PRAOGEN: outil d`etudes de raccordement des producteurs

PRAOGEN : OUTIL D’ETUDES DE RACCORDEMENT DES PRODUCTEURS SUR LES RESEAUX
MOYENNE TENSION
J.L. Fraisse, F. Boulanger, Ph. Juston, P. Lemerle, O. Jeannin
EDF-DEGS; EDF-R&D, France
En France depuis le début des années 90, la
production indépendante raccordée aux réseaux
moyenne tension (MT) s’est fortement développée
à la suite d’évolutions tarifaires. Or les réseaux MT
ont été planifiés jusqu’à présent en supposant que
la production raccordée était marginale. L’arrivée
de production de puissance relativement
importante peut alors poser les problèmes
suivants :
• dépassement des capacités de transit des
ouvrages d’évacuation (lignes, câbles,
transformateur HTB/HTA),
• modification du plan de tension du réseau,
• tenue des matériels aux courants de courts-
circuits,
• dysfonctionnement du plan de protection,
• perturbations de la transmission du signal
tarifaire 175 Hz.
Le ministère public a donc publié les textes
réglementaires définissant les conditions
techniques de raccordement des installations de
production sur les réseaux de distribution MT. EDF
a décliné ces règles dans un référentiel technique
qui décrit l’ensemble des études à mener lors du
dépôt d’une demande de raccordement d'un
producteur. L'instruction de ces demandes doit être
réalisée dans un délai court (trois mois).
EDF a donc développé un nouveau logiciel
PRAOGEN qui permet :
• d’une part de détecter les contraintes
thermiques et les contraintes de tension
éventuelles causées par le raccordement d’un
ou plusieurs producteurs,
• d’autre part de détecter si la tenue des
matériels aux courants de court-circuit est
dépassée et si le réglage des protections est
correct.
C’est cette seconde application que nous
présentons ici.
Tenue des matériels aux courants de court-
circuit
Les matériels (disjoncteurs, interrupteurs) et les
conducteurs (lignes aériennes ou câbles) sont
spécifiés pour supporter un certain niveau de
courant de court-circuit. L'augmentation des
niveaux de courant de court circuit causée par un
nouveau producteur ne doit pas entraîner de
dépassement de la tenue d’un quelconque des
ouvrages du réseau.
La difficulté essentielle provient du fait que l’on ne
connaît pas a priori quel est l’ouvrage en
contrainte. Il faut donc effectuer un calcul de
courant de court circuit pour chaque ouvrage du
réseau de distribution. De plus il faut considérer
non seulement le schéma d'exploitation normal
mais aussi les schémas de secours, ce sont donc
plusieurs centaines de calcul qui sont à effectuer.
PRAOGEN enchaîne donc automatiquement ces
calculs de courant de court-circuit et détermine
ainsi les contraintes éventuelles.
Réglage des protections
Le plan de protection actuel des réseaux MT d'EDF
repose sur des protections à maximum de courant
à temps constant installé sur chacun des départs.
Pour les défauts polyphasés, le seuil de la
protection est réglé de pour détecter un défaut
biphasé situé au point le plus éloigné
électriquement du départ. Dans ces conditions, il
faut s’assurer que le courant de court-circuit injecté
par les groupes de production connectés sur un
départ sain reste inférieur à ce réglage pour un
défaut situé sur un départ adjacent. Dans le cas
contraire on observera un déclenchement
intempestif.
PRAOGEN calcule les seuils de réglage des
protections ampèremétriques en tenant compte
des schémas de secours, détecte leur risque de
fonctionnement intempestif et propose alors
d'installer une protection directionnelle sur le
départ.
Le logiciel PRAOGEN fonctionne sur PC sous
Windows. Les données nécessaires à l'ensemble
des calculs précédents sont soit stockées dans les
bases de données du distributeur (données
réseau) soit renseignées par l'utilisateur (données
producteur).
La présentation des résultats utilise les outils
bureautiques standards (type EXCEL). Leur
intégration dans les rapports d'études en est
facilitée.
