REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET ... MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE D’ORAN
MOHAMED BOUDIAF
FACULTE DE GENIE ELECTRIQUE
DEPARTEMENT D’ELECTROTECHNIQUE
THESE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME DE
Magistère
SPECIALITE : ELECTROTECHNIQUE
OPTION : Commande des équipements industriels et diagnostique
Présenté par
Belkassa Missoum
Ingénieur d’Etat en Electrotechnique
SUJET DE THESE
Analyse modale d’un ensemble réseau-SVC
Soutenu le
Devant le jury composé de :
Président :
BOUTHIBA Tahar
Professeur
USTO-MB
Rapporteur :
KOUADRI Benatman
Maître de conférences A
USTO-MB
Examinateur :
BOUZEBOUDJA Hamid
Maître de conférences A
USTO-MB
Examinateur :
KOTNI Lahouari
Maître de conférences A
USTO-MB
Année universitaire 2011-2012

RESUME
I
RESUME
L’étude de la stabilité des réseaux électriques constitue un sujet important pour la
planification et l’exploitation des réseaux électriques, comme nous avons pu le
constater tout le long de ce mémoire.
L’objectif de ce travail était de concevoir comment la compensation réactive peut
être utilisée pour améliorer la stabilité d’un réseau électrique soumis à une petite
perturbation.
Le dispositif FACTS utilisé au cours de ce travail est un dispositif de type shunt, à
savoir le SVC (compensateur statique de puissance réactive).
Les points essentiels mis à exergue sont l’efficacité de ce dispositif en termes
d’amortissement des oscillations ainsi que son influence sur le réseau lorsqu’il est
placé proche de l’endroit perturbé.
Nous avons utilisé l’analyse modale comme méthode de base pour notre travail.
Mots clés: Analyse modale, stabilité d’un réseau électrique, FACTS, SVC,
compensateur statique de puissance réactive, stabilité aux petites perturbations.

Remerciement
II
Remerciement
Le travail présenté dans ce mémoire a été effectué au sein du (LCSRE) Laboratoire de
Contrôle et de la Stabilité des Réseaux Electriques de l’Université des sciences et de la
technologie d’Oran « Mohamed Boudiaf ».
Je tiens à dire toute ma connaissance à Monsieur KOUADRI. Benatman, Maître de
conférences A, mon encadreur pour leur rôle prépondérant dans l’orientation et la
finalisation de mon travail et pour leur aide sur les plans scientifique et technique.
Je tiens à remercier Monsieur « BOUTHIBA Tahar», professeur à l’Université de U.S.T.O
pour avoir présidé mon jury.
Je tiens à remercier Monsieur « BOUZEBOUDJA Hamid» et Monsieur « KOTNI
Lahouari», Maîtres de conférences A à l’Université de U.S.T.O, pour avoir également
acceptés d’être examinateurs de mon travail.
Je remercie chaleureusement tous mes collègues, plus particulièrement à ma famille.
Enfin, je ne saurais oublier mes frères qui m’ont apporté soutien et encouragement durant
toutes ces années.

