0,160	0,300	2,720	0,500	1,400	2,720
02	KINTATA - BOMA	KINTATA	132	BOMA	187,5	Alac	1	75,0	1	90	0,279	0,160	0,300	2,720	0,500	1,400	2,720
03	KINTATA - MATADI	KINTATA	132	MATADI	187,5	Alac	1	30,3	1	90	0,279	0,160	0,300	2,720	0,500	1,400	2,720
04	ZONGO -BADIADINGI	ZONGO	132	BADIADINGI	187,5	Alac	1	59,0	1	90	0,279	0,160	0,300	2,720	0,500	1,400	2,720
IV.	LIGNES 70 kV
01	L1 KWILU-CINAT	KWILU 1	70	CINAT	187,5	Alac	1	20,0	1	49	0,404	0,160	0,452	2,720	0,200	1,350	2,720
02	L1 CINAT-KIMPESE	CINAT 1	70	KIMPESE	187,5	Alac	1	12,0	1	49	0,404	0,160	0,452	2,720	0,200	1,350	2,720
03	L1 LUKALA - LUFUTOTO	LUKALA 1	70	LUFUTOTO	187,5	Alac	1	30,3	1	49	0,404	0,160	0,452	2,720	0,200	1,350	2,720
04	L1 INKISI-ZONGO	INKISI 1	70	ZONGO	54,0	Cu	1	41,0	1	49	0,404	0,160	0,452	2,720	0,200	1,350	2,720
05	L1 KIMPESE - LUKALA	KIMPESE 1	70	LIKALA	54,0	Cu	1	10,0	1	49	0,404	0,160	0,452	2,720	0,200	1,350	2,720
06	L1 LUFUTOTO-MBANZA NG	LUFUTOTO 1	70	MBANZA NG	187,5	Alac	1	20,2	1	49	0,404	0,160	0,452	2,720	0,200	1,350	2,720
07	L1 MBANZA NG-INKISI	MBANZA NG1	70	INKISI	187,5	Alac	1	22,0	1	49	0,404	0,160	0,452	2,720	0,200	1,350	2,720
08	L2 KWILU-CINAT	KWILU 2	70	CINAT	187,5	Alac	1	20,0	1	49	0,404	0,160	0,452	2,720	0,200	1,350	2,720
09	L2 CINAT-KIMPESE	CINAT 2	70	KIMPESE	187,5	Alac	1	12,0	1	49	0,404	0,160	0,452	2,720	0,200	1,350	2,720
10	L2 LUKALA-LUFUTOTO	LUKALA 2	70	LUFUTOTO	187,5	Alac	1	30,0	1	49	0,404	0,160	0,452	2,720	0,200	1,350	2,720
11	L2 INKISI - ZONGO	INKISI 2	70	ZONGO	54,0	Cu	1	41,0	1	49	0,404	0,160	0,452	2,720	0,200	1,350	2,720
12	L2 KIMPESE -LUKALA	KIMPESE 2	70	LIKALA	54,0	Cu	1	10,0	1	49	0,404	0,160	0,452	2,720	0,200	1,350	2,720
13	L2 LUFUTOTO-MBANZA NG	LUFUTOTO 2	70	MBANZA NG	187,5	Alac	1	20,0	1	49	0,404	0,160	0,452	2,720	0,200	1,350	2,720
14	L2 MBANZA-INKISI	MBANZA NG2	70	IN KISI	187,5	Alac	1	22,0	1	49	0,404	0,160	0,452	2,720	0,200	1,350	2,720
15	ZONGO - KASANGULU	ZONGO	70	KASANGULU	187,5	Alac	1	50,0	1	25	0,206	0,160	0,500	2,400	0,200	1,500	2,400
16	KASANGULU - GOMBE	KASANGULU	70	GOMBE	187,5	Alac	1	30,0	1	25	0,206	0,160	0,500	2,400	0,200	1,500	2,400

54

IV.2.2.1.2. Transformateurs de puissance des postes HT du réseau Ouest

Dans les différents noeuds du réseau, nous avons fait usage des transformateurs dont les caractéristiques sont regroupées dans le tableau ci-dessous :

Poste	Nbre	Rapport P/S/T (kV)	S (MVA)	COUPLAGE	X(%)			Neutre la terre
					P/S	S/T	P/T
INGA	2	220/132/15	50/50/6,9	Yyd	9,6	21,6	34	OUI
KWILU	2	220/70/15	50/50/30	Yyd	12,3	7,8	19,2	OUI
MALUKU	2	220/30/6,6	75/75/1	Yyd	15,5	4,2	17,2	OUI
LIMINGA	2	220/30/6,6	75/75/1	Yyd	15,5	4,2	17,7	OUI
FUNA	2	220/20	100/100	Yd	-	-	-	OUI
UTEXCO	1	220/20	100/100	Yd	-	-	-	OUI
BADIADINGI	1	132/30	50/50	Yd	10,8	-	-	OUI
ZONGO	1	132/70	62,5	Yd	10	-	-	OUI
MATADI	2	132/15/6,1	15/15/5	Yyd	9,8	9	12,4	OUI
BOMA	1	132/15/6,1	15/15/5	Yyd	9,8	9	12,4	OUI
CINAT	1	70/6,6	10	Yd	8,5	-	-	OUI
LUKULA	2	70/6,6	10,5	Yd	10	-	-	OUI
LUFUTOTO	2	70/15	2,6	Yd	8	-	-	OUI
MBANZA NG	2	70/15	2,6	Yd	8	-	-	OUI
INKISI	1	70/6,6	2,6	Yd	8	-	-	OUI
KASANGULU	1	70/15	1	Yd	7,7	-	-	OUI
GOMBE	2	70/6,6	15	Yd	7,7	-	-	OUI
BANDUNDU	1	220/15	15	Yd	-	-	-	OUI

Tableau IV.4 : caractéristiques des transformateurs des postes HT

55

IV.2.3 Organisation de la Direction de transport Ouest Ci-dessous le schéma d'organisation de cette direction

(III.4

SET



PCM

(II

RO

Cond Statistiq SCAD

Ingénie
ur
hé

Technici
en
chargé

AFO

PKB

PB



S S

TLC



Ingénie ur

^{h é}

Ingénie
ur
h é



Ingénieur chargé du APROS Technicien chargé du GESTION DU

Légende

·	DTO : Direction de Transport Ouest	PKB : Poste et Ligne Kinshasa-Bandundu
·	SET : Secrétariat Technique	PKF : Poste et ligne du Bas-Fleuve (Division du Bas-Fleuve)
·	PLC : Poste et Ligne du Cataractes	TLC : télécommunication
·	ROD : Division Ouest de Dispatching	APROPOS : Approvisionnements
·	PCM : Protection Contrôle et mesure

Figure IV.2 Organisation de la Direction Transport Ouest

56

IV.2.4 Etat de lieux de la ligne HT 220 kV MALUKU -BANDUNDU

IV.2.4.1. Historique

La Société Nationale d'Electricité « SNEL » en sigle dont le siège social est situé sur l'avenue de la justice n°2381 dans la commune de la Gombe, est un établissement de droit public à caractère industriel et commercial crée par l'ordonnance-loi n°73/033.

A l'origine, l'entreprise reçue également de l'état, entant que maître de l'ouvrage, le mandat de maitre de l'oeuvre dans les travaux de la première étape de l'aménagement hydro-électrique d'Inga.

En effet, soucieux de répondre aux besoins énergétiques du pays. Les pouvoirs publics, par ordonnance présidentielle n°67-391 du 23 septembre 1967 instituaient le comité de contrôle technique et financier pour les travaux d'Inga, comité qui sera remplacé en 1970 par la SNEL.

Enfin, le poste de BANDUNDU fait partie du réseau Ouest de la Société Nationale d'Electricité, en sigle SNEL, il est alimenté par la ligne 220 kV INGA - KIMWENZA en dérivation avec le poste de MALUKU. La ligne MALUKU-BANDUNDUa été conçue pour offrir au maximum une puissance de 350MW. Cette dernière a été mise en service aux années 1992².

