Compensation des perturbations en tension des réseaux de

Quatrième Conférence sur le Génie Electrique, le 03-04 Novembre2010, Université de Bechar, Algérie
Compensation des perturbations en
tension des réseaux de distribution,
DVR (Dynamic Voltage Restorer)
multifonctions
M. N. Tandjaoui, C. Benachaiba , O. Abdelkhalek
Université de Bechar

Résumé— Le problème de la qualité de l’énergie est un
occurrence manifesté comme les perturbations de tension, de
courant ou de fréquence qui a des problèmes aux charges
sensibles et critiques comme les pannes, les pertes financières
significatives et peu avoir même des défiances des équipements
industriels importants. Alors, la découverte des FACTS est faite
pour répondre à la question de la qualité de l’énergie. Parmi ces
derniers, le DVR est réservé pour corriger les perturbations de
tension. Il est basé sur le principe d’électronique de puissance à
cause de son équipement de la conversion d’énergie (VSC), il
atténue les défauts de tension par une injection des tensions
compensatrices en série avec le système d’alimentation à l’aide
d’un transformateur d’injection.
Mot clé: FACTs, DVR, Qualité d’énergie, Compensateur Série
pannes électriques ou par l'excitation des grandes charges
qui exigent au démarrage un appel du courant très
important. Pour compenser ces perturbations en utilise un
DVR qui est basé sur le principe d’un convertisseur de
source
de
tension.
II. RESTAURATEUR DYNAMIQUE DE TENSION (DVR)
Le DVR est un dispositif de la qualité de l’énergie
(Figure1) qui possède un circuit de commande pour
contrôler et surveiller la tension au point d’accouplement
commun PCC, et un système de stockage d'énergie ayant
des capacités maximale pour injecter des tensions compensatrices
à travers un transformateur d'injection qui relié cet dispositif en
série avec le réseau.
I. INTRODUCTION
L
systèmes d'alimentation actuels sont des réseaux
complexes, comprenant des grands partis tel que la
production, le transport, et la distribution de l'énergie
électrique, le souci principal des consommateurs est la
qualité de l'énergie à des divers centres de charge à où ils
sont situés.
La source
Transformateur
d’injection
ES
Les problèmes de la qualité de l’énergie sont associés à
un nombre étendu des perturbations dans les systèmes
d'alimentation avec une large gamme des tranches de
temps telles que: les variations de longues durée, de courte
durée et d'autres perturbations. Leurs conséquences ont pu
s'étendre des défauts techniques aux appareils électriques
sensibles, ainsi, en termes économiques, ils présentent des
pertes financières dues à l'arrêt de production au niveau de
l'industrie.
En ce papier, en visé seulement les perturbations en
tension; qui sont provoquées principalement par des
Vs(t)
La charge
Vc(t)
Vinj(t)
(b)
(a)
Système de
contrôle
VSC
(c)
Stock d’énergie
Fig. 1: schéma simplifié de la tension injecté par le DVR dans le système
d’alimentation.
Le DVR peut avoir une excellente exécution dynamique et
capable d’une protection critique d’une charge sensible contre
les différentes perturbations de tension. Une meilleure
compréhension de ce dispositif est importante pour
atténuer ces problèmes de la qualité de l’énergie, ceci
nous permettrait de nous servir d'une meilleure manière
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des fonctions de tels dispositifs avec des techniques
efficaces de commande.
a beaucoup de boîtes d'outil qui peuvent être utilisées dans
ce travail et est facile de comprendre (Figure 3).
A. Principe de Fonctionnement d’un DVR
Le DVR est un dispositif qui injecte une tension absente
et dynamiquement commandée Vinj(t) en série dans le
système de distribution qui contient des charges que l’on
veut protéger contre les défauts néfastes influent la tension
de charges Vch(t), comme les creux de tension et les
surtensions qui sont invisibles par les charges. Quand le
DVR remarqué une déformation au niveau de la tension
(Figure 1 (a)), le système de contrôle fait une comparaison
entre la tension nominale et la tension perturbée afin d'obtenir
une tension appropriée (Figure 1 (b)) à la tension perdue qui
sera injectée par le DVR pour maintenir la stabilité de la
tension de charge (Figure 1 (c)), cette différence de tension
exige une certaine quantité de la puissance active et réactive de
DVR. La stratégie de commutation de VSC est basée sur la
technique de la commande MLI qui offre la simplicité et
bonne réponse.
