Influence de l`IPFC sur le calcul de l`écoulement des puissances

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Volume 54, Number 2, 2013
Influence de l’IPFC sur le calcul de
l’écoulement des puissances
D. HAMZA ZERIGAT, A. ALLALI,
L. BENASLA et M.A. LARBI CHAHT
Résumé – L'expansion continuelle des réseaux de transport d'énergie montre les limites des capacités de transit des systèmes
existants. Les gestionnaires de réseaux sont contraints d'exploiter le système au plus près de ses limites thermiques et dynamiques,
alors que les consommateurs sont de plus en plus exigeants quant à la qualité de l'énergie et la continuité de service.
L'amélioration de la qualité de l'énergie, l'augmentation de la capacité de l'énergie transitée et le contrôle des réseaux existants
peuvent être obtenus grâce à la mise en place de nouvelles technologies. Les FACTS (Flexible Alternating Current Transmission
System) à base d'électronique de puissance apportent des solutions dynamiques, efficaces et prouvées à la conduite des réseaux.
Certaines lignes situées sur des chemins privilégiés peuvent être surchargées. Dès lors, il est intéressant pour le gestionnaire du
réseau de contrôler ces transits de puissance afin d'exploiter le réseau de manière plus efficace et plus sûre. La technologie FACTS
est un moyen permettant de remplir cette fonction. Avec leur aptitude à modifier l'impédance apparente des lignes, les dispositifs
FACTS peuvent être utilisés aussi bien pour le contrôle de la puissance active que pour celui de la puissance réactive ou de la
tension. Plusieurs types de FACTS existent et le choix du dispositif approprié dépend des objectifs à atteindre.
Dans cet article, nous avons choisi d'étudier l’IPFC (Interline Power Flow Controller) comme dispositif FACTS pour contrôler et
améliorer la tension et le transit des puissances dans le réseau électrique IEEE-30 nœuds.
Mots clés – FACTS, IPFC, système électro-énergétique et écoulement de puissance.
1.
INTRODUCTION
Dans un système électro-énergétique idéal, la
tension et la fréquence dans les différents points de
distribution doivent être constantes, ne présentant que
la composante fondamentale (taux d'harmoniques nul)
et avec un facteur de puissance unité. En particulier, ces
paramètres doivent être indépendants de la taille et des
caractéristiques des charges de consommation, cela ne
peut être mis en œuvre que si ces charges sont munies
de compensateurs d'énergie réactive pour désensibiliser
le réseau des éventuels changements qui peuvent
apparaître dans les points de distributions.
Le développement des dispositifs FACTS ouvre
de nouvelles perspectives pour une meilleure
exploitation des réseaux par leur action continue et
rapide sur les différents paramètres du réseau. [1]
Ils jouent un rôle important dans le contrôle des
transits de puissance et dans le maintien de conditions
d'exploitation sûres du réseau de transport.
Dans cet article, nous allons étudier un système de
transmission AC associé à un IPFC. La conception,
l’identification des références et les blocs de commande
de base de l’IPFC seront exposés. Les résultats des
simulations sont obtenus en appliquant le MATLAB.
2.
MODELISATION DE L’IPFC
Le contrôleur de transit de puissance entre ligne
IPFC est utilisé dans le cas d'un système de lignes
multiples reliées à un même poste. Son principe est
illustré par la figure 1. L'IPFC est formé de plusieurs
Compensateurs Séries Synchrones (SSSC), chacun
d'eux fournissant une compensation série à une ligne
différente. Du coté continu, tous les convertisseurs sont
reliés entre eux via des disjoncteurs. [2]
Fig. 1. Schéma de base d’un IPFC.
L'IPFC permet de transférer la puissance active
entre les lignes compensées pour égaliser les transits de
puissances active et réactive sur les lignes ou pour
décharger une ligne surchargée vers une autre moins
chargée.

