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a libéralisation des marchés énergétiques
oblige les compagnies d’électricité à
repenser de fond en comble leur mode d’organi-
sation. D’une part, le secteur se développe pour
proposer des services énergétiques, des contrats
de fourniture et des services basés sur les tech-
nologies de l’information; d’autre part, il doit
accroître le taux d’utilisation de ses équipements,
réduire ses coûts de maintenance, augmenter la
rentabilité de ses investissements en optimisant le
fonctionnement des infrastructures existantes et
en réduisant ses effectifs, etc., pour atteindre ses
objectifs financiers.
Qui plus est, des contraintes économiques et
de respect de l’environnement feront de la pro-
duction décentralisée par des unités d’une puis-
sance inférieure à 10 MW un concurrent sérieux
de la production centralisée, ceci dans un avenir
très proche. On prévoit que dès 2010, environ
25% des nouvelles installations de production
seront constitués de moyens décentralisés. La
déréglementation et la part croissante de produc-
tion décentralisée auront, toutes deux, un impact
sur la qualité de l’alimentation fournie par les
réseaux de distribution. Sur un marché concurren-
tiel en mutation rapide, la qualité de l’alimentation
sera un critère encore plus déterminant qu’aujour-
d’hui [1]. Les investissements nécessaires pour
atteindre un niveau de qualité donné peuvent
varier considérablement en fonction de la structure
du réseau de distribution. En outre, la valeur de la
qualité de l’alimentation est en fait déterminée par
les conséquences de sa non qualité. Ainsi, par
exemple, les coûts engendrés par une coupure
peuvent varier de plusieurs millions de dollars
pour une poignée de consommateurs (notamment
Qualité de l’alimentation électrique
Les nouveaux fondements
de la distribution électrique
en moyenne tension
Lothar Heinemann, Gerhard Mauthe, Jean-Jacques Maillet, Morten Hellum
Plusieurs facteurs ont un impact négatif sur la qualité de l’alimentation des réseaux de distribution à
moyenne et basse tension: perturbations (foudre, commutation de charges, courts-circuits), part croissante
des sources d’énergies renouvelables et moindre redondance des lignes et des postes. Pour améliorer la
qualité de l’électricité fournie par ces réseaux, au moins aux clients particulièrement sensibles, le marché
propose actuellement une large palette de produits fondés soit sur une technologie traditionnelle aux perfor-
mances améliorées, soit sur des systèmes de conversion à électronique de puissance. Cependant, des solu-
tions plus économiques seront nécessaires à l’avenir pour satisfaire l’augmentation des besoins d’un marché
de l’électricité déréglementé et concurrentiel. Outre l’électronique de puissance, les technologies de
l’information joueront également un plus grand rôle dans le nouveau paysage du marché de l’électricité.
L
Nombre de clients
Coûts des défauts par coupure
101100 1000 10000
1Corrélation type entre le coût des conséquences
d’une coupure d’alimentation dans un réseau de
distribution et le nombre de clients, sans prendre en
compte les effets des nouvelles réglementations.

50 Revue ABB 3/2000
Transmission and Distribution
les sites de production fortement automatisés
comme ceux de l’industrie des composants élec-
troniques ou de la chimie) à presque rien pour la
grande majorité des clients. Le schéma illustre
un exemple type de sensibilité à la qualité de l’ali-
mentation en fonction du nombre de consomma-
teurs raccordés à un réseau de distribution.
Pour offrir aux consommateurs un niveau de
qualité adapté à leurs besoins, deux solutions
sont en principe envisageables:
■ Le niveau de qualité de l’ensemble du réseau
de distribution MT peut être amélioré par l’instal-
lation de systèmes correcteurs à proximité des
postes primaires.
■ Des systèmes locaux qui contribuent à la
qualité de l’onde de tension peuvent être installés
à proximité des consommateurs sensibles ou au
voisinage immédiat de la charge critique.
Le niveau de puissance d’un système local
contribuant à la qualité varie de moins d’un kW,
pour les petites installations de désensibilisation,
à plusieurs dizaines de MW, pour les installations
protégeant les sites de l’industrie lourde. Les
petits dispositifs d’amélioration de la qualité sont
toujours installés sur la partie basse tension, alors
que pour les plus grosses puissances, le côté
moyenne tension est plus avantageux.
Les systèmes d’amélioration de la qualité met-
tent en œuvre soit une technologie traditionnelle
aux performances améliorées, soit une technique
1
Tableau MT Tableau BT
Poste du secteur
Réseau
bouclé MT
3 ~
3 ~
Industrie lourde
Immeubles de bureau,
banques,
centres commerciaux,
hôpitaux…
Agglomérations
Poste secondaire
Poste primaire
Transformateur
HT/MT
Transformateur
HT/MT
Transformateur
MT/BT
Ligne
HT 1
Ligne
HT 2
Poste primaire
Disjoncteur
Zones rurales
3 ~
Poste secondaire
Transformateur MT/BT
SVC, DVR, MV-UPS,
STATCOM ....