IV.2.4.2 Présentation du problème

Dans le cadre de nos recherches sur l'analyse du comportement dynamique du poste HT 220 kV de Bandundu ville pour un dispositif FACTS du type STATCOM en cas des variations de tension et de puissance réactive.

En effet, le réseau de transport Ouest de la SNEL précisément la ligne MULUKU-BANDUNDU est soumise à la surtension de l'ordre de( 245 à 260kV)³ étant donné que ce réseau est peu chargé(demande actuelle est

d'environ 11.4 MW /350 MW ) ⁴ , c'est-à-dire que l'impédance de la

² Archives de la DG/SNEL/GOMBE

³ Rapport annuel et mensuel d'exploitation du poste de BANDUNDU en date du 06 Janvier 2018

⁴Source d'information la direction PKB : Poste et Ligne Kinshasa-Bandundu en date du 23 octobre

2017.

57

charge est très élevée, la tension sur la ligne a tendance à monter

considérablement cet effet est connu sous le nom de l'effet
FERRANTI.Cette augmentation de tension est d'autant plus importante que ce réseau est exploité à tension élevée soit 220 kV et que les lignes

sont longues 262 Km, cette situation amène souvent des modifications
brusques des conditions d'exploitation normales de ce réseau et entraine des pertes matériels (isolateurs, inductantes, shuntes, disjoncteurs, etc.) occasionnant ainsiquela caution sur l'exploitation de ce réseau.

Pour réduire la tension en bout de cette ligne, la solution serait d'augmenter artificiellement l'impédance caractéristique de la ligne en diminuant sa capacité shunt.

Ainsi, au début de 1994, la Société Nationale d'Electricité avait décidé d'installer les bancs inductances shuntes de (18 MVArde marqueABB)⁵ au poste de BANDUNDU pour améliorer le plan de tension au bout de la ligne MALUKU-BANDUNDU, malheureusement ces bancs d'inductances shuntes ne contribuent qu'avec un apport 7,5 kV de chute de tension et aujourd'hui, nous disons que le choix et la commande de ces inductances shuntes posent problème au bout de cette ligne.

Ces inductances sont jusqu'à ce joursont contrôlées mécaniquement, malgré l'utilisation de la microélectronique, des ordinateurs et des moyens rapides de télécommunication, la dernière action dans son système de commande est prise avec des dispositifs mécaniques ayant un temps de réponse plus au moins long et avec lesquels l'action d'amorçage et de réamorçage ne peut être répétitivement exécutée à une fréquence faible.

IV.5 Etat de lieu du réseau électrique de la ville de Bandundu IV.5.1 Source d'injection d'énergie électrique

La ville de BANDUNDU est desservie en énergie électrique par une ligne Haute Tension 220 kV en provenance du poste de MALUKU.

⁵ Rapport annuel et mensuel d'exploitation du poste de BANDUNDU Op.cit.

58

IV.5.2. Réseau HT⁶

La ville de Bandundu comprend un poste HT mis en service le 01 janvier 1993.

IV.5.2.1. Organisation et caractéristiques des équipements électromécaniques existants

A. Transformateur de puissance

- Puissance nominale 15 MVA

- Tension nominale : 220/15 kV

- Fréquence nominale : 50 Hz

- Couplage

- Nombre des phases 3

- Courant nominal 39,41/578,34 A

- Tension de court-circuit 10,53%

- Mode de refroidissement NAF

- Nombre de départs/feeders tranche 15 kV.

B. Disjoncteur tranche 220 kV

- Marque ABB

- Type ASF6

- Pression nominale 6 bars

- Fréquence nominale 50 Hz

- Numéro de série : 149095

- Année de fabrication 1989

- Courant nominal : 2000 A

- Tension de service : 245 kV

- Tension nominale : 220 kV

- Puissance de coupure 31,5 kA

- Puissance de fermeture : 80 kA

- Poids gaz/pôle 9,5 kg

- Poids total 4200 kg

- Cycle 0 - 0,3 Sec

- Courant de courte durée 31,5 A × 1 sec

⁶ Rapport annuel d'exploitation du poste de BANDUNDU en date du 08 Février 2018

59

C. Disjoncteur tranche 15 kV

- Type 24 MG 500

- Année de fabrication 1969

- Tension nominale 24 kV

- Courant nominal 630 A

- Courant de court-circuit 16,5 kA

- Cycle 0 - 0,3 sec

D. Sectionneur tranche 220 kV

Il existe deux types de sectionneurs dans la tranche 220 kV, ? Sectionneur semi pantographe ;

? Sectionneur rotatif.

D1. Sectionneur semi pantographe

- Numéro de série 2732

- Tension de service 245 kV

- Tension d'isolement 1050 kV

- Courant de court-circuit 31,5 kA

- Courant nominal 2000 A

- Temps 1 seconde

La commande de ce sectionneur comprend la caractéristique suivante :

UR =	110 V	IR =		0,07A	UM =
110 V	IM =	7,5 A		UT =
220 V	IT =	0,03 A

Ce sectionneur sont régis par les normes IEC = 129 A de 1989.

D2. Sectionneur rotatif - Numéro série 5380 - Type S2 DAT

UR =	110 V	IR =	0,07A
UM =	110 V	IM =	7,5 A
UT =	220 V	IT =	0,03 A

E. Transformateur d'intensité et de potentiel

E1. Tranche 220 kV

? Transformateur d'intensité

Il existe 3 TI de même caractéristiques données ci-dessous :

- 500 - 1000/1/1/1A

- 500/1A

60

- 30VA - SP20

? Transformateur de potentiel

Ce poste est équipé de 3 TP à l'arrivée 220 kV de même

caractéristique :

- Rapport de tension :~220????????

v3 ~ 0,11 v3 ???????? ~ 0,11 ????????

v3 ~

- Rapport de puissance : 100 VA/100 VA - Rapport de courant : 0,5/3P

E2. Tranche 15 kV

? Transformateur de courant

- Tension nominale 15 kV

- Rapport de courant : 100/5A

- Puissance 10 VA - SP10/10 VA - 0,5 ? Transformateur de potentiel

- Rapport de tension~15 v3 ~ 0,11 v3 ??????? ? ~ 0,11 ????????

v3 ~

- Rapport de puissance 50 VA - 0,5/120 VA - 3P F. Autres équipements

Hormis les équipements électromécaniques cités ci-haut il existe d'autres

équipements auxquels les données ne sont pas disponibles.

Il s'agit de :

- Parafoudre ;

- Sectionneur de la mise à la terre ;

- Circuit bouchon ;

- Les inductances d'amortissement de l'onde de surtension de 18 MVAr ;

- Le sectionneur de neutre du transformateur.

61

IV.5.2.2 Schéma d'exploitation du poste HT BANDUNDU



18 MVAr

Figure IV.2 Schéma d'exploitation du poste de BANDUNDU

62

IV.5.2.3. Réseau MT de distribution BT

Le réseau de distribution de la ville de Bandundu comprend deux niveaux de tensions en moyenne tension il s'agit alors de 15 KV et 6,6 KV ;Cette ville est desservie par le poste HT/MT et la sous-station MT/MT.

A. Organisation et caractéristiques des équipements

électromécaniques existants dans la sous-station⁷.

La ville de Bandundu possède une seule sous-station de distribution MT/MT (15/6,6 kV) dans laquelle il existe les équipements suivants :

A1. Transformateur de puissance

- Puissance nominale 5 MVA

- Tension nominale 15/6,6 KV

- Nombre de feeder 4 de 3 × 150 mm cuivre 240 A

- Courant nominale 192/438 A

- Fréquence 50 Hz

- Tension de court-circuit 10%

- Couplage ë/? 11

- Nombre de phase 3

NB : cette sous-station est protégée par les rupto-fusibles au primaire comme au secondaire. Lesquels les caractéristiques sont indisponibles.

