UNITROL Appareil autonome de stabilisation des oscillations polaires

Votre contribution à une meilleure stabilité du réseau
en équipant les alternateurs existants
UNITROL® Appareil autonome de
stabilisation des oscillations polaires

2 ABB
But et manière de stabiliser les oscillations polaires
Causes et sortes d’oscillations de puissance
Les oscillations de puissance actives sont provoquées
par des dérangements du réseau ou par une exploita-
tion proche de la limite de stabilité du réseau et stimu-
lent un échange réciproque entre les alternateurs et le
réseau. Ces oscillations électromécaniques du rotor se
laissent amortir par une inuence adéquate sur le cou-
rant d’excitation. Il faut différencier les oscillations de
puissance entre:
• Les oscillations locales entre un alternateur et les
autres machines de la même centrale. Fréquence
d’oscillation typique: 0,8 … 2,0 Hz
• Oscillations entre des centrales voisines, fré-
quence d’oscillation typique: 1,0 … 2,0 Hz
• Oscillations entre des réseaux régionaux compre-
nant chacun plusieurs machines. Fréquence d’oscilla-
tion typique: 0,2 … 0,8 Hz
• Oscillations globales, caractérisées par balancement
en phase de toutes les machines des réseaux inter-
connectés. Fréquence d’oscillation typique: inférieur
à 0,2 Hz
Le but de la stabilisation (Power System Stabilizer
– PSS) est de détecter les oscillations de puissance et
d’élaborer un signal qui permet d’inuencer la consigne
du régulateur de tension.
Une plus grande absorption de puissance réactive et
une amélioration de la stabilité du réseau
Les nouveaux systèmes d’excitation pour alternateurs
de haute et moyenne puissance sont livrés aujourd’hui
presque intégralement avec une stabilisation intégrée
des oscillations. Pour les centrales existantes où le rem-
placement des systèmes d’excitation n’est pas encore
planié, il existe de bonnes raisons pour équiper les
régulateurs de tension existant avec une stabilisation
des oscillations.
• Les exploitants de réseaux exigent fréquemment
des producteurs d’énergie une contribution active à
l’amélioration de la stabilité du réseau.
• Dans bien des cas, il est possible de cette manière
d’augmenter le domaine de travail de l’alternateur en
ce qui concerne sa capacité d’absorption d’énergie
réactive.
L’appareil de stabilisation des oscillations (Stand-alone
PSS) d’ABB a été spécialement développé pour ces
applications. Bien entendu, il s’adapte parfaitement
comme complément aux systèmes d’excitation non seu-
lement d’ABB mais aussi à ceux d’autres constructeurs.
Après l’utilisation de différents genres de stabilisation
des oscillations polaires, ces derniers temps une con-
centration s’est cristallisée sur les types décrits ci-après.
Stabilisation des oscillations polaires IEEE 2A/2B
La plupart des applications travaillent avec une stabilisa-
tion des oscillations polaires utilisant l’algorithme selon
IEEE Standard 421.5 PSS 2A/2B. La puissance électrique
Pe et la variation de la vitesse de l’angle polaire ∆ω sont
calculées à partir de la tension et du courant de l’alter-
nateur. En service stationnaire, on utilise les écarts de la
puissance électrique pour élaborer le signal de stabi-
lisation optimal en grandeur et en phase via un ltre
Lead/Lag. Sans mesures particulières, la stabilisation
des oscillations polaires réagit à une modication de la
puissance de la turbine. Cet effet non désiré est éliminé
en introduisant la vitesse angulaire du rotor comme
grandeur additionnelle (détermination de la puissance
d’accélération).
Stabilisation des oscillations polaires multibande
(MB-PSS)
Pour le MB-PSS selon IEEE Standard 421.5 PSS 4B les
inuences dues aux modications de la puissance de
la turbine sur le signal de stabilisation sont également
éliminées. Contrairement au principe de stabilisation
des oscillations décrit si dessus, le signal de stabilisation
est élaboré non seulement à partir de la variation de
la vitesse angulaire du rotor mais aussi depuis la puis-
sance électrique. Au lieu d’un, il est utilisé trois ltres
Lead/Lag indépendants, chacun étant optimisé à l’amor-
tissement d’oscillations locales, d’oscillations entre les
réseaux interconnectés et d’oscillations globales.