Grâce à ce nouvel outil, EDF est donc à même de
traiter rapidement les demandes de raccordement
des producteurs sur les réseaux MT et d'assumer
ainsi pleinement une de ses fonctions de
gestionnaire de réseau de distribution.

PRAOGEN : OUTIL D’ETUDES DE RACCORDEMENT DES PRODUCTEURS SUR LES RESEAUX
MOYENNE TENSION
J.L. Fraisse, F. Boulanger, Ph. Juston, P. Lemerle, O. Jeannin
EDF-DEGS; EDF-R&D, France
INTRODUCTION
En France jusqu’à présent, les ouvrages de
production raccordés aux réseaux de distribution
MT étaient peu nombreux, constitués surtout de
petits aménagements hydrauliques de faible
puissance unitaire (quelques MW).
Depuis 1992, à la suite d’évolutions tarifaires, la
production indépendante raccordée au réseau
moyenne tension s’est fortement développée.
Tout d’abord sont apparues des centrales de
pointe (fonctionnant 396 heures par an), de
puissances comprises entre 4 à 8 MW.
Ensuite pour favoriser le développement
d’utilisations rationnelles de l’énergie des tarifs
attractifs couplés à l’obligation d’achat d’électricité
par les distributeurs ont été proposés. Ils
concernent :
• des installations de production fonctionnant en
cogénération et satisfaisant à des critères de
performance,
• des installations de valorisation de déchets.
Ce sont désormais ces types d’installations qui
connaissent un fort développement.
Enfin EDF, avec le concours du ministère de
l’industrie, a décidé en 1995 un programme
d’équipement de 250 à 500 MW d’éoliennes d’ici
2005. A la suite de la directive européenne sur le
développement des énergies renouvelables les
objectifs de ce programme vont être revus à la
hausse.
Pour les raisons indiquées ci dessus, on assiste
donc depuis 1992 à une forte augmentation des
demandes de raccordement d’ouvrages de
production au réseau MT. Leur puissance unitaire
peut parfois dépasser les 10 MW dans certains cas
particuliers. Une enquête récente (1999) recensait
une production installée en MT de 3800 MVA
(l’équivalent de trois tranches nucléaires !) et un
portefeuille de projets de raccordements MT de
2600 MVA. Un poste source sur deux est concerné
par la production et pour 20% des postes la
puissance installée est supérieure au quart de la
puissance du transformateur.
C’est dire que la production MT ne peut plus être
considérée comme marginale et que les conditions
techniques de raccordement aux réseaux de
distribution doivent être étudiées avec soin.
Dans ce contexte, le Ministère de l’Industrie a
publié des arrêtés techniques définissant les
conditions de raccordement des installations de
production [1]. Lorsqu’un producteur dépose une
demande de raccordement, le distributeur dispose
d’une durée de trois mois pour vérifier si les
conditions techniques prévues dans les arrêtés
sont respectées. EDF a donc bâti un référentiel
technique définissant le contenu d’une étude de
raccordement : méthodes de calcul, hypothèses,
modélisations retenues.
Les points principaux traités dans une étude de
raccordement sont les suivants :
Intensité maximale admissible des ouvrages
d’évacuation
La production livrée au réseau ne doit pas
provoquer de surcharges sur le réseau
d’évacuation (lignes, câbles, transformateur
HT/MT).
Modification du plan de tension du réseau
Le raccordement d’un producteur sur un départ MT
provoque une élévation du profil de tension du
départ auquel il est raccordé. Cette élévation de
tension est bien sûr d’autant plus forte que la
puissance fournie au réseau est importante. Elle se
répercute sur tous les réseaux BT alimentés par ce
départ et peut conduire en période de charges
faibles à franchir la limite de tension haute
contractuelle en MT et/ou en BT.
Tenue des matériels aux courants de courts-
circuits
Lorsqu’un défaut se produit sur le réseau, les
groupes de production connectés participent à
l’alimentation du défaut. Le niveau des courants de
court-circuit augmente donc en tout point du
réseau MT. Cette augmentation ne doit pas

provoquer de dépassement de la limite spécifiée
aux courants de court-circuit des matériels
(appareillage et conducteurs).