⁷ Archives de la division Gestion sous stations et cabines provinces de BANDUNDU de l'année 2017

63

IV.2.4. Nombres de cabines et leurs puissances correspondantes de la distribution BT/Bandundu - ville

Le réseau de Bandundu-ville de la distribution MT/BT est un réseau en antenne, c'est-à-dire toutes les cabines dépendent d'un seul feeder, qu'est ça soit dans le poste et sous-station

Tableau n°IV.5 : Puissance installée dans ce réseau Bandundu-ville

Réseaux	Nombre de cabine par secteur	Puissance installée en kVA	Puissance disponible en kVA	Maximum pte (kW)	Taux de charge en %	Pte en ampères
Poste HT/MT	Kibwila	630	504	433	86	783
220/15/0,4	(1Tfo)	160	128	85	71	154
kV	Kibwila (2	630	504	285	56	510
	Tfo)	630	504	362	73	666
	S/Station	400	320	270	85	488
	Masebe	630	504	416	82	750
	Nganga	160	128	94	74	170
	Hôpital	630	504	277	55	500
	(1Tfo)	250	200	193	98	349
	Hôpital	250	200	178	89	321
	(2Tfo)	160	128	46	38	83
	Potopoto	630	504	140	28	252
	Malebo N	630	504	193	38	349
	Malebo
	(1Tfo)
	Malebo
	(2Tfo)
	MaleboEst
	Scibe Congo
Sous-station	Colonel	630	504	208	41	375
MT/MT	Mumbembe	630	5604	212	42	382
15/6,6/0,4 kv	Pont	250	250	47	24	85
	Sola	630	504	236	47	426
	Nto-luzingu	630	504	237	47	428
	Lwani	80	64	29	44	51
	Monnusco	630	504	338	67	610
	Ouest	630	504	152	30	275
	College	250	200	192	96	347
	ebole	250	200	146	73	263
TOTAL		10.720

p. 64

64

IV.6. Modélisation en grandeurs réduites du réseau étudié

La plupart des calculs dans les systèmes électriques de puissance se font en traitant des grandeurs adimensionnelles. Ces dernières s'obtiennent en divisant chaque grandeur (tension, courant, puissance, etc. . .) par une grandeur de même dimension, appelée base. On dit que les grandeurs sans dimension ainsi obtenues sont exprimées en per unit, ce que l'on note par pu (per-unit).

Cette pratique universellement répandue offre principalement les avantages suivants:

1. En per unit, les paramètres des équipements construits d'une manière semblable ont des valeurs assez proches, quelle que soit leur puissance nominale. Les valeurs des paramètres étant prévisibles, on peut:

· vérifier plus aisément la plausibilité de données ou de résultats

· affecter des valeurs par défaut à des paramètres manquants, lorsque l'on désire chiffrer en première approximation tel ou tel phénomène.

2. En per unit, les tensions sont, en régime de fonctionnement normal, proches de l'unité (proches de 1 pu). Ceci conduit généralement à un meilleur conditionnement numérique des calculs, par suite d'une moins grande dispersion des valeurs numériques.

IV.6.1Choix du modèle du réseau

Le modèle mathématique d'une ligne aérienne ou souterraine peut, à la fréquence du réseau, être représenté sous la forme d'un schéma en `ð'. Ce schéma en `ð' possède une impédance longitudinale comprenant la résistance linéique et la réactance linéique de la ligne et deux admittances transversales d'extrémité reprenant chacune la moitié de la susceptance totale. Ce schéma se met donc sous la forme :

65



Figure IV.3 : Modèle simplifié des lignes de transmission électriques

Où :

Ru = est la résistance linéique de la ligne [Ù/m] ;

X = ù.Lu est la réactance longitudinale linéique de la ligne [Ù/m] ; Y/2 = ù.Cu/2 est l'admittance transversale linéique [ìS/m] ;

L= est la longueur de la ligne [m].

Ce modèle est plus avantageux pour des raisons suivantes :

? Facile à manipuler ;

? Précision excellente ;

? Il permet d'obtenir la chute de tension en n'importe quel point du réseau.

IV.6.2 Mise en équation du système de puissance en régime permanent

A L = 262 km B B

Charge 11 MW

220 kV 220 kV I1 15 kV

p. 65

Figure (IV.4) Schéma d'exploitation du réseau de transport Maluku - Bandundu

Légende

AB : Ligne HT 220 kV MALUKU - BANDUNDU ;

A : Noeud MALUKU ;

B : Noeud BANDUNDU ;

C : Noeud charge de la ville de BANDUNDU ;

T1 : Transformateur de puissance poste BANDUNDU.

IV.6.2.1. Ligne de transport MALUKU - BANDUNDU

- Caractéristiques de la ligne

· Longueur : L = 262 km ;

p. 66

66

· Résistance linéique : RO = 0,07 ?/km ;

· Réactance linéïque XO = 0,307 ?/km ;

· Admittance linéiqueYo = 2,71 us/km

· Tension nominale UAB = 220 kV.

IV.6.2.2. Transformateur de puissance poste Bandundu

- Caractéristiques transformateur de puissance

· Sn = 15 MVA (puissance apparente du Tfo en MVA) ;

· Ucc = 10,53% (tension de court-circuit) ;

· Pfer = 1,4% (perte fer) ;

· Pcu = 0,14% (perte cuivre) ;

· Imr = -1,2% (courant rémanent de magnétisation) ;

· Un= 22O/15 kV.

IV.6.2.3. Choix de grandeurs de base

Nous choisissons les grandeurs de base égales aux grandeurs nominales. La puissance apparente de base, SB est fixé à 100 MVA. Les tensions de base

sont choisies afin de respecter la relation UB2 = ç.UB1 et d'obtenir ainsi
un transformateur « inversible ».

a) UB1 = 220 kV : est la tension de base du côté gauche du transformateur T1, ainsi l'impédance de base sera donc :

????????1

2

????????1 = (????????. 1)

????????

220²

????????1 =			= 484 Ù

b) UB2 = 15 kV : est la tension de base du côté droit de T1 ainsi l'impédance sera donc :

????????2 =

????????2 2 (????????. 2) ????????

15²

????????2 = 100 = 2,25 Ù

SB = 100 MVA SB = 100 MVA

UB1 = 220 kV UB2 = 15 kVA

ZB1 = 484 ? ZB2 = 2,25?



67

A (Ligne de transport) B T1 C

(transfo)

Figure IV.5 : Réseau MALUKU - BANDUNDU

IV.6.2.4. Grandeurs en pu et schéma en pu a) Ligne de transport

R = R_o x L (IV. 3)

R = 0,07 x 262 = 18,3411 soit en grandeur réduite

1)

Longueur 262 km

r=

18,34

484



Ir= (IV.4)
R ZB1 = 0,038 pu

?X = X0. L (IV. 5)

?

X = 0,307 ?/km x 262 km

?

2)

L

= 0,166 pu

?X = 80,434 ? soit en gradneur réduite X = ???? (IV. 6)
????????1 ? X= 80,434 484

Y=Y_o x L (IV.7)

Y = 2,71 x 10^-6 x 262

?Y = 59.10^-6S en grandeur réduite

3) y = y. ZB1 = 59.10^-6 x 484 = 28,86.10^-3 pu
? soit yh₂ = a286.10-3 pu ?

y1₂ = 14,43.10^-3 pu

e modèle de la ligne en grandeur réduite est donné ci-dessous :



A'

B'

r=0,038 pu x =j0, 166 pu

Y/2 = j14, 43.10^-3 pu

VAA'

B

A

Y/2 = j14, 43.10^-3 pu

Figure IV.6 modèle de la ligne HT MALUKU - BANDUNDU

b) Transformateur de puissance poste Bandundu On sait que :

Rcc = Pcc =	0,14	= 0,0014 pu
	100

10,53

100

Zcc = Ucc =

p. 67

= 0,1053 pu

68

Or :

Zcc = /Rqc + Xc (IV. 8)

Xcc = /Z???2 ????+ R2 ???? ? (IV. 9)

