Performances d`un Compensateur Statique du Réseau Réel THT

Quatrième Conférence sur le Génie Electrique, le 03-04 Novembre2010, Université de Bechar, Algérie
Performances d’un Compensateur Statique du
Réseau Réel THT Ouest Algérien
Youssef Mouloudi , Abdellah Laoufi*
Département de Science et Technique, Université de Béchar
* E-mail: [email protected].

Résumé - Dans cet article, nous proposons une approche pour
l’emplacement des SVCs dans le réseau électrique. Cette approche
utilise Load flow contrôle la violation des tensions nodales du
réseau et nous affiche les nœuds ayant la valeur la plus élevée.
L’application de la méthode proposée sur un réseau électrique à 17
nœuds. Nous avons enrichi notre travail par l’injection des SVC
(Compensateur statique d’énergie réactive) sur le réseau électrique
de 17 nœuds pour le contrôle des tensions et le développement
d’une application avec un programme sur MTALAB 8.2.a.
Mots clés - load flow, newton-Raphson,
Compensateur statique d’énergie réactive.
Gauss-Seidel,
I. INTRODUCTION
L
’évolution des réseaux fut marquée, durant ces dernières
décennies, par de nouvelles stratégies de conception,
d’exploitation et de contrôle. En effet, la solution adoptée, par
la plupart des pays, pour faire face au problème de croissance
rapide de la demande d’énergie électrique se résume comme
suit :
La mise en service de nouvelles centrales plus puissantes.
Le maillage de plus en plus complexe du réseau de transport et
de distribution.
L’échange d’énergie entre pays par des interconnections
internationale et même intercontinentales.
Cette complexité de structure, a la base des problèmes
actuels rencontrés dans la conduite en ligne et essentiellement
l'affaiblissement de la capacité des réseaux à garder la stabilité
suite à un défaut, à favoriser l'appel à des systèmes de
compensation.
Il apparaît clairement que la compensation de la puissance
réactive et la tenue de la tension sont intimement liées et
indissociables pour certaines applications. Il est nécessaire de
compenser les variations rapides de la tension provoquées par
des charges à caractère pulsatoire comme les accélérateurs des
particules à caractère intermittent comme les laminoirs ou à
variation erratique comme les fours à arc.
Par ailleurs la pollution des réseaux dus à la production
d'harmoniques est un problème préoccupant du fait de la
multiplication rapide des appareils comportant des
équipements d’électronique de puissance, essentiellement les
redresseurs, et les onduleurs. Ces appareils découpant l'onde
sinusoïdale, se comportant comme des sources de courant
harmonique qui, en circulant dans les réseaux, y créent des
tensions harmoniques pouvant atteindre des valeurs
importantes.
Les effets perturbateurs rependent au type de charges :
Les harmoniques provoquent des échauffements dus à des
pertes supplémentaires dans les machines tournantes, les
condensateurs, les défauts de fonctionnement d'appareils de
régulation par l'augmentation de la valeur de crête de la
tension.
Par ailleurs, la propagation des courants harmoniques dans
les réseaux peut engendrer des perturbations dans les circuits
de télécommunications voisins.
La compensation d'énergie réactive peut être effectuée soit
par des machines tournantes (compensateurs synchrones), soit
par des condensateurs groupés en batterie que l'on insère en
parallèle (compensateur shunt), ou en série (compensateur
série) dans la ligne, soit par self shunt, soit par la combinaison
des deux (compensateur statique "SVC").
Les compensateurs statiques sont des systèmes complexes
associant des interrupteurs électroniques (thyristors), des
disjoncteurs, des condensateurs et des automatismes à base de
microprocesseurs. Ils sont capables de régler les paramètres
électriques du réseau (tension, impédance, déphasage, ...) dans
une gamme étendue, pour des puissances, et de contraintes
d'environnement toujours plus importantes.
Les premiers compensateurs statiques (SVCs) ont étés
développés vers les années soixante pour assurer une
compensation rapide d'énergie réactive pour des charges
importantes fluctuantes à caractère industriel tels que les fours
électriques à arc, ce sont essentiellement des dispositifs
shunts. [25]
De nos jours, grâce à l’amélioration des performances de
l’électronique de puissance, une grande importance est aux
systèmes FACTS (Flexible Alternating Current Transmission
System) qui permette d’améliorer la stabilité des réseaux
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électriques, accroitre la puissance de transport des lignes et
amortir les oscillations de puissance. Le compensateur série
commuté par thyristors (TCSC : Thyristors controlled serie
compensator) est un dispositif série parfaitement intègre à la
philosophie FACTS [26], [27].