SSTS
LV-PFC
LV-UPS
MV-PFC
2Configuration type d’un réseau de distribution MT avec ses dispositifs d’amélioration de la qualité d’alimentation (accent mis sur
la technologie primaire)
DVR Dispositif de rétablissement dynamique de tension MV-UPS Alimentation sans interruption MT
LV-PFC Compensateur de facteur de puissance BT STATCOM Compensateur synchrone statique
MV-PFC Compensateur de facteur de puissance MT SSTS Commutateur de transfert à semi-conducteurs
LV-UPS Alimentation sans interruption BT SVC Compensation statique de puissance réactive

Revue ABB 3/2000 51
de conversion à électronique de puissance. Par
ailleurs, les technologies de l’information joueront
à l’avenir un rôle prépondérant en permettant
des services supplémentaires, voire nouveaux, en
plus de raccourcir la durée des coupures dans les
réseaux que provoquent, par exemple, les inter-
rupteurs MT à commande automatique.
Aujourd’hui, les solutions à base d’électro-
nique de puissance sont généralement destinées
au réseau BT, avec un marché mondial énorme.
Dans les réseaux MT, les solutions à électro-
nique de puissance ne représentent qu’une faible
partie des équipements d’amélioration de la qua-
lité installés à ce jour. Mais la chute rapide des
coûts et l’arrivée de semi-conducteurs hautement
fiables, à faibles pertes et capables de commuter
à haute fréquence laissent présager une augmen-
tation de la part de ces solutions dans les appli-
cations MT au cours des prochaines années. Qui
plus est, les convertisseurs à électronique de
puissance pénétreront le marché de la distribu-
tion MT aujourd’hui dominé par les technologies
électromécanique et électromagnétique arrivées à
maturité.
Des investissements résultant
des besoins du marché
La décision d’investir dans un système d’amélio-
ration de la qualité de l’alimentation est toujours
motivée par des raisons économiques. La valeur
ajoutée du système doit être nettement
supérieure à son coût global. Ainsi, les compa-
gnies d’électricité et les fabricants de produits
doivent trouver des solutions optimales offrant le
meilleur rapport coût/performance possible.
Dans l’avenir, il faudra des sous-ensembles modu-
laires et standards, à technologies primaires et
secondaires intégrées et intelligentes (capables de
traiter de l’information), à forte valeur ajoutée
fonctionnelle et pouvant être fabriqués en grande
série. Le résultat? Une réduction des coûts directs
et du coût global pour le réseau de distribution
dans son ensemble.
Sachant que le nombre de consommateurs
exploitant des équipements et des procédés
fortement automatisés augmente, un nouveau
marché se profile pour les systèmes d’améliora-
tion de la qualité dans la gamme des moyennes
puissances (100 kW à 1 MW).
Les solutions actuelles
Une large gamme de produits existe aujourd’hui
pour améliorer la qualité de l’alimentation fournie
par les réseaux de transport HT et les réseaux de
distribution MT et BT [2–13].
Pour les réseaux de distribution MT, les solu-
tions d’amélioration de la qualité comprennent
essentiellement des dispositifs primaires qui
assurent la commande et la régulation du réseau
lui-même. Pour les réseaux automatisés, l’inter-
façage avec le système de conduite et de super-
vision peut être réalisé. La figure illustre des
solutions types qui mettent l’accent sur la tech-
nologie primaire.
Systèmes de conversion à
électronique de puissance
Pour les réseaux MT, les solutions les plus cou-
rantes sont le compensateur statique d’énergie
réactive (SVC), le dispositif de rétablissement
dynamique de tension (DVR), l’alimentation sans
interruption MT (MT-UPS) et le compensateur
synchrone statique (STATCOM) [2-5]. On signalera
également le commutateur de transfert à semi-
conducteurs (SSTS), qui permet au consommateur
de se basculer sur une autre ligne en cas de
défaut sur le réseau de distribution MT. Les sys-
tèmes d’amélioration à électronique de puissance
de dernière génération utilisent des semi-conduc-
teurs perfectionnés haute puissance, à faibles
pertes et capables de commuter des fréquences
supérieures à 1 kHz. Les temps de réponse de
ces systèmes sont très courts et réduisent les
besoins de filtrage.
Les solutions à électronique de puissance
pour les réseaux BT incluent différents types
d’alimentations sans interruption BT (hors ligne,
en ligne et interactif) destinés à protéger les
charges sensibles des variations de tension et
des coupures complètes, de même que des
filtres actifs servant à atténuer les courants
harmoniques.