Xcc = /(0,1053)² - (0,0014)² = 0,0011 pu

Xcc = 0,0011 pu Par ailleurs :

fifer = pfer	=		1,4		= 0,014 pu
			100
bm = Imr =			1,2		= -0,012 pu
		100

Alors le modèle du transformateur en grandeur réduite est donné ci-dessous :

xcc= j 0,0011 pu



B

rcc= 0,0014 pu

gfr = 0,014 pu

bm= -j0,012 pu

VBB'

B'

C

VCC'

C'

p. 68

Fig. IV.7 : modèle de représentation en (I) du transformateur abaisseur du poste Bandundu

IV.6.2.5. Modèle équivalent de réseau de transport Maluku - Bandundu HT 220 kV

B' B'



VAA'

j14, 43.10^-3pu

0,038 pu

j0,166 pu B

I1

A

A'

B

I5

I6 0,0014 pu

j0,0011 pu

j14, 43.10^-3pu 0,014 pu

VCC'

-j 0,012 pu

I2

I3

I4

Figure (IV.7) : Modèle de représentation du réseau MALUKU - BANDUNDU
(Ligne et Tfo poste)

69

IV.7 Calcul des tensions nodales du système à l'aide de calcul de Load Flow sur la ligne HT 220kv MALUKU -BANDUDNDU

La question d'écoulement des puissances (ou d'écoulement des charges ou encore répartition des charges) constitue l'outil fondamental pour étudier un système detransport ou de distribution de l'énergie électrique en régime permanent et depouvoir prendre les mesures opportunes, que ça soit pour l'exploitation(simulation des actions sur un système existant), ou pour la planification(simulation des futurs plans d'expansion du système électrique).

La question fondamentale est : considérant comme données les puissances demandées par les consommateurs et celles fournies par les générateurs, calculer les tensions dans chacun des noeuds, en régime permanent et équilibré, ainsi que les flux des puissances active et réactive à travers les éléments (lignes, transformateurs, réactances et condensateurs).

IV.7.1 Formulation du problème

Nous avons une série de charges à alimenter à partir d'une ligne de 220kV. La capacité de la ligne étantconnue, comment calculer l'état électrique complet du réseau, c'est à dire les courants, tensions et puissances ?

Ce problème général est connu sous le nom de calcul de répartition de charges ou calcul de load flow. Ce calcul fait référence à des conditions « normales » de fonctionnement et à un régime établi.

IV.7.2Etat du système

A) Caractéristiques de la charge au poste BANDUNDU ? Puissance apparente de la charge : 12 MVA ;

? Facteur de puissance : 0,8.

IV.7.2.1 Calcul de la puissance active et réactive consommée par la charge

? Puissance active

PC = S????. Cosço(IV .10)

Pour S???? = 12 MVA et Cosço= 0.8

p. 69

p. 70

70

Si S_B=100MVA alors S_c en pu sera donc :s_c = 12

100 = 0.12 pu

D'où : pc = 0,12x 0,8 = 0.096 pu ? Puissance réactive

Qc = S_c. Sin(p (IV.11)

qc = 0,12x0,6 = 0,072 pu

IV.7.2.2 Calcul du courant appelé par la chargei^*6 et de la tension au noeud C

Nous savons que la puissance apparente au niveau de la charge peut être donnée par la relation ci-dessous :

sc = p_c + jg_c(IV.11)

sc = 0,096 + J0,072pu

Par ailleurs : sc = u^*cc'. i^*6(IV.12)

Soit i^*6 = Sc (IV.13)

U m

Or U^*cc' = 15 kV10° par ailleurs UB1 = 15 kV

u^*cc' = 15 = 1 pu ????*????????' = ?????????° ???????? (tension au noeud C)

15

Nous pouvons aisément calculer i^*6 = 0,096+????0,072 = 0,096 + ????0,072

1

Soit i^*6 = 0,096 + J0,072 pu

Sous forme polaire cela donne :

i^*6 = 0,121-37° pu (Courant appelé par la charge)

IV.7.2.3.Calcul du couranti^*5 dans la branche BB' et de la tension au noeud B (u^*BB')

En considérant le modèle du réseau ci-dessus de la figure(IV.7) et en vertu de la loi de maille, nous pouvons déduire i^*5 et _u*BB'par la relation suivante :

*

u BB' = u^*cc' + i^*6. z^*Bc(IV.14)

p. 71

71

Pour u^*' = 1[0° pu , z^*Bc = 0,0014 + j0,0011 pu soit :

z^*Bc = 2.10^-3[38,2°Et i^*₆ = 0,12[-37° pualors la tension au noeud B sera donc :

u^*BB' = 1[0° + 2,10^-3[38,2°x0,12[-37° = 1,2[0,21°

u^*BB' = 1, 2[0, 21°C'est la tension (au noeud B) aux jeux des barres 220 kV du poste de BANDUNDU.

Par ailleurs i^*5 = u*BB'. y* (IV.15)

BB'

Or y*BB' = 0,014 - j0,012 pu soit y*BB' = 0,0184[0,21° pu alors le

courant dans la branche BB' sera donc :

i^*5 = 1,2[0,21°x0,0184[0,21° pu = 0,029[-40,39° pu i^*5 = 0, 029[-40, 39° pu

IV.7.2.4 Calcul du couranti^*4 à travers dans l'élément transversal sortie ligne

Nous allons obtenir le courant i^*4moyennant la relation mathématique ci-dessous :

i^*₄ = u*BBI. y^* (IV.16)

BB'(t????gne)

Pour u^*BB' = 1,2[0,21° pu et y*BB'(tigne) = j14,43.10^-3 pu soit

y*BB'(tigne) = 14,43.10^-3[90° pu .Alors le courant dans la branche y*BB'(tigne) sera donc :

y^*₄ = 1,2[0,21° x 14,43.10^-3[90° = 0,0231[90,21° pu

i^*4 = 0, 0231[90, 21° pu

IV.7.2.5 Calcul du courant i^*3 sur l'impédance longitudinale

En vertu de la première loi de Kirchhoff (loi de noeud) appliquée au noeud B ; le courant i^*3sur la branche AB sera calculé comme suit :

i^*3 = i^*₄ + i^*5 + i^*6 (IV.17)

p. 72

72

i^*₃ = 0,0231[90,21° + 0,029[-40,39° + 0,12[-37° =0,426[-34,8° pu

i^*3 = 0, 426[-34, 8°pu

IV.7.2.6 Calcul du courant i^*2 sur l'impédance transversalede la ligne et de la tension au noeud A (entrée de la ligne)

i^*2 = u*AAr. y^* (IV.18)

AA'(l????gne)

Par ailleursu^*_AAr = u^*BB' + i^*3 . z^*AB (IV.19)

Or z^*AB = 0,038 + j0,166 pu soit z^*AB = 0,17[77,1° pu

Alors calculons u*AAr = 1,2[0,21° + 0,426[-34,8° x 0,17[77,1° =

1,01[5,3° pu

u^*AA^r = 1,01[5,3° pu C'est la tension à l'entrée de la ligne MALUKU - BANDUNDU.

Alors le courant i^*2 = 1,01[5,3° x 14,43.10^-3[90° = 0,015[95,3° pu

i^*₂ = 0,015[95,3° pu

IV.7.2.7 Calcul du courant à l'entrée de la ligne (au point A)

En considérant le noeud A et en appliquant la première loi de Kirchhoff, nous auront donc :

i^*1 = i^*2 + i^*3 (IV.20)

i^*1 = 0,015[95,3° + 0,426[-34,8° = 0,42 [33,3° pu i^*1 = 0,42 [33,3° puC'est le courant à l'entrée de la ligne MALUKU - BANDUNDU.

u^*AA^r

5,3° u^*CC'

-28

i^*₁

Figure (IV.8) Angle de déphasage

p. 73

73

IV.7.3 Calcul de tensions nodales en grandeurs réelles

Pour trouver les tensions nodales de différents noeuds en grandeurs réelles, nous allons multiplier toutes les valeurs de tensions obtenues en calculant par la tension de base correspondante en ce noeud.

