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.
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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.
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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.
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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.
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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]
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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.
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