Systèmes basés sur la
technologie traditionnelle aux
performances améliorées
Les disjoncteurs MT à commutation synchrone et
les modules de compensation de facteur de puis-
sance (modules CFP) avec batteries de condensa-
teurs commutées et protection contre les réso-
nances, constituent un autre groupe de dispositifs
d’amélioration de la qualité de l’alimentation [6 à
8]. Ils sont tous basés sur la technologie de com-
mutation traditionnelle. Par rapport aux solutions
à électronique de puissance, ils sont très com-
pacts, fiables et économiques. Ils permettent de
maintenir les pertes en fonctionnement à un
niveau très faible et sont généralement intégrés à
l’appareillage MT standard. Ainsi, ces dispositifs
peuvent utiliser les capteurs de courant et de
tension existants. Cependant, leur mécanisme
limitant le nombre de manœuvres, ils sont
inadaptés aux applications nécessitant des
manœuvres fréquentes.
Le raccordement des modules CFP moyenne
tension peut être centralisé (à savoir dans les
postes primaires pour les fortes puissances réac-
tives), décentralisé sur le réseau de distribution
MT, ou encore, sur le réseau BT, ce qui présente
des avantages pour les petites puissances réac-
2

52 Revue ABB 3/2000
Transmission and Distribution
tives. Un module CFP du côté MT d’un poste
secondaire, installé en n’importe quel point du
réseau bouclé, corrige le facteur de puissance
non seulement des charges de ce poste, mais
également des charges des postes avoisinants.
Ainsi, un nombre plus restreint de modules CFP
peut être installé. Corollaire intéressant: cette
configuration assure une bonne régulation du
facteur de puissance et un contrôle adéquat de la
chute de tension du côté MT.
Autre alternative intéressante au commutateur
de transfert à semi-conducteurs en termes de
coût et de niveau de pertes: le système de trans-
fert instantané constitué de disjoncteurs à com-
mutation rapide et d’actionneurs magnétiques.
Ce système, qui offre une fiabilité élevée pour un
investissement limité, bascule sur une autre
alimentation en un temps extrêmement court
(moins d’une période en moyenne). La figure
illustre un système de transfert instantané
composé de deux disjoncteurs rapides à action-
nement rapide commandés par un système de
commande perfectionné qui garantit rapidité et
sécurité de transfert.
Automatisation
Maîtriser la qualité de l’alimentation a tradition-
nellement été un des objectifs essentiels de
l’automatisation des réseaux et postes de distri-
bution [9–11]. Minimiser les conséquences des
défauts et maintenir la tension dans des limites
acceptables sont les deux fonctions les plus
courantes des automatismes. Ces tâches sont réa-
lisées par des équipements électroniques intelli-
gents dont les signaux d’entrée proviennent de
capteurs équipant différents dispositifs tels qu’in-
terrupteurs et dispositifs de réenclenchement,
batteries de condensateurs, filtres actifs, prises de
transformateur, etc. On distingue des automa-
tismes de commande à intelligence locale et des
automatismes intégrés à une commande coordon-
née de l’ensemble du réseau. Les premiers sont
aujourd’hui les plus répandus, les dispositifs de
réenclenchement et les disjoncteurs appartenant
à cette catégorie.
En principe, les systèmes d’automatisation des
postes et des lignes offrent les mêmes fonction-
nalités. Cependant, le nombre de postes étant
relativement faible, l’appareillage primaire étant
plus coûteux et les conséquences des défauts
plus graves que pour les équipements équiva-
lents situés en aval, l’automatisation des postes
est beaucoup plus courante que celle, par exem-
ple, des lignes MT. Le tableau montre comment
l’automatisation des infrastructures de distribution
contribue à améliorer la qualité de l’alimentation.
Les formidables développements actuels dans la
technologie Internet et les communications sans
3
1
3
1
2
3Système de transfert instantané (HSTS) constitué de deux disjoncteurs rapides (temps de basculement
total <30 ms). Tension nominale maxi 24 kV; courant de charge maxi 2500 A; courant de court-circuit maxi
40 kA. Le système HSTS est logé dans deux cellules MT de dimensions standards.
