Mémoire (2)

Chapitre I
Etat de l’art des systèmes HVDC
INTRODUCTION
Le développement des convertisseurs électronique de puissance à haute tension à rendu possible le
transport d’énergie électrique en courant continu à haute tension HVCD [1].
Les convertisseurs représentent le cœur de la station ; ils permettent de transformer une énergie
alternative en courant continu et l’inverse, ils permettent aussi l’échange de puissance et d’imposer le sens
de transfert
Dans ce chapitre, nous exposons quelques aperçus historiques des systèmes HVDC, les types et
technologies HVDC
Aperçu historique
La technologie HVDC a beaucoup évolué depuis sa création .Nous allons passer en revue les dates clés
de son développement :
Les premières liaisons de transport en courant continu était en 1906 sur une distance de 200 Km
(Moutiers - Lyon) d’une puissance de 20 MW, ont été réalisées en utilisant des génératrices et moteurs à
courant continu connectés en série pour la transformation énergie mécanique — énergie électrique.
Le courant alternatif a très vite pris l’avantage dans le développement des liaisons de transport grâce à
l’invention du transformateur, tandis que les recherches se poursuivaient sur des moyens statiques de
transformation courant alternatif — courant continu : thyristors et valves à vapeur de mercure.
En 1939, une liaison continue de 1 MW est réalisée en Suisse par Brown Bovery utilisant des
valves à vapeur de mercure. Vers 1940, AEG et Siemens réalisent une liaison de 30 MW avec la même
technologie. Ces réalisations ne convainquent pas en raison de la tension directe supportée par ces valves
qui reste trop faible pour une utilisation pour une liaison de transport.
En 1941, construction de la première liaison HVDC, le premier contrat pour une liaison HVDC fût signé
en Allemagne .Il s’agissait d’une liaison de 200kv de type CSC avec diodes à vapeur de mercure ,
dimensionnée pour un transit de 60MW sur 115km de câble entre Berlin et Elbe .le projet fût achevé
en Avril 1945,mais n’a jamais été mis en marche. En effet, à la fin de la guerre, l’URSS démonta la
liaison pour la réinstaller entre Moscou et Kashira. Elle servira ensuite de centre de recherche.
En 1954, la première liaison fût commerciale, elle permit de relier l’île Gotland avec le suède
continental. Son développement fût dirigé par Uno Lamm que l’on considère comme aujourd’hui
¨Le père de l’HVDC¨ .Il s’agit également de la première liaison sous marine.
En 1972,première liaison utilisant uniquement des thyristors, Le p r ojet ”EeL River” a permis de faire le
lien entre deux zones asynchrones : Le Qu ´ ebec et le Nouveau-Brunswick . Cette connexion de type ”back-to-
back” utilisait quatre thyristo rs en pa rellèle pa r b ras pour pouvoir transpo rter suffisamment de courant.

L’ ´ emergence du thyristor est une ´étap e imp o rtante dans le d´éveloppement des liaisons HVDC, ceux-ci coûtent
moins che r `a l’achat que des dio des `a vap eur de mercure et minimisent les coûts de fonctionnement [ 13 ].
En 1978, première liaison à l’échelle du Mégawatt, : Le proj e t de Caho ra Bassa relie une station hydro´electrique sur le
Zamb ` eze et la ville de Johannesburg via une liaison de ±533 kV [13]. Ce projet est important pour plusieurs
raisons. La tension sur sa ligne est la plus haute `a l’ ´ ep o que, que ce soit sur des liaisons A C ou DC [13]. La
longueur de la ligne (1360 km) est aussi un record, et il s’agit de la prem i ` ere liaison HVDC sur le continent
a fricain. Ce projet d’envergur e sera malheureusement souve n t qualifi ´ e d’ ´ el ´ephant blanc pa r la suite [ 14 ].
En 1985,amélioration considérable des thyristors , Les thyristo rs refroidis `a l’eau [ 15 ] et isolés `a l’air [ 16 ]
permette nt de suppo rter des courants et d e s tensions plus imp o rtants. Cela diminue le b esoin de mettre des
thyristo rs en parallèle ou en série , ou de faire app el `a différents services auxiliaires, comme on le faisait pa r le pass ´ e
[ 15 ]. Le premier projet utilisant ces techniques est le projet ”N elson River Bip ole 2”, qui donna lieu `a une
globalisation de l’utilisation d e celles-ci [ 13 ].
En 1986,projet Itaipu, Cette liaison fait le lien entre la centrale hydro´électrique du ba rrage d’Itaipu, et la ville
de S ˜ao P aulo. Nous mettons en ´ évidence cette installation ca r elle est resté´ la plus imp o rtante liaison HVDC
d urant de nomb reuses ann´ ees (Puissance nominale de 6000 MW et tension ±600 kV [ 13 ]). T out d’ab o rd en
matière de tension, e lle ne fut dépassée qu’en janvier 2010 pa r la liaison Yunnan-Guangdong et sa tension de
±800 kV [17]. Puis en puissance nominale, par la liaison Xiangjiaba - Shanghai et ses 6400 MW [18].
En 1986,première liaison multiterminal, Cette installation a permis de relier la pro duction d’Hydro-Qu ´ ebec
avec plusieurs villes : Des Cantons, Comer ford, Nicolet, Radisson et Sandy Pond. Certains terminaux ne faisaient
pas partie du projet in itial et ont ´et´ e greffés pa r après. [ 13
En 1986,première liaison de type VSC, après avoir accueilli la première liaison HVDC
commerciale, l’île Gotland est une fois de plus pionnière dans le domaine des liaisons HVDC en
inaugurant la première liaison de type VSC [8].
En 2010,première de type MMC Le p r ojet T rans Ba y Cable, `a San F rancisco, est le premier `a utiliser un t yp e
spécifique de VSC : les convertisseurs multi-niveaux modulaires (MMC). Elle permet notamment de diminuer
les pertes et les besoins de filtres. Aujourd’hui, la plupart des constructeurs de liaisons HVDC proposent des
solutions VSC basées sur la technologie MMC [ 20 ]. La liaison T rans Ba y Cable permet de transmettre 400
MW avec un bus DC de ±200 kV et des Convertisseurs comportant 216 sub-modules par bras [21].
Différentes types des systèmes de transmission HVDC
Les systèmes de transmission HVDC peuvent être classifiés en trois types différents:
 Liaison dos à dos "back-to-back";
 Liaison entre deux terminaux ;
 Liaison multi-terminaux.
Liaison dos à dos "back-to-back"
La liaison back-to-back indique que les deux convertisseurs (redresseur, onduleur) sont localisées dans la
même station, figure (I.2). Elle est principalement utilisée pour la transmission de puissance entre