> Au noeud C de la charge BANDUNDU

La tension de base ????????2 = 15???????? et la tension calculée en ce noeud est ????*????????' = 1?0° ????????

Nous aurons donc en grandeur réelle :

????*????????' = 1 ???? 15 ?????????0° = 15 ?????????0°

> Au noeud B (arrivée ligne 220 kV) jeux de barres poste BANDUNDU

La tension de base en ce noeud ????????1 = 220 ???????? et la valeur de la tension calculée en ce noeud est ????*????????' = 1,2?0,21° ???????? . Nous aurons donc en grandeur réelle :

????*????????' = 1,2 ???? 220 ???????? ?0,21° = 264 ???????? ?0,21°

????*????????' = 264 ???????? ?0,21° C'est une surtension due à l'effet Ferantti car

la ligne est moins chargée.

> Au noeud A (entrée ligne soit au poste MALUKU)

La tension de base en ce noeud ????????1 = 220 ???????? et la valeur de la tension calculée en ce noeud est ????*????????' = 1,01?5,3° ???????? . Nous aurons donc en grandeur réelle :

????*????????' = 1,01 ???? 220 ???????? ?5,3° = 222,2 ???????? ?5,3°

????*????????' = 222,2 ???????? ?5,3°

p. 74

74

IV.8 Conclusion partielle

Ce chapitre a été consacré à la description de la situation actuelle du poste de BANDUNDU. Au de chapitre nous avons décortiqué l'état actuel du réseau de transport MALUKU - BANDUNDU et un accent particulier a été mis sur les perturbations déstabilisatrices du fonctionnement de ce réseau, à l'occurrence la surtension.

Outre de ce qui précède, le calcul de load flow a été exploité pour vérifier notre hypothèse de la surtension et avons trouvé à l'aide de cet outil que la surtension aux jeux de barres du poste BANDUNDU est de l'ordre de 1,2 pu soit 264 kV.

Et qui entraine les préjudices financiers sur l'exploitation de ce réseau.

Ainsi, dans le chapitre suivant, nous allons dimensionner et simuler le

dispositif FACTS du type STATCOM sur le réseau étudie pour
l'épargner contre cette perturbation.

p. 75

75

CHAPITRE V: SIMULATION DU DISPOSITIF FACTS/STATCOM SUR LE RESEAU ETUDIE

V.1 Introduction

Le réseau électrique est exposé aux différentes perturbations telle que : l'augmentation de la charge, augmentation ou diminution de la tension,...Le «STATCOM » est utilisé pour rendre l'équilibre de tension au réseau, ou compenser la puissance réactive .Dans ce chapitre, nous allons étudier le comportement dynamique du « STATCOM » via à vis des perturbations de tension et de puissance réactive .Le comportement du « STATCOM »sera vérifié par des simulations en utilisant MATLAB/Simulink. Les simulations seront déroulées comme suit :

1. Fonctionnement du STATCOM en mode flottant ;

2. Fonctionnement du STATCOM en mode capacitif ;

3. Fonctionnement du STATCOM en mode inductif.

Et enfin, l'interprétation des résultats de simulation.

V.2 Matériels et méthodes

Le réseau de transport d'énergie électrique MALUKU -BANDUNDU de 220kV présenté sous l'environnement Matlab/Simulink. Il est constitué d'une ligne HT du 3eme ordre de 262 Km de long et ayant un niveau de court-circuit de 600 MVA, aboutissant aux jeux de barres 220kV du poste BANDUNDU. Le réseau comporte également charges Ohmico -inductive, tout le système est simulé sous logiciel Matlab version 7.10.0 (R.2010a).

p. 76

76

V.3 Synthèsedu STATCOM du réseau HT MALUKU-BANDUNDU

V.3.1 Schéma du STATCOM au bout de ligne HT MALUKU-BANDUNDU



Figure V.1 Schéma du STATCOM au bout de ligne HT MALUKU-BANDUNDU.

V.3.2 Détermination de paramètres du STATCOM

Pour synthétiser le STATCOM, il faut déterminer les paramètres suivants :

? L???? : inductance du transformateur de couplage en H ;

? QSh : puissance réactive de délivrée par le STATCOM en MVAr ;

? ISh : courant délivré par le STATCOM en A ;

? U_Sh(max) : tension d'isolement du STATCOM en kV ;

? I_Sh(max) : courant maximum du STATCOM.

Ces éléments cités ci-haut ne concernent que la partie puissance du STATCOM.

Les caractéristiques des éléments du STATCOM pour un réseau HT 220KV ayant une charge comprise entre 11MW et 350MW sont :

p. 77

77

> Transformateur de couplage

· Rapport de transformation : 220/16 KV ;

· Puissance apparente nominale : 333MVA ;

· Réactance : 15% ;

· Tension de court-circuit :12.5%.

> Résistance de pertes ???????? = 0.46 ? soit 9,5.10^-4????????

> Capacité de batteries ???? = 23000u????

V.3.2.1 Détermination de ????????

Nous savons que la puissance apparente de base du système ???????? = 100 ????????????, ???????? ???????????????????????????? d court-circuit du transformateur de couplage est de

???????????? =13.5% et sa puissance nominale est de ???????? = 333 ????????????.

· Impédance de base partie 16 KV et 220KV

????????1 = ????????1 =

????^2????1 (16)^2 = ???????? 100 ????^2????2 (220)^2 = ???????? 100

= 2.56 ? = 484 ?

· Calcul de la réactance du transformateur de couplage ???????? Cette réactance est donnée par la relation mathématique suivante :

???????? = ????1 ~????2

????1~ + ????₂ (V.1)

Or:????₁ = ???????? . ????????????.????2????1 (V.2)

¹⁰⁰.????????

????= ???? ????????????.????2????2 (V.3)

2 ???? .

¹⁰⁰.????????

Pour :???????????? = 13.5% ;????????1 = 16????????; ????????2 = 220????????;????_???? = 333 ???????????? et ????????= 15%

Alors ????1 = 0,15. 13,5.(16)² 100.333 =0.016 ? et ????2 = 0,15. 13,5.(220)2

100.333 = 2.56 ?

Soit : ????1(????????) = 0.016

2.56 = ????0,0063 ???????? et????2(????????) = 2.56 484 = ????0,0061 ????????

p. 78

78

En remplaçant les valeurs trouvées dans l'équation (V.1), nous

obtenons la réactance du transformateur de couplage :

???????? = ????0,0063~²²⁰

16 ~+ ????0,0061 = ????0,093 ????????

???????? = ????0,093 ????????

Nous pouvons ainsi déterminer l'inductance correspondante à la réactance obtenue ci-dessus. Appliquons alors l'expression ci-dessous :

????????

???????? = (V.4)

2????????

???????????????? : ???????? = ????0,093 ???????? ???????????????? ???????? = ????45,012 ? ???????? ???? = 50????????

Alors ???????? = 45,012 = 0,143 ???? soit ???????? = 143???????? ou ???????? = 2,95.10^-4????????

2????.50

V.3.2.2 Détermination de la puissance délivrée par le STATCOM Cette puissance est ????????h est obtenue à partir de l'équation (III.7), soit

????????h = ????????h. ????????h = ????????h2 ????????~1- ????????

????????h~ Et pour????????h = 16????????

???????? : Tension du réseau où est connecté le STATCOM et pour ce qui est de notre cas

???????? = ????????????' = 220 kV Et ???????? = 45.012 ? alors la puissance réactive

délivrée par le STATCOM sera de :

????????h = 45,012 ~1 - 220

162 16 ~ = -72,513 ????????????????soit????????h = -75 ????????????????

Soit -0,075 pu

La puissance totale pour les trois phases sera de :

???????? = 3????(-75 ????????????????) = -225 ???????????????? Soit -0,225 pu

V.3.2.3 Détermination du courant délivré par le STATCOM

Le courant délivré par le STATCOM et donné par la relation (II.6) ci-

16.10^3 - 220.10^3 = 45,012

= -450,23 ????

dessous :

????????h - ????????