L’algorithme de cette stabilisation a été développé par
Hydro Québec (Canada).
VBmax
VBmin
VImax
VImin
VHmax
VHmin
VSmax
VSmin
VSL
KB
FB
KI
F I
KH
FH
+
+
+
Speed
Transducers
Speed
Synthesis
B
I
H
Pe
∆ω
Fig. 1: Représentation schématique du traitement des signaux
pour une stabilisation multibande des oscillations polaires
La solution optimale d’ABB
Basé sur la pratique avec des milliers de systèmes
UNITROL F resp. d’UNITROL 5000 et de plus de 30 ans
d’expérience dans le domaine de l’amortissement des
oscillations de puissance via le système d’excitation,
ABB a développé un appareil autonome pour la stabili-
sation des oscillations polaires de machines synchrones.
L’unité compacte peut être montée dans une armoire ou
au voisinage du système d’excitation existant. L’appa-
reil est livrable en deux variantes avec les fonctions de
transfert décrites ci-dessus.

3ABB
Intégration facile dans le système existant
IG
UG
UG
IG
IE
out
CT
PT
UE
PSS
3
UNITROL PSS
UNS 4882
AVR
SES
Le raccordement de l’appareil de stabilisation des
oscillations polaires demande, au système d’excitation
existant, uniquement une entrée analogique. L’adapta-
tion nécessaire du signal (impédance, niveau, polarité)
se fait du côté de l’appareil de stabilisation.
Les valeurs mesurées triphasées de la tension et du cou-
rant de l’alternateur existent en général dans le système
d’excitation existant et peuvent sans problème à cause
de la très faible consommation être utilisées pour l’ap-
pareil de stabilisation des oscillations polaires.
Mise en service sans problème
Les stabilisations des oscillations sont optimalisées pour
des congurations critiques des réseaux. Ces congura-
tions de réseau se produisent en général qu’en cas de
dérangement et ne peuvent ainsi pas être simulées pen-
dant la mise en service. Il est fortement déconseillé de
faire un ajustage empirique des valeurs de paramètres.
ABB travaille avec un programme d’optimalisation, dont
les valeurs des paramètres sont déterminées ofine. Les
travaux pendant la mise en service se limitent à vérier
les valeurs des paramètres et a comparer l’amortisse-
ment des oscillations de puissance avec ou sans stabili-
sation des oscillations polaires.
Fig. 2: Diagramme de principe pour l’intégration de l’appareil de
stabilisation des oscillations polaires dans un système
d’excitation existant (SES) avec régulateur de tension
automatique (AVR)
Système d’excitation statique
En inuençant directement le courant rotorique, l’effet
de la stabilisation des oscillations polaires est immédiat
et donc très efcace. Les oscillations de puissance pro-
voquées par des changements de charge soudaines sont
rapidement amorties. La contribution des alternateurs à
la stabilité du réseau est ainsi très élevée.
Régulateur de tension (avec excitatrice)
Malgré que la constante de temps de l’excitatrice limite
l’effet de la stabilisation des oscillations polaires, l’in-
troduction d’un stabilisateur se justie dans beaucoup
de cas. Ceci concerne particulièrement les alternateurs
avec excitatrice à courant alternatif (avec diodes station-
naires ou tournantes) dont la fréquence à cause de la
réduction de la constante de temps est très souvent un
multiple de la fréquence du réseau.
Fig. 3: Fonctionnement de la stabilisation des oscillations polaires.