LISTE DES FIGURES ET TABLEAUX
III
Liste des figures
Figure I.1 : Schéma de la ligne i-j ....................................................................................... 7
Figure I.2 : réseau à 3 nœuds .............................................................................................. 8
Figure I.3 : Schéma simplifié d’un réseau à 3 nœuds ......................................................... 9
Figure I.4 : Organigramme de l’écoulement de puissance par la méthode de Newton
Raphson. ......................................................................................................... 17
Figure II.1 : Architecture d’un réseau ............................................................................... 19
Figure II.2 : Circuit du TCR. ............................................................................................ 20
Figure II.3: Schéma du TSC ............................................................................................. 20
Figure II.4: Schéma du SVC ............................................................................................. 21
Figure II.5 : Caractéristique d’un SVC ............................................................................. 21
Figure II.6 : Schéma de base du STATCOM .................................................................... 22
Figure II.7: Diagramme vectoriel du STATCOM ............................................................ 23
Figure II.8: Structure du TCSC ......................................................................................... 24
Figure II.9: Schéma de base de l’UPFC............................................................................ 25
Figure II.10 : Formes des courants dans le TCR .............................................................. 28
Figure II.11 : Structure du TCR en triphasé ..................................................................... 30
Figure II.12 Capacité commutée par thyristors................................................................. 31
Figure II.13 différentes configurations de SVC ................................................................ 32
Figure II.14 : Caractéristiques du SVC et de la régulation tension-courant. .................... 34
Figure II.15 : Modèle conventionnel du SVC dans l’écoulement de puissance ............... 34
Figure II.16. Susceptance shunt variable .......................................................................... 35
Figure III.1 : Les différents niveaux d’un réseau d’énergie.............................................. 38
Figure III.2 : Machine synchrone triphasée avec amortisseurs......................................... 42
Figure III.3 : Machine synchrone triphasée, amortisseurs assimilés à deux
enroulements en court-circuit, en quadrature l’un de l’autre. ...................... 43
Figure III. 4 : Définition de Xd' ........................................................................................ 52
Figure III. 5 : Définition de Xd" ....................................................................................... 52
Figure III. 6 : Définition de Td0'' ...................................................................................... 52
Figure III. 7 : Définition de Td0' ....................................................................................... 52
Figure III. 8 : Définition de Td" ........................................................................................ 53
Figure III. 9 : Définition de Td' ......................................................................................... 53
Figure III.10 : Définition de Xq" ...................................................................................... 53
Figure III.11 : Définition de Tq" ....................................................................................... 53
Figure III.12 : Définition de Tq0" ..................................................................................... 53
Figure III.13 : Diagramme vectoriel d’un générateur synchrone en régime permanent ... 54
Figure III.14: système d’excitation ................................................................................... 55
Figure III.15: Excitatrice à courant continu ...................................................................... 55
Figure III.16 : Modèle simple du SVC ............................................................................ 66
Figure III.17: Diagramme de l’ensemble des blocs du système de puissance .................. 68

LISTE DES FIGURES ET TABLEAUX
IV
Figure IV.1 Classification des différents types de la stabilité du système de puissance . 85
Figure IV.2: Influence du couple d’amortissement sur la stabilité. .................................. 90
Figure IV.3: Classification de la stabilité de l’angle de rotor ........................................... 91
Figure IV.4: Réseau électrique à deux régions ................................................................. 92
Figure IV.5: modèle considéré .......................................................................................... 94
Figure IV.6: Schéma structurel d’un système multivariable. ........................................... 97
Fig IV.7 : Schéma bloc du système multivariable .......................................................... 101
Fig IV.8 : Schéma d’un système masse-ressort .............................................................. 102
Fig IV.9 : Analyse par lieu des pôles de la stabilité d’un système. ................................ 109
Fig IV.10 : réponse d’un système du deuxième ordre ................................................. 117
Fig IV.11 : système simple avec des valeurs propres égales et des diviseurs non
linéaires ........................................................................................................ 118
Fig IV.12 : système simple avec des valeurs propres égales mais des diviseurs
linéaires. ....................................................................................................... 119
Fig IV.13: diagramme simple d’une ligne de transmission entre deux générateurs. ...... 120
Figure IV.14: diagramme unifilaire du réseau d’étude .................................................... 123
Fig IV.15 : les valeurs propres sans SVC ........................................................................ 124
Figure IV.16: modes du système sans SVC ..................................................................... 125
Figure IV.17: modes du système avec et sans SVC......................................................... 126
Figure IV.18: lieu des racines du système avec le SVC au nœud 3................................. 127
Figure IV.19: lieu des racines du système avec le SVC au nœud 13............................... 128
Figure IV.20: lieu des racines du système avec le SVC au nœud 101............................. 129
Figure IV.2: réponses de la tension du nœud de connexion à la tension des excitatrices130
Figure IV.22 : contrôlabilité des modes par les excitatrices ............................................ 131
Figure IV.23: observabilité des modes aux tensions de sortie des générateurs ............... 132
Figure IV.24 : facteurs de participation associés au mode instable ................................. 133
Figure IV.25 : facteurs de participation associés aux modes inter-régions 21 et 22 ....... 133
Figure IV.26 : facteurs de participation pour chaque générateur ..................................... 134
Liste des tableaux
Tableau I.1 : Type de nœuds du réseau............................................................................. 12
Tableau IV.1 : valeurs propres et les vecteurs propres obtenus ...................................... 120
Tableau VI.2 : vecteurs propres obtenus......................................................................... 121
Tableau IV.3 : valeurs propres et les vecteurs propres ................................................... 122
Tableau VI.4: valeurs propres et les vecteurs propres .................................................... 122
Tableau VI.5: coefficients d’amortissement pour différentes possibilités de
fonctionnement ........................................................................................ 127