????????h = ???? ????

????????h = -445,32 ???? Soit -1,079 pu

p. 79

79

V.3.2.4 Détermination de la tension maximale du STATCOM

La tension maximale du STATCOM est donn2e par la relation mathématique suivante :

U_sh(max) = K. V_t (V.6)
U_sh(max) = 1,2.220 = 264 kV

U_sh(max) = 264 kVSoit 1,2 pu

V.3.2.5 Caractéristiques du STATCOM

> L_t = 143mH soit 2,95.10^-4pu;

> R_t = 86.10^-6 D. soit 2.10^-6pu ;

> C= 23000uF ;

> X_t = j45,012 D. soit j0,093 pu ;

> Qsh = -75 MVAr soit -0,075 pu par phase ;

> Q_t = -225 MVAr Soit -0,225 pu ;

> Ish = -445,32 A soit -1,079 pu ;

> U_sh(max) = 264 kV soit 1,2 pu ;

> Vsh = 16kV.

V.3.3 Synthèse de régulateur PI des courants de STATCOM dans la partie puissance

Dans la totalité des applications pratiques le STATCOM est utilisé principalement pour compenser la puissance réactive au jeu de barre de connexion et par conséquence maintenir la tension de ce dernier. Pour cet objectif ce dispositif injecte ou absorbe un courant I*sh, qui est l'image de la puissance à compensée.

On constate qu'il y a un couplage naturel dans les transferts des courants et pendant le fonctionnement du STATCOM. Pour éliminer ce couplage on utilise la méthode de compensation et avec des régulateurs PI on peut contrôler les courants de sortie du STATCOM et les faires suivre leurs consignes.

A cet effet, le paramétrage du régulateur tient compte de quatre paramètres, à savoir :

· K_K: le gain du régulateur proportionnel ;

· K1: le paramètre du régulateur intégral ;

· TBF: temps de réponse en boucle fermée.

p. 80

80

Calculons :

· · ·	1 K???? = 3 K???? = K ???????????? =	L???? x =	1 3 1 3 1		143.10-^3

V.3.4. Synthèse du régulateur PI du contrôle de la tension aux bornes du condensateur C

La tension continue aux bornes du condensateur doit être maintenue à une valeur constante. La correction de cette tension doit se faire par l'adjonction d'un courant actif au courant de référence du STATCOM qui traduira l'absorption ou la fourniture d'une puissance active sur le réseau.

Nous avons le choix entre un régulateur proportionnel et unrégulateur proportionnel intégral. Ce dernier est souvent préférable du fait qu'il permet d'annulerstatique.

La fonction de transfert en boucle fermée de ce système sous forme de

BODE est donnée par l'équation (III.46) ci-dessous:



Avec :



Pour avoir un bon coefficient d'amortissement du système en boucle fermée, nous avons choisi E =0.7. Et afin d'atténuer les fluctuations à 300

Hz, et pour avoir un bon filtrage on va choisir ???????? = 2????.300

10 =

188,4 rad/secet finalement on détermine à partir des équations ci-dessus les valeurs des gains K???? etK????.

81

???? W² 23.10^-3.188,4²

· ????????

???? = =

·

= 408,2 ;

2 2

p. 81

0,7

· ????????

~ 1 ~ ¹2.????.???????? 2.23.10-³.408,2

= = = 6,06.

V.3.5 Circuit de synchronisation des impulsions

Le circuit de synchronisation des impulsions se compose de trois sous-blocs indépendants pour le trois phases. Chaque sous-bloc se compose d'une PLL qui permet la synchronisation des impulsions avec la tension secondaire du transformateur de couplage. La PLL permet de mesurer la tension au secondaire et non pas au primaire, pour éviter la réactance totale du transformateur de couplage, en plus elle joue le rôle d'un filtre d'entée.

V.4 Test de simulation

V.4.1 Paramètres de la ligne MALLUKU-BANDUNDU et du STATCOM

V.4.1.1 Ligne HT MALLUKU-BANDUNDU



VAA'

j14, 43.10^-3pu

B'

B'

I6 0,0014 pu

I5 j0,0011 pu

B

0,038 pu

j0,166 pu B

I4

I1

I2

I3

A

j14, 43.10^-3pu 0,014 pu

VCC'

-j 0,012 pu

A'

V.4.1.2 Caractéristiques de la charge au poste BANDUNDU

> Puissance apparente de la charge : 12 MVA ;

> Facteur de puissance : 0,8 ;

> Fréquence : 50Hz.

V.4.1.3 Caractéristiques du STATCOM

> Onduleur de tension à trois niveaux 48 impulsions ;

> Composants d'électronique de puissance : thyristors GTO ;

> La puissance réactive (Générée/Absorbée) Qsh : +75 MVAr/-75 MVAr ;

p. 82

82

> Coté DC : des capacités de C1=C= 23000 ìF ;

> L_t = 143mH soit 2,95.10^-4pu;

> R_t = 86.10^-6 SZ soit 2.10^-6 pu ;

> X_t = j45,012 SZ soit j0,093 pu ;

> Q_t = -225 MVAr Soit -0,225 pu ;

> Ish = -445,32 A soit -1,079 pu ;

> U_sh(max) = 264 kV soit 1,2 pu ;

> Vsh = 16kV.

V.4.1.4 Paramètres des régulateurs

a) Régulateur PI des courants de STATCOM dans la partie puissance

· K_F = 554,3 ;

· Ki = 0,333 ;

· TBF = 0,0018 Sec soit 1,8 ms.

b) Régulateur PI du contrôle de la tension aux bornes du condensateur C

· Ki = 408,2 ;

· K_F = 6,06.

p. 83

83

V.4.2. Module STATCOM partie puissance.



Figure V.2 : Module STATCOM partie puissance.

p. 84

84

V.4.3Partie commande du STATCOM.



Figure V.3 : Partie commande du STATCOM.

p. 85

85

V.4.4. Partie régulation de l'angle Alpha du STATCOM.



Figure V.4: Partie régulation de l'angle Alpha

V.4.5Partie régulation du courant



Figure V.5 : Partie régulation du courant

86

On étudie le système suivant :



p. 86

Figure V.6 : STATCOM simulé au réseau HT MALUKU-BANDUNDU

p. 87

87

V.5 Résultats de simulation et interprétation



X10-2 '(-

»--

Figure V.6 : Courbes des tensions et courants en fonction de temps.

Nous notons que pendant la période (0ms-1ms) et (3,5ms-4ms) le dispositif STATCOM est en équilibre (mode flottant c'est-à-dire hors servi) la tension du réseau (jeux de barres 220kV BANDUNDU)

V ???? = 1pu soit 220 kVest égale à la tension du STATCOM _V????h , aucun courant ne circule.

Dans l'intervalle (1ms-2,3ms) la tension du STATCOM augmente de 0,1 pu par rapport à la tension aux jeux de barres 220kV BANDUNDU, le courant triphasé généré par le STATCOM est en avance par rapport à la tension; dans ce cas le dispositif fonctionne en mode « capacitif ».

On observe pendant la période (2,3ms-3,5ms) la tension du STATCOM déminer de 0,3pu par rapport à la tension aux jeux de barres 220kV du réseau BANDUNDU. Le STATCOM réagit par injection d'un courant en retard par rapport à la tension c'est le fonctionnement en mode « inductif ».

88

X10^-2

Figure V.7 : Tensions (Vm ,Vref ) en fonction de temps.



X10^-2

p. 88

Figure V.8 : Puissances active et réactive du STATCOM en fonction de temps.

On observe pendant la période (0ms-1ms) et (3,5ms-4ms) que le réseau fonctionne en régime permanent ; aucune perturbation sur la tension (La différence entre la tension de référence et la tension mesurée est nulle). Aucune puissance réactive et active n'a été produite par le STATCOM (aucun changement dans le réseau).