Les premiers compensateurs statiques SVC (Statique Var
Compensation) ont été développés vers la fin des années
soixante [02] pour assurer une compensation rapide d’énergie
réactive pour d’importantes changes fluctuations à caractère
industriel tels que les fours a arc. Ceux sont essentiellement
des dispositifs shunt.
Vers le milieu des années quatre-vingt, la tension nominale
des thyristors était multipliée par trois, leur courant nominal
par quatre et par conséquent en capacité de maitrise la
puissance correspondante par douze [01] [02]. Ceci se traduit
par un réduit par une réduction massive du nombre de
thyristors exigé avec une réduction correspondante du cout de
l’électronique de commande nécessaire.
L’objectif de cette étude est de caractériser la compensation
statique shunt, en mettant en évidence l’influence de
dispositifs SVC (Statique Var Compensator) sur la stabilité
transitoire un réseau électrique ouest algérien (Sonelgaz).
Nous minorons une étude en parallèle ou nous essayons de
dégager les points forts de chaque dispositif et par conséquent
son apport, en tant qu’outil complémentaire d’aide au
maintien de la stabilité, au bon comportement d’ensemble du
réseau. Par conséquent l’aspect qualitatif du dispositif étudie
va primer sur l’aspect quantitatif.
II. COMPENSATION SHUNT (LES SVCS)
Les compensateurs statiques sont utilisés dans les réseaux
sous forme d’éléments shunts de puissance réactive
(inductances, condensateurs) enclenchés par thyristors montés
en tête-bêche sur chaque phase (en antiparallèle), chacun
d’entre eux étant conducteur durant une demi-période. La
figure ci-dessous donne une représentation schématique d’un
compensateur statique monophasé. [8], [7].
Il est composé d’une réactance XC dont la puissance
réactive fournie peut être complètement enclenchée ou
complètement déclenchée et d’une bobine d’induction de
réactance inductive XL dont la puissance réactive absorbée est
commandée entre zéro et sa valeur maximale par des
thyristors montés comme cité précédemment en tête-bêche
pour assurer des inversions très rapides du courant.
QSVC
I
VSVC
QL
QC
XL
XC
Figure1: Representation schématique monophasée d’un
compensateur
Pour fixer le signe de puissance réactive QSVC, le
compensateur est considéré comme un commutateur.
La puissance réactive QSVC est positive lorsqu’elle est
absorbée par le compensateur (comportement inductif). Le
courant d’entrée I est réactif. Il est supposé positif lorsqu’il est
retardé de 90° par rapport à la tension VSVC. Si, par contre le
compensateur fournit de la puissance réactive (comportement
réactif), cette dernière est considérée comme étant négative,
ainsi que le courant I. Ces relations sont prises en compte sur
les figures 3-4-5
Par conséquent, la puissance réactive QL est positive alors
que QC est négative.
La puissance réactive QSVC varie entre une certaine valeur
inductive Qind et une certaine valeur capacitive Qcap. Avec :
On obtient la réactance capacitive XC nécessaire pour le
condensateur de la relation :
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Figue: Exigencies posées à la puissance
III. RESULTATS DE LA SIMULATION
A. Les données du système sont de l’année 2009.
Le système de transmission et sous transmission 220Kv est
représenté par le réseau de la figure, le réseau est composé
comme de [8] :
17 Nœuds, 5 nœuds de génération, le nœud de Hassi
Hameur, le nœud de Marsat El Hadjaj (1et2), le
nœud de Tiaret, le nœud de Naama, nœud de Oujda
et oued SLY par fois sont consommateurs et
générateur mes les autres nœuds sont des
consommateurs.
Tableau 1 : Limite des tensions des nœuds
Limites [KV] à 5%
Inférieure
Supérieure
Tension 220 KV
0.99
1.09
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Les valeurs relatives à une base sont :
Sb  100 MVA
et
U b  220 KV
Tableau 2 : Réseau 17 nœuds
k-m
impédance
admittance shunt
1-2
0.00629+j0.02514
j0.0195
1-11
0.00545+j0.02183
j0.0246
2-9
0.00462+j0.01851
j0.0219
2-11
0.00082+j0.00328
j0.0187
2-12
0.02913+j0.11652
j0.0170
2-14
0.00826+j0.03305
j0.0170
3-9
0.01601+j0.06404
j0.0520
3-13
0.00810+j0.03241
j0.0789
4-1
0.02053+j0.08214
j0.0169
4-2
0.01673+j0.06693
j0.0026
5-15
0.02537+j0.10151
j0.1252
5-16
0.04028+j0.16115
j0.0006
6-7
0.00020+j0.00082
j0.0355
6-11
0.01143+j0.04572
j0.0615
7-8
0.00703+j0.02815
j0.0321
7-12
0.01980+j0.07920
j0.0543
8-6
0.01033+j0.04132
j0.0219
9-13
0.03338+j0.09364
j0.0870
10-11
0.01745+j0.06983
j0.0355
11-7
0.02799+j0.11196
j0.0615
12-15
0.02092+j0.05880
j0.0195
13-2
0.00770+j0.02160
j0.0246
14-9
0.01671+j0.06685
j0.0219
15-16
0.04049+j0.16198
j0.0187
16-17
0.05867+j0.23471
j0.0170
B. Résultat de l’écoulement des charges
Les résultats ont été calculés par la méthode Newton Raphson,
avec une charge au niveau nœud n°17 (Béchar).