Dysfonctionnement du plan de protection
Du fait de la politique de mise à la terre retenue, le
plan de protection contre les défauts à la terre n’est
pas impacté par le raccordement de groupes de
production sur les réseaux MT. Il n’en va pas de
même pour les défauts polyphasés. On observe
deux phénomènes :
• Diminution du courant de défaut apporté par le
transformateur HT/MT pour un défaut sur le
départ producteur. Si cette diminution est trop
importante, le courant de défaut peut devenir
inférieur au seuil de réglage et le défaut n’est
plus détecté,
• Pour un défaut sur un départ adjacent, les
groupes de production vont injecter un courant
de court-circuit qui peut devenir supérieur au
seuil de réglage de la protection. On assiste
alors à un déclenchement intempestif du
départ «producteur».
Perturbations de la transmission du signal
tarifaire 175 Hz.
Une installation de production raccordée en MT
diminue le niveau du signal tarifaire 175 Hz reçu
par les clients [2]. Ceci est du au mode d’injection
série utilisé. Cette atténuation doit rester
suffisamment faible pour ne pas perturber les
clients.
ETUDE DE RACCORDEMENT
On voit donc qu’une étude de raccordement
nécessite un travail relativement complexe (même
si les principes sont simples) dans un temps
imparti court (trois mois).
Il est donc apparu raisonnable de doter les équipes
chargées de traiter les demandes de raccordement
d’outils informatiques permettant d’automatiser les
études.
Pour la propagation du signal 175Hz, l’outil existait
déjà : il s’agit du logiciel HARMONIQUE [3] pour
lequel on a simplement précisé les conditions
d’emploi (hypothèses d’études, modélisations).
Par contre concernant les calculs de contraintes
thermiques, de plan de tension, de courant de
court-circuit et de réglage des protections, il
n’existait pas de logiciels prenant en compte la
production. EDF a donc décidé de développer un
outil permettant de traiter l’ensemble de ces points.
LE LOGICIEL PRAOGEN
Le logiciel PRAOGEN a été développé en deux
étapes. Un premier module permettant de traiter
les contraintes thermiques et les contraintes de
tension a été mis à disposition en 1998 [4]. Il est à
l’heure actuelle opérationnel dans les centres de
distribution d’EDF.
Après ce déploiement, le développement du
second module a été engagé. Il traite les points
suivants :
• Détection des contraintes de courant de court-
circuit,
• Réglage des protections.
Comme pour le premier module, des spécifications
fonctionnelles détaillées ont été établies. A partir
de celles-ci, le code a été développé sur la plate-
forme logicielle MOSAIC [5]. Cette plate-forme sur
PC Windows (langage de programmation C++)
permet une réutilisation de « briques logicielles »
existantes, source de diminution des coûts de
développement.
Après une phase de recette, le module 2 va être
déployé dans les centres utilisateurs en 2001.
Nous présentons ci-après les principales
fonctionnalités du module 2 de PRAOGEN.
Calcul de courant de court-circuit
Il s’agit de déterminer quels sont les éléments de
réseau dont la tenue limite spécifiée aux courts-
circuits est dépassée du fait du raccordement de
groupes de production.
Une première difficulté est liée au fait que la tenue
des matériels n’est pas uniforme. Si pour
l’appareillage (disjoncteurs, interrupteurs) une
certaine standardisation existe (paliers techniques
8kA et 12.5kA), la tenue des conducteurs est
beaucoup plus hétérogène (voir tableau).