89

Dans l'intervalle de temps (1ms-2,3ms), le réseau est menu par une chute de tension de l'ordre de 0,03 pu soit 6,6 kV(puissance réactive transmise plus que les normes). Dans ce cas le STATCOM est intervenu par l'absorption de courant réactive, la puissance absorbé est de l'ordre Q = -75MVAr(le STATCOM fonctionne en mode capacitif) ; aucun changement à propos la puissance active du réseau.

Dans l'intervalle de temps (2,3ms-3,5ms), il y a une surtension dans le réseau d'amplitude 1,03 pu soit 226,6 kV (puissance réactive transmise moins que les normes). Dans ce cas le STATCOM est intervenu par l'injection de courant réactive, la puissance injecté est de l'ordre Q = + 75MVAr (le STATCOM fonctionne en mode inductif) ; aucun changement à propos la puissance active du réseau.



X10^-2

p. 89

Figure V.9 : Courant (Iqm, Iqref) d'onduleur VSC en fonction de temps.

On remarque que le courant de référence c'est l'image de courant mesure.

p. 90

90





Figure V.9 : Tension (Vdc) en fonction de temps (s).

V.5 Coût du projet d'installation du dispositif STATCOM[????????]

La puissance réactive normalisée du STATCOM dimensionné dans notre projet est de 225 MVAr. En vertu des information recueillies sur le site http ://.www.wikipedia.org/wiki/Schneider , le STATCOM de cette taille coût :

? Partie puissance 225 MVAr =70.125€ ? Eléments d'automatisation =9.125€ ? Commande =35.355€

? Main d'oeuvre =30% soit 34381,5€

D'où le coût global de l'installation du dispositif STATCOM est évalué à : 148.986,5€

p. 91

91

V.6 Conclusion

Les résultats de simulations sous l'environnement MATLAB/Simulink du dispositif STATCOM dans les jeux de barres du post HT 220 kV de BANDUNDU nous ont permis de mieux comprendre le fonctionnement de ce dispositif FACTS dans les différents modes de fonctionnement.

Le STATCOM est un moyen très efficace pour maintenir la tension stable aux jeux de barre auquel il est connecté. Quelque soit la perturbation ; chute de tension ou bien une surtension, il réagit d'une manière instantané soit par la génération de la puissance réactive, c'est son mode capacitif. Soit par l'absorption de la puissance réactive, c'est son mode inductif. Le coût global de l'installation du dispositif STATCOM est évalué à 148.986,5€.

p. 92

92

Conclusion générale

Ce travail a consisté en une analyse du comportement dynamique d'un système FACTS dédié à la régulation de la tension et des puissances réactives transitant dans le réseau de transport Ouest de la SNEL particulièrement, à la ligne MALUKU-BANDUNDU afin d'améliorer son niveau de tension, d'augmenter sa stabilité transitoire et de réduire les surtensions aux jeux de barres 220kV du poste BQNDUNDU.

Les difficultés rencontrées dans ce travail sont de réunir toutes et les informations du réseau en étude auprès de la Direction de Transport Ouest de la SNEL ;celles liées à la maitrise de tous les scénarios de la simulation sous l'environnement Matlab dans sa version 7.10.0 (R.2010a).

Toutefois, les résultats obtenus par le calcul de load flow, nous montrent clairement la tension nodale sur les jeux de barres 220KV du poste de BANDUNDU est de l'ordre de 1,2 pu soit 264Kv (effet FERANTTI) par rapport à la tension à l'entrée de la ligne.

Pour contourner cette difficulté, nous avons proposé de dimensionner et simuler le système FACTS du type STATCOM auquel les résultats obtenus par des simulations montrent que la tension contrôlée par ce dispositif varie dans les limites acceptables avant de revenir à la valeur contractuelle.

· Le STATCOM génère une puissance réactive de 75MVAr pour augmenter la tension à presque 1pu,si celle-ci était brusquement ramenée à 0,97 pu ;

· Le STATCOM absorbe une puissance réactive de -75 MVAr pour maintenir la tension à 1,01 pu au moment où la tension au bout de la ligne soit subitement passée à 1,2 pu.

Les limites actuelles du réseau de transport MALUKU -BANDUNDU nous a poussées d'apporter une piste de solution à cette ligne déjà en place d'une certaine flexibilité qui leur permettant de mieux aux nouvelles exigences.

Après ce long tour d'horizon, nous n'avons pas la prétention d'avoir réalisé un travail parfait, d'autres pistes de solutions peuvent être

envisagées. Ceci n'est qu'un outil de base pouvant servir aux
générations futures pour réaliser d'autres études similaires à celle-ci.

p. 93

93

Références Bibliographiques

[1]. ALIBI Abdelaali, "Contrôle des Réseaux Electriques par les Systèmes FACTS:(Flexible AC Transmission Systems)" mémoire de magistère université de Batna ,2009.

[2]. BELGUIDOUM Hocine, "Les systèmes FACTS utilisant les convertisseurs entièrement commandes" mémoire de magistère université Setif ,2012

[3]. Nabil MANCER, (Contribution à l'optimisation de la puissance réactive en présence de dispositifs de compensation dynamique (FACTS)) mémoire de magistère ; université de biskra 2013.

[4]. BOUDJELLA Houari, "contrôle des puissances et des tensions dans un réseau detransport au moyen de dispositifs FACTS (SVC) ", mémoire de magister université de SidiBelAbbès 2008.

[5]. BARAR ; LADJICI "Introduction aux Systèmes Flexibles de Transmission en Courant Alternatif « FACTS »" projet de fin d'études école nationale polytechnique 2002.

[6]. MAMMERI Oussama, "différentes méthodes de calcul de la puissance réactive dans un noeud à charge non linéaire en présence d'un système de compensation de l'énergie" mémoire de magister université de Batna 2012

[7]. NOROUZI Amir. , (" Flexible AC Transmission Systems: Theory, Control and Simulation of the STATCOM and SSSC", mémoire de magister université de New Brunswick, 2003.)

[8]. XIA Jiang, "Operating Modes and Their Regulations of Voltage-sourced Converters Based FACTS Controllers", thèse de Doctorat de L'institutPolytechnique Troy New York, mars 2007.

[9]. ESKANDAR GHOLIPOUR SHAHRAKI, "Apport de l'UPFC à l'amélioration de la stabilitétransitoire des réseaux électriques", thèse de doctorat, université de Henri Poincaré, Nancy 2003

[10]. Manish Thakur, "Unified power flow controller (UPFC) development of mathematical framework and design of a

p. 94

94

transient model", mémoire de magister université de Manitoba - Canada, février 2003

[11]. I. Papiê, "Mathematical analysis of FACTS devices based on a voltage source converter, Part1: mathematical models", electric power systems research, Elsevier science 56 (2000) 139-148.

[12]. VORAPHONPIPUT Nituset CHATRATANA Somchai, "STATCOM analysis and controller design for power system voltage regulation", transmission and distribution conference & exhibition 2005 IEEE/PER.

[13]. PRANESH RAO, M.L.CROW, "STATCOM control for power system voltage control application", IEEE Transaction on power system, vol 15,n° 4, October 2000.

[14]. KALYAN K. SEN, "SSSC - Static Synchronous Series Compensator: Theory, Modeling, and Application", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 13, No. 1, January 1998

[15]. ALLAOUI TAYEB, "réglage robuste de L'UPFC pour optimiser l'écoulement des puissance dans un réseau électrique", mémoire de magister, université Mohamed Boudiaf Oran - 04/2002.

[16]. LIMING LIU, PENGCHENG ZHU, YONG KANG, JIAN CHEN, "Design and dynamic performance analysis of unified power flow controller", publication IEEE 2005.

