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

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 précédent 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.