Les paramètres de simulations sont identiques dans tout
le travail tel que:
B. Modélisation Vectorielle de DVR
La compensation des anomalies de tension peut être
limitée par un certain nombre de facteurs, y compris
l'estimation de puissance active de DVR, les conditions de
charge, et les types de défaut. La stratégie de commande
devrait un pouvoir de compenser n'importe quelles
perturbations de tension. La figure 2 montre un diagramme
vectoriel pour compenser les défauts en tension. Au début,
le vecteur de tension de charge Vc est le même que le
vecteur Vspre-défaut, et est supposé pour être 1.0 p.u. si la
tension perturbée, le vecteur réel de la tension de source
Vs est déplacé à Vs_défaut. Pour reconstituer le vecteur de
tension de charge Vc, un vecteur de tension injecté Vinj est
fourni par le DVR.
Vc
Vinj
α
δ
Fig. 3: modèle simulation d’un DVR
Vs_défaut
φ
1p.u
I
Fig. 2: diagramme vectoriel de la compensation de DVR
- La tension composée est de 400v
- La fréquence est de 60Hz
- La période de défaut est 0.2s
Dans ce travail, en applique des différentes
perturbations en tension sur deux phases d’un système
triphasé.
A. Creux de tension
Ce défaut est simulé par une source de tension
programmable paramétrée comme suit: tension efficace phasephase Us= 400v, phase initiale 0°, l’amplitude de creux 0.7
pu, appliquée dans un intervalle du temps de 0.1s à 0.3s
Quand le DVR détecté un défaut de la tension au point
PCC sous forme d’une diminution de la tension nominale
(Figure 4(a)), il intervient immédiatement par une injection
d’une tension compensatrice synchronisé et en phase
(Figure4(b)), pour que la charge à protéger garde toujours sa
tension propre et efficace (Figure 4(c)).
Au moment de la compensation, le DVR doit consommer
certaine quantité d’énergie par la source ce qui signifier
l’augmentation de courant de source Is (Figure 5). La
variation de la tension continue Vdc explique les états de
charge et décharge de la capacité de lien C.C pendant la
compensation.
III. SIMULATIONS RESULTATS DES
Afin de modéliser le DVR, en le simulé proche de
L'environnement de MATLAB/ SIMULINK, qu’est un
outil utile pour mettre en application cette étude parce qu'il
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La figure 6(a) illustré une surtension sur deux phases d’un
système triphasé. Alors, le DVR doit injecter la tension
manquante synchronisée et en opposition de phase à celle de
la tension de source (Figure 6(b)), afin d’éliminé les
élévations de la tension pour gardé la stabilité de la tension de
Vs
(a)
Vs
(a)
Vinj
Vinj
(b)
(b)
Vch
Vch
(c)
(c)
la charge à protéger (Figure 6(c)).
Fig. 4: Compensation des creux de tension
Fig. 6: Compensation des surtensions
750
736.5
740
V dc
Vd
730
736
720
735.5
Vdc
c
710
735
700
734.5
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.1
0.5
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
T(s)
T(s)
60
40
Ich
20
Is
0
Is
-20
-40
-60
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
T(s)
Fig. 5: L’allure de la tension de bus continu et le courant de source au creux
de tension
Fig. 7: Les courbes de Vdc et les courants de source au moment des
surtensions.
B. Surtension
Dans le bloc de source programmable, en impose
l’amplitude de 1.2, c-à-d, en programme une élévation de 20%
de la tension nominale pendant 0.2s.
Dans cette cas, on remarque une immersion au niveau de
courant de source Is entre les instants 0.1s et 0.3s, figure 7, ce
qui signifie la décharge de bus continu, c-à-d, la capacité se
décharge dans le réseau pour compenser cette anomalie de
tension, au moment de cette correction,
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C. Déséquilibre
Ce défaut est produit seulement dans les systèmes triphasés
de tel sort que l’amplitude et le déphasage des trois phases ne
sont pas égaux.
