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

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

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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

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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.

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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€.

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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.

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93

Références Bibliographiques

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

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[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

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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