Ligne
aérienne
Almelec
Iccmax Cables
HN33
Iccmax
34 mm21.7 kA 50 mm24.6 kA
75 mm25.8 kA 95 mm28.6 kA
117 mm27.2 kA 150 mm213.7 kA
148 mm28.1 kA 240 mm221.9 kA

Il n’est donc pas possible de connaître a priori
l’élément du réseau qui va rentrer en contrainte le
premier : ce peut être indifféremment les
disjoncteurs des départs au poste-source que
quelques tronçons de ligne aérienne à l’extrémité
d’un départ. Il est donc nécessaire d’évaluer le
niveau de courant de court-circuit en tout point du
réseau. Pour un poste source comprenant une
dizaine de départs, chacun étant constitué d’une
centaine de tronçons, on arrive à un millier de
calculs de courant de circuit à effectuer.
Il faut d’autre part étudier non seulement le
schéma normal d’exploitation mais aussi les
schémas de secours. C’est donc en définitive
plusieurs milliers de calculs de courant de court-
circuit qui doivent être effectués.
Une seconde contrainte forte que nous nous
sommes fixés a été de suivre la norme
internationale CEI-909 [6] de façon à éviter toute
contestation sur les résultats fournis par le logiciel.
Nous rappellerons simplement les grandes lignes
de la méthode proposée dans la norme CEI-909.
L’évaluation des courants de court-circuit est
effectuée sur le réseau à vide à une tension égale
à 1.1 fois la tension nominale du réseau. Les
éléments du réseau (lignes, transformateurs) sont
modélisés par des impédances (on néglige les
capacités latérales) et les groupes de production
par leur réactance subtransitoire x’’d. Cette
modélisation permet d’obtenir le courant de court-
circuit symétrique initial I’’k. A l’aide de formules de
transformation données dans la norme, on en
déduit le courant coupé Ib, courant qui sera
comparé à la limite des matériels.
L’algorithme du logiciel peut être rapidement décrit
de la façon suivante :
• Importation du réseau étudié à partir des bases
de données existantes dans les centres. On
récupère la topologie du réseau et les
caractéristiques (impédances) des éléments,
• Saisie des caractéristiques des installations de
production. Le nombre de données
nécessaires est relativement limité. Il s’agit
principalement de la puissance installée, des
réactances subtransitoires des machines, des
réactances des transformateurs élévateurs et
de l’impédance de la ligne d’évacuation,
• Sélection des schémas d’exploitation retenus,
• Pour chaque schéma et pour chaque élément
du réseau positionnement du défaut triphasé,
• Réduction du réseau aux nœuds source
(réseau HT, groupes de production), nœud
défaut, et nœuds dérivation,
• Calcul du courant de court-circuit sur l’élément
considéré par inversion de la matrice
impédance.
A la fin des calculs, on connaît pour chaque
élément du réseau le courant de circuit obtenu
pour chaque schéma d’exploitation. Ces valeurs
sont alors comparées aux limites spécifiées des
différents éléments.
Deux types de restitution sont mis à la disposition
de l’utilisateur. D’une part, les éléments en
contrainte sont affichés graphiquement à l’écran.
D’autre part un tableau récapitulatif au format
EXCEL est créé. Ce tableau contient non
seulement les résultats complets mais aussi le
récapitulatif de toutes les hypothèses et données
utilisées. Il peut ainsi être récupéré directement et
mis dans le dossier d’étude de raccordement.
Réglage des protections
L’autre fonctionnalité qui a été réalisée dans le
module 2 de PRAOGEN concerne le réglage des
protections.
Rappelons dans un premier temps le plan de
protection des réseaux de distribution d’EDF. Ceux
ci sont constitués de départs radiaux (exploitation
débouclée) alimentés par un transformateur
HT/MT.
Chaque départ est protégé par :
• une protection à maximum de courant phase
contre les défauts polyphasés. Son seuil de
réglage est fixé à 0.8 Iccbi, Iccbi étant le
courant de court-circuit biphasé franc au point
le plus éloigné (électriquement) du départ. Ce
réglage permet d’éliminer tout défaut biphasé
ou triphasé franc apparaissant sur le départ.
• une protection à maximum de courant résiduel
(trois fois le courant homopolaire) contre les
défauts à la terre. Son réglage est fixé à 1.2 Ic,
Ic étant le courant capacitif résiduel du départ.