Résultat avec la méthode de Newton Raphson
Tableau 4 : Résultats de calcul de l’écoulement des puissances (Newton
Raphson)
Tableau 3 : Les puissances des centrales et les charges avec les tensions en
(PU) de chaque nœud
Les tensions du réseau dans cette deuxième étape sont
représentées par les figures (2,3) suivantes
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Tableau 6 : Résultats de calcul de l’écoulement des puissances avec
compensation réactive SVC
1.2
1.18
1.16
Tension en [P U]
1.14
1.12
1.1
1.08
1.06
1.04
1.02
1
2
4
6
8
10
Nombre des nœuds
12
14
16
Figure2 : les tensions du réseau 220 KV (écoulement de
charge)
0
-1
angle in [deg]
-2
-3
-4
Les tensions du réseau dans cette deuxième étape sont
représentées par les figures (4,5) suivantes.
-5
-6
1.2
-7
1.18
1.16
0
2
4
6
8
10
12
Nombre des nœuds
14
16
18
Figure3 : L’angle α en degré
 Les nœuds qui ont dépassé les limites imposes:
Le tableau suivant montre que trois nœuds du système ont des
tensions dont le module est supérieure à la limite supérieure
de la tension, les 3 nœuds qui violent les limites sont tous dans
le niveau 220 KV et sont comme suit : Naama central, Naama
poste et Béchar.
Nœuds
5
16
17
Tableau 5 : les limites dépassées de tensions
Vi [PU]
La limite supérieure
Vi [PU]
1.1019
0.0119
1.09
1.1034
0.0134
1.09
1.1064
0.0164
1.09
1.14
Tension en [P U]
-8
1.12
1.1
1.08
1.06
1.04
1.02
1
2
4
6
8
10
Nombre des nœuds
12
14
16
Figure 4 : les tensions du réseau 220 KV (écoulement de
charge)
0
-1
-2
 Résultat de l’écoulement de charge :
Troisième résulta avec compensation réactive SVC
angle in [deg]
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
0
2
4
6
8
10
12
Nombre des nœuds
14
16
18
Figure 5 : L’angle α en degré
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Cette dernière correction élimine les violations dans les 3
nœuds du système, et de cette manière on obtient des tensions
entre les deux limites (0.99 et 1.09) proposées au début du
travail.
[5]
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[7]
[8]
IV. PERTES ACTIVES DU SYSTEME
Les résultats des pertes actives durant les différentes actions
correctrices sont présentés dans le tableau (7) :
[9]
[10]
Tableau (7) : Les pertes actives totales
Cas de
1ère correction
2ème correction
base
SVC (nœud 16 et
SVC (nœud 16 et
(sans
17)
17)
SVC)
Pertes actives
[PU]
7.20
5.14
5.00
Reduction [PU]
2.06
2.2
Reduction%
28.61
30.55
On remarque que les pertes actives du système se minimisent
après chaque action correctrice dans le contrôle des tensions.
Les résultats obtenus par notre approche sont très
satisfaisants, l’emplacement deux SVCs à Naama/220Kv et
Béchar/220Kv, ont permis aux tensions des nœuds à rester
entre les limites du bon fonctionnement du réseau. Cependant,
on constate une diminution de 30.55% par apport au calcul de
base.
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
V. CONCLUSION
Notre approche est basée sur le problème de la
compensation en puissance réactive avec l’intégration de
l’électronique de puissances, présentés dans ce travail par les
SVC (Static Var Compensator), et en même temps le contrôle
des tensions aux différents nœuds dans les réseaux Sud-ouest,
un problème qui inquiète les opérateurs de la Sonelgaz à cause
des dépassements trop fréquents des limites des tensions au
niveau du réseau. La solution permettant de trouver le
meilleur emplacement de ces dispositifs FACTS est basée sur
l’introduction des techniques numériques. [15], [12]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
REFERENCES
[1]
[2]
[3]
[4]
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[26]
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200
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