[17]. Archives de la division Gestion sous stations et cabines provinces de BANDUNDU de l'année 2017

[18]. Rapport annuel et mensuel d'exploitation du poste de BANDUNDU en date du 06 Janvier 2018

[19]. Source d'information la direction PKB : Poste et Ligne Kinshasa-Bandundu en date du 23 octobre 2017.

p. 95

95

Table des matières

EPIGRAPHE ii

Dédicace iii

Remerciements iv

Liste des Symboles et Abréviations v

Introduction générale 1

1. Motivation 1

2. Problématique 1

3. Hypothèses de travail 2

4. Positionnement personnel 3

5. Objectif poursuivi 3

6. Méthodologie proposée 3

7. Subdivision du travail 3

CHAPITRE I : QUALITE D'ENERGIE ÉLECTRIQUE 5

I.1 Introduction 5

I.2 Types de perturbations qui peuvent dégrader la qualité de la tension: 5

I.3 Puissance transmise par une ligne électrique 6

I.4 Compensation d'énergie réactive 8

I.4.1 Moyens de compensation réactive 9

I.4.2 Compensation shunt 9

I.4.3 Principe de la compensation série 11

I.4.4 Compensateurs synchrones 12

I.4.5 Bancs de condensateurs 12

I.4.6 Compensateurs statiques de puissance réactive 13

I.4.7 Compensation réactive dans une ligne électrique 13

I.4.8 Compensateur shunt au point milieu 14

I.5 Conclusion 15

CHAPITRE II : CONCEPT DE BASE DES SYSTEMES FACTS 16

II.1 Introduction 16

II.2 Concept général et définition : 16

II.3 Différentes catégories des FACTS : 16

II.4 Application des dispositifs FACTS dans les réseaux électriques : 18

II.5 Fonctionnement des FACTS 19

II.5.1 Réseau de transport 19

II.5.2 Réseaux Industriels 19

II. 5.3. Classification des dispositifs FACTS 19

II. 5.3.1 Génération I 20

II. 5.3.2 Génération II 20

II. 5.3.3 Génération III 20

II.6 Compensateurs shunts 20

II.6.1 Compensateurs parallèles à base de thyristors 20

II .6.1.1 Compensateur Statique de Puissance Réactive (CSPR) 20

II .6.1.2 Principe de fonctionnement : 21

II.6.1.3 STATCOM: 22

p. 96

96

II.6.1.4 Avantages du STATCOM : 23

II.6.2 Condensateur série commande par thyristor (TCSC) 24

II .6.3 Static Synchronous Series Compensator (SSSC) 24

II.7 Dispositifs FACTS combinés (série-parallèle) 26

II.7.1 Contrôleur de transit de puissance unifié UPFC 26

II.8 Conclusion 27

CHAPITRE III : ÉTUDE ET MODELISATION D'UN STATCOM 28

III.1 Introduction 28

III.2 Principe de fonctionnement 28

III.3 Effet de la compensation shunt (STATCOM) sur le réseau électrique : 32

III. 4 Modélisation du STATCOM 35

III.4.1 Modèle Mathématique Simplifié: 35

III.4.2 Modèle mathématique en considérant le circuit DC : 38

III.5 Contrôle du STATCOM 40

III.5.1 Détermination des Références: 40

III.5.2 Méthode Watt-VAr découplée : 41

III.5.3 Régulateur PI avec compensation de pôles: 44

III.5.4 Régulation de la tension continue Udc: 45

III.6 Conclusion 47

CHAPITRE IV : ETAT ACTUEL DU RESEAU DE TRANSPORT HT 220kV MALUKU- BANDUNDU 48

IV.1 Introduction 48

IV.2 Présentation du réseau transport OUEST de la SNEL 48

IV2.1 Centrales du réseau transport OUEST de la SNEL[17]. 48

IV.2.1.1. Alternateurs 49

IV.2.1.2. Transformateurs élévateurs des alternateurs 50

IV.2.1.3. Topologie du réseau Ouest (17) 51

IV.2 Lignes de Transport Réseau Ouest [17]. 52

IV.2.2.1 Transport HT 52

IV.2.2.1.2. Transformateurs de puissance des postes HT du réseau Ouest 54

IV.2.3 Organisation de la Direction de transport Ouest 55

IV.2.4 Etat de lieux de la ligne HT 220 kV MALUKU -BANDUNDU 56

IV.2.4.1. Historique 56

IV.2.4.2 Présentation du problème 56

IV.5 Etat de lieu du réseau électrique de la ville de Bandundu 57

IV.5.1 Source d'injection d'énergie électrique 57

IV.5.2. Réseau HT 58

IV.5.2.1. Organisation et caractéristiques des équipements électromécaniques existants 58

IV.5.2.2 Schéma d'exploitation du poste HT BANDUNDU 61

IV.5.2.3. Réseau MT de distribution BT 62

IV.2.4. Nombres de cabines et leurs puissances correspondantes de la distribution BT/Bandundu -

ville 63

IV.6. Modélisation en grandeurs réduites du réseau étudié 64

IV.6.1Choix du modèle du réseau 64

IV.6.2 Mise en équation du système de puissance en régime permanent 65

IV.6.2.1. Ligne de transport MALUKU - BANDUNDU 65

IV.6.2.2. Transformateur de puissance poste Bandundu 66

p. 97

97

IV.6.2.3. Choix de grandeurs de base 66

IV.6.2.4. Grandeurs en pu et schéma en pu 67

IV.6.2.5. Modèle équivalent de réseau de transport Maluku - Bandundu HT 220 kV 68

IV.7 Calcul des tensions nodales du système à l'aide de calcul de Load Flow sur la ligne HT 220kv

MALUKU -BANDUDNDU 69

IV.7.1 Formulation du problème 69

IV.7.2Etat du système 69

IV.7.2.1 Calcul de la puissance active et réactive consommée par la charge 69

IV.7.2.2 Calcul du courant appelé par la chargei * 6 et de la tension au noeud C 70

IV.7.2.3.Calcul du couranti * 5 dans la branche BB' et de la tension au noeud B (u * BB') 70

IV.7.2.4 Calcul du couranti * 4 à travers dans l'élément transversal sortie ligne 71

IV.7.2.5 Calcul du courant i * 3 sur l'impédance longitudinale 71

IV.7.2.6 Calcul du courant i * 2 sur l'impédance transversalede la ligne et de la tension au noeud A

(entrée de la ligne) 72

IV.7.2.7 Calcul du courant à l'entrée de la ligne (au point A) 72

IV.7.3 Calcul de tensions nodales en grandeurs réelles 73

IV.8 Conclusion partielle 74

CHAPITRE V: SIMULATION DU DISPOSITIF FACTS/STATCOM SUR LE RESEAU ETUDIE 75

V.1 Introduction 75

V.2 Matériels et méthodes 75

V.3.1 Schéma du STATCOM au bout de ligne HT MALUKU-BANDUNDU 76

V.3.2 Détermination de paramètres du STATCOM 76

V.3.2.1 Détermination de Lt . 77

V.3.2.2 Détermination de la puissance délivrée par le STATCOM 78

V.3.2.3 Détermination du courant délivré par le STATCOM 78

V.3.2.4 Détermination de la tension maximale du STATCOM 79

V.3.2.5 Caractéristiques du STATCOM 79

V.3.3 Synthèse de régulateur PI des courants de STATCOM dans la partie puissance 79

V.3.4. Synthèse du régulateur PI du contrôle de la tension aux bornes du condensateur C 80

V.3.5 Circuit de synchronisation des impulsions 81

V.4 Test de simulation 81

V.4.1 Paramètres de la ligne MALLUKU-BANDUNDU et du STATCOM 81

V.4.1.1 Ligne HT MALLUKU-BANDUNDU 81

V.4.1.2 Caractéristiques de la charge au poste BANDUNDU 81

V.4.1.3 Caractéristiques du STATCOM 81

V.4.1.4 Paramètres des régulateurs 82

V.4.2. Module STATCOM partie puissance. 83

V.4.3Partie commande du STATCOM. 84

V.4.4. Partie régulation de l'angle Alpha du STATCOM. 85

V.4.5Partie régulation du courant 85

V.5 Résultats de simulation et interprétation 87

V.5 Coût du projet d'installation du dispositif STATCOM20 . 90

V.6 Conclusion 91

Conclusion générale 92

Références Bibliographiques 93

Table des matières 95

98

p. 98