On évite ainsi tout déclenchement de départ
sain. Pour les départs très capacitifs la
sensibilité de détection de cette protection
diminue et on peut être amené à installer des
protections wattmétriques homopolaires.
Le jeu de barres MT du poste source est quant à
lui protégé par une protection installée sur l’arrivée.
Cette protection est constituée d’un relais à
maximum d’intensité phase et d’un relais à
maximum de courant résiduel. Elle assure de plus
une fonction de secours en cas de défaillance
d’une protection départ.
Enfin une protection est placée au point de
connexion de toute installation raccordée au
réseau. Elle est chargée de déconnecter

l’installation en cas de défaut interne. Elle est aussi
constituée d’un relais à maximum de courant
homopolaire et d’un relais à maximum de courant
phase.
Influence du producteur sur la sensibilité et la
sélectivité du plan de protection.
Le plan de protection contre les défauts à la terre
n’est pas affecté par la présence de groupes de
production raccordés sur les départs MT. En effet
les installations de production sont raccordées au
réseau MT au travers d’un transformateur à
couplage étoile (côté groupe) - triangle (côté
réseau). Les courants homopolaires vus par les
protections des départs ne sont pas modifiés lors
de l’apparition d’un défaut phase-terre.
Il n’en va pas de même en ce qui concerne les
défauts polyphasés. L’apport de courant de court-
circuit par les groupes de production modifie les
courants de court-circuit vus par les protections
des départs.
Défaut sur le départ producteur. Le courant de
défaut injecté au niveau du poste source par le
transformateur a tendance à diminuer lorsque la
centrale est en fonctionnement (Figure 1).
Protection
Défaut biphasé
IPI
Transformateur
HT/MT dérivation
Figure 1 : défaut sur le départ producteur
Il peut donc être nécessaire de revoir le seuil de
réglage de la protection du départ producteur.
Défaut sur un départ adjacent. Lorsqu’un défaut
apparaît sur un départ adjacent, les groupes de
production injectent un courant de court-circuit qui
est vu par la protection de leur départ (Figure 2). Si
ce courant est supérieur au seuil de réglage on
observera un déclenchement intempestif du départ
producteur. Dans ce cas, le remplacement de la
protection par une protection à maximum de
courant directionnelle est nécessaire.
Défaut
triphasé
PI
Protection
Transformateur
HT/M
T
I
Figure 2 : défaut sur un départ adjacent
Le logiciel PRAOGEN réalise automatiquement le
réglage du plan de protection. L’algorithme retenu
est le suivant :
• sélection par l’utilisateur des différents
schémas d’exploitation,
• pour chaque schéma d’exploitation calcul du
courant de court-circuit biphasé minimum vu
par la protection du départ qui alimente le
producteur. Pour cela on effectue un défaut
biphasé sur toutes les extrémités du départ,
• pour chaque schéma d’exploitation calcul du
courant de court-circuit maximum vu par la
protection du départ qui alimente le producteur
pour un défaut sur un autre départ. Pour cela
on effectue un défaut triphasé sur le jeu de
barres MT du poste.
A l’issue du calcul, PRAOGEN propose un réglage
des protections des différents départs qui peuvent
alimenter le producteur et l’installation éventuelle
de protections directionnelles.
Une vérification du réglage de la protection placée
au point de couplage de l’installation de production
est également réalisée, cette protection étant elle
aussi susceptible de déclencher intempestivement
pour des défauts apparaissant sur le réseau de
distribution.
Comme pour l’étude des contraintes des matériels
aux courts-circuits, deux types de restitution pour le
réglage des protections sont fournis (à l’écran et
fichier EXCEL).
CONCLUSION
Jusqu’à présent dans les études de raccordement
de producteurs aux réseaux de distribution, un
certain nombre de points étaient traités de façon
simplifiée, faute d’outils adaptés capables de
réaliser le nombre élevé de calculs nécessaires.
Le logiciel PRAOGEN comble maintenant cette
lacune. Associé au logiciel HARMONIQUE, il