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.
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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.
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(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]
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(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
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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.
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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 - Xc = 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).
Vr.V????????if????
P???? = (I.15)
X(1-K)
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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].
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