Manuscript received January 10, 2013.
© 2013 – Mediamira Science Publisher. All rights reserved.
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ACTA ELECTROTEHNICA
Les tensions injectées possèdent une composante
en quadrature et une composante en phase avec les
courants respectifs des lignes. La composante en
quadrature
permet
une
compensation
série
indépendante dans chaque ligne, alors que la
composante en phase définit le niveau de puissance
active échangée avec les autres lignes [3].
Sous sa forme générale le contrôleur de transit de
puissance entre lignes utilise un certain nombre de
convertisseurs CC à CA. Chacun compense en série une
ligne comme il est illustré par la Figure 2.
Nous pouvons constater que l'envoi-extrémités des
deux lignes de transmission sont connectés en série
respectivement avec les nœuds j et k, du FACTS. [5]
Le transit de puissance active et réactive de
système FACTS qui quitte les nœuds i, j, k est donné
par:
Pin  Vi 2 .gin  Vi .Vn ( gin .cos(in )  bin .sin(in )) 
Vi .Vsein ( gin .cos(i   sein )  bin .sin(i   sein ))
Qin  Vi 2 .gin  Vi .Vn ( gin .sin(in )  gin .cos(in )) 
(1)
(2)
Vi .Vsein ( gin .sin(i   sein )  bin .cos(i   sein ))
Pni  Vn2 .gin  Vi .Vn ( gin .cos(n  i )  bin .sin(n  i )) 
Vn .Vsein ( gin .cos(n   sein )  bin .sin(n   sein ))
(3)
Qni  Vn2 .gin  Vi .Vn ( gin .cos(n  i )  bin .sin(n  i )) 
Vn .Vsein ( gin .cos(n   sein )  bin .sin(n   sein ))
(4)
Avec :
Pin, Qin (n=j, k) : Puissances active et réactive des
deux branches de l’IPFC sortantes du nœud i.
Pni, Qni (n=j, k) : Puissance active et réactive de
branche de l’IPFC sortantes du nœud n (n=j, k).

gin  Re 1/ Z sein
Fig. 2. Représentation schématique d'IPFC.
L’IPFC est conçu comme un contrôleur de transit
de puissance avec deux compensateurs synchrones
statiques indépendamment contrôlables ou plus en série
qui sont les convertisseurs à semi-conducteur de source
de tension injectant une tension presque sinusoïdale à la
grandeur variable et sont liés par l'intermédiaire d'un
condensateur commun de courant continu. L’IPFC est
constitué de deux compensateurs série synchrone
SSSC, le SSSC est utilisé pour augmenter la puissance
active transmissible sur une ligne donnée et pour
équilibrer le chargement d'un réseau de transmission et
pour augmenter ou de diminuer la chute de tension.
Le principe de fonctionnement de base de l’IPFC
est illustré par le figure 3 [4].