Les données sont reprises de la mémoire et visualisées
avec le logiciel CMT 5000 (1 s/div)
Caractéristiques de la stabilisation des
oscillations polaires d’ABB
• Stabilisateur d’oscillation digital basé sur
microprocesseur avec une fonction de transfert selon
IEEE Standard 421.5 PSS 2A/2B resp. PSS 4B
• Activation autonome sur la base de critères ajustables
• Ajustage facile des paramètres grâce à un panneau
local de commande (standard) ou avec un Laptop et
logiciel CMT 5000 (option)
• Mémoire intégrée de données (Data Logger) à
6 canaux à 1000 points chacun
• Mémoire d’événements intégrée (Event Logger) avec
timbrage de l’heure pour 99 événements
• Auto-surveillance étendue
• Communication vers le contrôle-commande supérieur
via un coupleur de bus (MODBUS, MODBUS+, Probus
– option)
• Logiciel de mise en service et de maintenance
(CMT 5000) pour une mise en exploitation, un entretien
et une optimisation facilitée (option)
• Intégration LAN (TCP/IP) via un adapter Ethernet pour
diagnostic à distance (option)
sans PSS
avec PSS

ABB Suisse SA
Systèmes d’excitation statique, régulateurs de tension
et appareils de synchronisation
CH-5300 Turgi / Suisse
Téléphone: [phone]
Télécopieur: [phone]
Email: [email protected]
Internet: www.abb.com / unitrol
3BHT 490 395 R0007 Imprimé en Suisse (0311-PDF)
Dans l’intérêt du développement technique, nous nous réservons le droit à toutes modications.
420
195
R = 262
170
143
400
225
UNITROL
273
SIO
MUB
COB
for screws M6
SPA
Panel
Signal terminals
Terminals
Données techniques
Alimentation
Tension d’alimentation Us 24 VCC
Plage de tension admissible 21,6 … 24,4 V
Consommation 0,5 A
Appareil d’alimentation pour d’autres tensions option
Entrées / Sorties
Entrées de la tension de l’alternateur (triphasé)
Tension nominale (entre phase) 100 …110 …120 VCA
Plage de tension admissible: 0 …1,5 p.u. 0 …180 VCA
Fréquence nominale 16 2/3 , 50, 60 Hz
Plage de fréquence 10 …120 Hz
Entrées courant alternateur (triphasé)
Courant nominal 1 AAC / 5 ACA
Domaine des courants admissibles:
0 … 2,5 p.u. 2,5 / 12,5 ACA
Fréquence nominale 16 2/3 , 50, 60 Hz
Plage de fréquence 10 …120 Hz
Précision < 0,5 %
Tensions d’entrées analogiques
Plage nominale des tensions d’entrée Un –10 … +10 VCC
Admissible en permanence 1,5 × Un
Résistance d’entrée 220 kOhm
Plage nominale du courant d’entrée In –20 ... +20 mACC
Admissible en permanence 1,5 × In
Entrées numériques
Tension d’entrée nominale 24 VCC
Plage nominale de la tension d’entrée 20,5 ... 28 VCC
Tension d’entrée logique „0“ < 10 VCC
Tension d’entrée logique „1“ > 18 VCC
Courant d’entrée à 20,5 V 6 mACC ±10 %
Sortie analogique
Plage de la tension de sortie ± 10 V
Courant de sortie ≤ 4 mA
Convertisseur de mesure avec
séparation galvanique option
Sortie à relais
Tension de coupure CA/CC ≤ 250 V
Courant d’enclenchement ≤ 16 A
Courant permanent ≤ 2 A
Sortie +24 V, limitée en courant
Tension d’entrée nominale Us 24 VCC
Plage de la tension d’entrée 20,5 … 28 VCC
Tension de sortie Us – 1 V
Courant permanent max. +24 V Out ≤ 40 mA
Environnement
Température ambiante admissible
En maintenant les données techniques 0 ... + 55 °C
Fonctionnement possible 0 ... + 70 °C
Température de stockage – 25 ... + 85 °C
Contraintes mécaniques
Test de vibration selon IEC 60255-21-1
Test de résponse, classe 2 2…150 Hz, a=2 g
Test d’endurance, classe 2 2…150 Hz, a=2 g
Test sismique 2…35 Hz selon
IEC 60255-21-3, classe 2
et IEEE Standard 344-1987 2 g dans chaque axe
IEEE Standard 344-1987 5 g dans chaque axe
Classe de protection
Selon DIN 40050 IP 20
Données mécaniques
Encombrement (H x L x P)
420 x 273 x 195 mm