deux réseaux alternatifs adjacents qui ne peuvent pas être synchronisés. Elle peut également être
utilisée dans une maille grille afin d'obtenir un débit de puissance définie.
Figure (I.2): Configuration d’un système back to back [4]
Liaison HVDC entre deux terminaux
Elle utilise un seul conducteur et le chemin de retour est assuré par la terre ou l’eau. Les considérations
économiques conduisent souvent à privilégier ces systèmes dans le cadre de transmission par câble. Dans
cette liaison on distingue deux configurations [8]:
 Configuration monopolaire
Pour de très longues distances et en particulier pour de très longues transmissions
par câble de mer, une voie de retour avec le sol/mer électrodes sera la solution la plus
réalisable.
Figure (I.3): Configuration monopolaire avec chemin de retour lié à la masse [4]

Dans de nombreux cas, l'infrastructure existante ou contraintes environnementales empêchent
l'utiliser des électrodes. Dans de tels cas, un trajet de retour métallique est utilisé en dépit
d’augmentation des coûts et des pertes [4].
Avantages d’une liaison monopôlaire
- L'avantage de ce type de liaison est économie de la matière entrant dans la fabrication des
conducteurs;
- Diminution de la chute de tension dans les lignes.
Inconvénients d’une liaison monopôlaire
- Le retour par la terre ou par la mer sera un inconvénient pour une grande densité de courant;
- Le fonctionnement n'est possible que en régime de normale ce qui considère un inconvénient de
point du vue sécurité d'alimentation.
 Configuration bipolaire
Il s'agit de la configuration la plus couramment utilisée dans les systèmes de transmission de puissance
HVDC. La configuration bipolaire, illustrée à la figure (I.4), dispose de deux conducteurs isolés utilisés
comme pôles positif et négatif. Les deux pôles peuvent être utilisés indépendamment si les deux sont
neutres à la terre cela augmente la capacité de transfert de puissance [4].

Sous fonctionnement normal, les courants circulant dans chaque pôle sont égaux, et il n'y a pas de courant
de terre. En cas de défaillance d'un pôle de transmission de puissance l'autre pôle peut se poursuivre ceci
montre que sa fiabilité est élevée. La plupart des systèmes de transmission HVDC sont bipolaires [4].
Figure (I.4): Configuration bipolaire [4]
Avantages d’une liaison bipôlaire
- la tension continue est appliquée sur les deux postes de conversion a chaque instant ce qui favorise d'élever
la tension et par conséquent la diminution des pertes par effet de joule dans les lignes;
- Le fonctionnement de la liaison ne s'arrête d'une manière totale que lors de panne de deux postes;
- En régime normale la mise à la terre éliminé les courants de fuites.
Inconvénients d’une liaison bipôlaire
- Une chute de tension importante dans les thyristors;
- L'utilisation des thyristors à courant admissible élevé sont très dimensionnés et très chers.
Liaison HVDC multi-terminaux