Dans ce cas, en constate que le DVR à le pouvoir de
corriger cette anomalie de tension dans les systèmes triphasés
comprenant un déséquilibre provoqué par des charges
monophasés importantes (Figure 8).
Vs
(a)
Vs
(a-1)
Les variations au niveau de la tension Vdc indiquent que la
capacité de lien CC fonctionne pour compenser ce
déséquilibre sans toucher le courant de source Is ce qui est
montré dans la figure 9.
D. Harmoniques
Les harmoniques de tension sont des signaux de fréquences
multiples à celle de la fondamentale, qui proviennent
principalement des charges non linéaires.
La figure 10(a) édite l’existence des harmoniques donnés
sur deux phases d’un système triphasé, et la figure 10(A-5)
présente ces phénomènes en clair. À partir de la figure 10(b),
on constate que dès l’instant à 0.1s, le DVR commence à
dépolluer ce système pour éliminer ces harmoniques afin
d’obtenir une tension stable de la charge à protéger
(Figure10(c)). Alors, le taux de distorsion totale des
harmoniques THD est de valeur 10.61% avant la correction,
après l’intervention de DVR, le THD est devient 1.84% aux
bornes de la charge, ce qui signifie que notre charge est bien
protégée contre les harmoniques de tension.
Dans ce cas, le courant de source ne subit plus des
perturbations à l’existence des harmoniques de tension dans
notre système triphasé, cela est signifié à partir de la figure 11
où les formes d’ondes de courant de source Is restent
constants, de plus, on remarque que la tension continue Vdc de
bus continu présente des variations identiques durant la durée
de la compensation.
Vinj
(b)
Fig. 10: Compensation des harmoniques de tension
Vch
(c)
Vs
Fig. 8: Compensation d’un déséquilibre de tension
Vdc
(a)
Vs
(A-5)
Is
Vinj
(b)
Fig. 9: Les courbes de Vdc et les courants de source au déséquilibre de tension
en fréquence.
Vch
(c)
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[4]
[5]
Vdc
Is
S.V Ravi Kumar & S. Siva Nagaraju, Simulation Of D-Statcom And Dvr
In Power Systems, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences,
ISSN 1819-6608, JUNE 2007.
A.Rai & A. K. Nadir, Modeling & Simulation of Dynamic Voltage
Restorer (DVR) for Enhancing Voltage Sag, Sensors & Transducers
Journal, Vol. 87, Issue 1, January 2008.
.
Fig. 11: Les courbes de Vdc et les courants de source au moment des
harmoniques de tension
A partie de cet essai, en constate que le DVR est un
équipement le plus souple car il ne tire pas la puissance
réactive de réseau d’alimentation, il a leur propre dispositif
(condensateur) qui fourni cette puissance au réseau.
IV. CONCLUSION
Les résultats de simulation ont démontré les possibilités de
DVR pour compenser des différentes anomalies de tension,
On l'a constaté que son modèle est bien exécuté avec une
charge linéaire.
Le DVR a une excellente exécution pour protéger les
charges critiques. Il peut traiter tous les niveaux d'ombre de
sévérité de défaut grave et le plus mauvais. Il manipule des
situations équilibrées et déséquilibrées sans aucune
difficulté, et il injecté le composant approprié de tension
pour corriger n'importe quelle anomalie dans la tension
d'alimentation pour maintenir la tension de charge
équilibrée et constante à la valeur nominale.
L'étude de totalité a été principalement impliquée de la
commande et de la protection de DVR, exécution de ce
dernier est démontrée avec l'aide de MATLAB.
REFERENCES
[1]
[2]
[3]
B. Paisan, M. Nadarajah, Understanding of Dynamic Voltage Restorers
Through MATLAB Simulation, Thammasat Int. J. July-September 2006..
M. N. Khalid & M. Hasmaini, digital simulation of (ups) and
(dvr) for voltage sag mitigation.H. Poor, An Introduction to Signal
Detection and Estimation. New York: Springer-Verlag, 1985, ch. 4.
M. Ali.Taghikhani & A. Kazemi, A New Phase Advanced Multiloop
Control System For DVR, International Journal of Emerging Electric
Power Systems, Article 1072, 2005.
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