1Disjoncteur avec actionneur
magnétique
2Unité de commande HSTS
3Unité de commande de la cellule
Tableau
Contribution de l’automatisation à la qualité de l’alimentation
électrique
Automatisation des postes MT
– Contrôle et surveillance des disjoncteurs
– Surveillance d’état des postes primaires
– Localisation des défauts, séparation et rétablissement
– Régulation puissance réactive et tension
Automatisation des lignes MT
– Contrôle et surveillance des lignes
– Surveillance d’état des postes secondaires
– Localisation des défauts, séparation et rétablissement
– Régulation puissance réactive et tension
– Communication longue distance
Automatisation des clients BT
– Relevé de comteur automatique
– Téléservices (activation/désactivation)
– Commande des charges

Revue ABB 3/2000 53
fil ouvrent la voie à une nouvelle approche de la
téléconduite et la télégestion des réseaux de
distribution. Les postes secondaires intégrant
serveurs Web et communications sans fil GSM
permettront aux exploitants de réseaux de
surveiller et commander les nœuds importants de
leur réseau à un coût raisonnable, car aucun
investissement n’est nécessaire en équipements
de communication ou dans le centre de conduite
du réseau.
Les communications se faisant via les infra-
structures existantes, les dépenses sont limitées
aux coûts d’exploitation, sans aucun investisse-
ment de départ. Un nagivateur Internet, bien
connu de la plupart des utilisateurs, est l’unique
interface opérateur requise pour surveiller et
commander un poste secondaire .
Il s’agit-là d’une étape importante pour les
clients, essentiellement du fait de la forte réduc-
tion des besoins en investissement pour les
petites installations. De plus, la nouvelle tech-
nologie offre une liberté totale d’accès: véhicule
de service, poste de conduite, voire domicile
privé. Enfin, cette technologie étant destinée au
marché de grande consommation, les avantages
sont nombreux au niveau de l’interfaçage avec
les autres réseaux, le développement de solutions
matérielles et logicielles, l’assistance, etc.
Un point fondamental et prioritaire à l’utilisa-
tion de la technologie Internet et des réseaux de
communication publics est la sécurité. Aucun
compromis n’est envisageable. Il ne faut pas
oublier que les services bancaires électroniques
existent depuis de nombreuses années et que les
entreprises voient dans les nouvelles solutions de
commerce électronique interentreprise (le fameux
BtoB) un moyen de simplifier leur mode de fonc-
tionnement. Aucun de ces secteurs d’activités ne
peut se permettre d’éluder la question de la sécu-
rité, et le simple fait que le commerce électro-
nique existe prouve que les solutions Internet
peuvent être totalement sécurisées.
Le niveau de sécurité recherché peut être
réalisé à partir de plusieurs techniques comme,
par exemple, mots de passe, encryptage, ou
encore techniques de ’rappel’, par lesquelles
l’accès à distance n’est autorisé que lorsque la
connexion est établie par le dispositif contrôlé
lui-même.
Production décentralisée et
système d’énergie de qualité
supérieure
Production décentralisée
On distingue deux catégories de moyens de pro-
duction décentralisée d’énergie: ceux à source
non contrôlable et ceux à source contrôlable.
Comme exemples de moyens de production
décentralisée à source non contrôlable nous
citerons les éoliennes et les systèmes photo-
voltaïques. Le développement de la plupart de
ces moyens est encouragé par les pouvoirs
publics et les organisations de protection de
l’environnement partout dans le monde pour
favoriser l’essor des énergies propres. Du fait de
sa nature non contrôlable, l’énergie électrique
d’origine éolienne et solaire est source de
problèmes de qualité.
Les moyens de production décentralisée à
source contrôlable sont de deux types: les
générateurs dont la puissance peut être totale-
ment commandée comme les groupes élec-
trogènes Diesel traditionnels ou les générateurs
respectueux de l’environnement (ex., petites tur-
bines à gaz et piles à combustible), et les disposi-
tifs de stockage d’énergie de courte durée
comme les batteries, les volants d’inertie et les
condensateurs haute densité. Au sein d’un réseau
existant, ce type de production décentralisée peut
servir à compenser les pointes de consommation,
à réduire la facture énergétique et à éviter les
investissements d’augmentation de capacité du
réseau. Autre utilisation éventuelle: accroître le
rendement de l’énergie primaire par l’utilisation
de la cogénération. Tous ces moyens de produc-
tion décentralisée commandés peuvent con-
tribuer à améliorer le niveau de qualité de l’ali-
mentation. En particulier, les équipements de
stockage permettent de corriger les coupures
brèves et les creux de tension qui sont les deux
types de perturbations les plus fréquents.
Systèmes d’énergie de
qualité supérieure
Ces systèmes sont conçus pour fonctionner sur
les réseaux de distribution MT à proximité du
client. Ils permettent une gestion du réseau en
temps réel, protègent les équipements sensibles
du client des perturbations du réseau et protè-
gent le réseau de distribution MT des perturba-
tions engendrées par la charge.
Une approche modulaire utilisant des sous-
ensembles permet de réaliser différentes configu-
rations en fonction des besoins de chaque client.
4
4Solution pour la surveillance via Internet
d’un poste secondaire