bin  Im 1/ Z sein

Lorsque deux lignes de transmission sont
connectées en série avec les branches i-j et i-k de
l’IPFC par les nœuds j et k, les transits de puissance
active et réactive (Pni et Qni) sont égaux au bout des
lignes de transmission.
Pour l’IPFC, la puissance au nœud i, j et k doit
être:
Pm  Pgm  Pdm  Pm  0
(5)
Qm  Qgm  Qdm  Qm  0
- (6)
Avec:
Pgm, Qgm (m=i, j, k): les puissances active et réactive
générés entrantes dans le nœud m.
Pdm, Qdm (m=i, j, k): les puissances active et réactive
de la charge sortantes du nœud m.
Pm, Qm (m=i, j, k): la somme des puissances active et
réactive transitées des circuits connectés au
nœud m.
Selon le principe de fonctionnement de l’IPFC, la
contrainte d'exploitation, représentant l'échange de
puissance active entre les convertisseurs séries via la
liaison courant continu commun est la suivante:
PEx   PEsein  Pdc  0
Fig. 3. Circuit équivalent d'IPFC.
L’IPFC est composé de deux convertisseurs étant
connectés en série avec deux lignes de transmission au
moyen de transformateurs. Il peut contrôler trois
grandeurs du système d'alimentation indépendamment
des trois transits d'énergie des deux lignes.
-∑
-
(7)
Avec:
(
)
(n= j, k).
(n=j,k) : est le courant continu de convertisseur
série.
L’IPFC peut contrôler à la fois les transits de
puissances active et réactive de la première ligne, mais
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uniquement le transit de puissance active (ou de
puissance réactive) de la deuxième ligne. Les
contraintes de contrôle de transite de puissance active et
réactive du l’IPFC sont [6] :
Pni  Pni  PniSpec  0
-
101
SB=100 MVA
UB=400 kV
La figure 4 illustre l’influence des paramètres du
l’IPFC sur le flux de puissance active de la ligne 27-30.
(8)
Qni  Qni  Q
Spec
ni
0
-
(9)
Avec:
(n =j, k) : Les puissances
PniSpec , QniSpec
active et réactive de références de commande.
(
)
(
)
Et
Les contraintes de chaque convertisseur série sont
les suivantes:
0   sein  2
Vsein
min
 Vsein  Vsein
(10)
max
(11)
 PEsein
min
 PEsein  PEsein
max
-
(12)
Iin  Iin
max
Fig. 4. Influence des paramètres du l’IPFC sur le flux de puissance
active de la ligne 27-30.
Influence des paramètres du l’IPFC sur le flux de
puissance réactive de la ligne 27-30 est représenté sur la
figure 5.
n=j,k
(13)
Avec:
I inmax
3.
: est la limite maximale de l'échange
de puissance du convertisseur série avec la
liaison à courant continu.
: est le courant nominal du convertisseur
série.
RESULTATS DES SIMULATIONS
Dans cet article, nous allons procéder à
l’implantation du dispositif IPFC dans le réseau
électrique IEEE30 nœuds et voir son influence sur le
niveau de tension et sur les pertes actives et réactives.
Par conséquent, nous devons prendre en considération
le choix de l’emplacement optimal offrant le meilleur
rendement.
Le réseau IEEE30 nœuds contient 6 nœuds
générateurs avec le nœud 1 est considéré comme un
nœud bilan [7].
La minimisation des pertes totales et la
maximisation de la marge statique de tension ont été les
principales fonctions objectives à optimiser.
Un programme dans MATLAB a été écrit afin de
prolonger l'algorithme conventionnel de NewtonRaphson basé sur ce modèle.
Limite des tensions nodales :
Vmax (pu)=1.07; Vmin (pu)=0.93
La somme des charges :
C = ∑ Pch = 286.7MW
D = ∑ Qch =150.4Mvar
Tous les calculs sont menés sur les grandeurs
normalisées en "pu" avec les valeurs de base suivante:
Fig. 5. Influence des paramètres du l’IPFC sur le flux de puissance
réactive de la ligne 27-30.
La figure 6 montre l’influence des paramètres du
l’IPFC sur les pertes active de la ligne 27-30.
Fig. 6. Influence des paramètres du l’IPFC sur les pertes active de la
ligne 27-30.
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ACTA ELECTROTEHNICA
Influence des paramètres du l’IPFC sur les pertes
réactive de la ligne 27-30 est représenté sur la figure 7.
D’après les résultats de simulation (sans et avec
IPFC), nous avons constaté que le compensateur IPFC a
un effet apparent sur les tensions nodales du réseau et
sur les pertes totales des lignes c'est-à-dire sur le transit
de puissances. Le flux de puissance et les pertes actives
et réactives pour les lignes 27-30 et 29-30 peuvent être
contrôlés en utilisant les paramètres de l’IPFC (Vse et
θse).
Nous avons remarqué qu’il y a une amélioration
globale sur la plus part des tensions nodales et une
diminution au niveau des pertes totales actives et
réactives.
4.
Fig. 7. Influence des paramètres du l’IPFC sur les pertes réactive de
la ligne 27-30.
La figure 8 montre l’influence des paramètres du
l’IPFC sur le flux de puissance active de la ligne 29-30.
CONCLUSION
Nous avons choisi d'étudier l’IPFC comme
dispositif FACTS pour contrôler et améliorer la tension
et le transit des puissances dans un réseau électrique.
Les résultats de simulation ont montré la
contribution efficace de l’IPFC à l’amélioration des
tensions au nœud où les convertisseurs de l’IPFC sont
connectés et au changement significatif dans le profil
de tension du système aux nœuds voisins.
L’IPFC permet aussi la réduction des pertes
actives et réactives dans les lignes.
REFERENCES
1.
2.
3.
Fig. 8. Influence des paramètres du l’IPFC sur le flux de puissance
active de la ligne 29-30.
La figure 9 illustre l’influence des paramètres du
l’IPFC sur le flux de puissance réactive de la ligne 2930.
4.
5.
6.
7.
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FACTS relié à un générateur synchrone, Département de génie
électrique et de génie informatique. Ecole Polytechnique de
Montréal. Septembre 2000.
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Thèse de Magister en génie électrique d’Ecole Normale
Supérieure de l’Enseignement Technologique d’Oran,
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BOT Youcef, Influence des FACTS sur le calcul de l’écoulement
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Y. Wallach, Calculations and programs for power systems
network, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, 1986.
D. HAMZA ZERIGAT
A. ALLALI
L. BENASLA
M.A. LARBI CHAHT
Fig. 9. Influence des paramètres du l’IPFC sur le flux de puissance
réactive de la ligne 29-30.
Université des Sciences et de la Technologie d’ORAN –Mohamed
BoudiafFaculté de Génie Electrique
Département d’Electrotechnique
U.S.T.O, B.P 1505, Oran El M’naouer
Oran, Algérie
Tel/fax : +213 41 56 03 01
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