Commande dᐟun STATCOM pour la compensation de lᐟénergie ...

MÉMOIRE

Présenté Par : DJAOUANE HAFSA

KIGMOU DJEMAA

Pour l'obtention du diplôme de :

LICENCE EN ÉLECTROTECHNIQUE

Spécialité : Électrotechnique

THÈME

Commande d’un STATCOM pour la compensation de l’énergie réactive

dans un réseau électrique

-o0o- Soutenue le : 06 /06 /2013

-o0o-

Composition du jury :

Président : Bouadjila Tahar Maître Assistant U.Adrar

Promoteur : ABDERRAHMANI ABDESSELAM Maître Assistant U.Adrar

Examinateurs : Laib Hicham Maître Assistant U.Adrar

Université d’Adrar 2012/2013

République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université Africaine d’Adrar

Faculté des Sciences de la technologie

Département des sciences de la technologie

-ii-

Résumé

L’industrie de l’énergie électrique est de plus en plus confrontée à des problèmes liés à de nouvelles

contraintes qui touchent différents aspects de la production, du transport et de la distribution de l’énergie.

Dans de nombreux systèmes de puissance, c'est une tâche longue et difficile à construire de nouvelles lignes

de transmission en raison des coûts et les questions environnementales. Une classe de dispositifs de contrôle

basés sur l'électronique de puissance, connu sous le nom FACTS (Flexibles AC Transmission Systems)

apportent des solutions nouvelles pour faire face à ces contraintes. Ils permettent un meilleur contrôle et une

meilleure gestion de l’écoulement de puissance. Ils ont aussi comme objectif d’augmenter la capacité de

transmission de puissance des lignes en s’approchant des limites thermiques de celle-ci. Enfin ils devraient

permettre d’améliorer la stabilité du réseau que ce soit pour des défaillances majeures dans le réseau ou pour

éliminer l’effet d’oscillations parasites telles que la résonance sous synchrone.

Le dispositif FACTS utilisée ici le STATCOM qui connecté en parallèle présente plusieurs avantages comme la

bonne réponse instantanément à faible tension par ce qu’il est capable de fournir son courant nominal même

lorsque la tension est presque nulle.

Mots-clés /, Réglage de tension, Énergie réactive, FACTS, STATCOM,

الملخص

وتوزيع تواجه صناعة الطاقة الكهربائية على نحو متزايد مع المشاكل المتعلقة بالقيود الجديدة التي تؤثر على مختلف جوانب إنتاج الطاقة ونقل

من أجهزة الطاقة هو عملية طويلة وصعبة لبناء خطوط نقل جديدة بسبب التكلفة والقضايا البيئية المهمة وهناك فئة الطاقة في العديد من أنظمة

أنها تسمح . تقديم حلول جديدة للتعامل مع هذه القيود( المرونة في النقل بالتيار المتناوب)التحكم يعتمد على الطاقة والالكترونيات، والمعروفة باسم

وأخيرا، . وإدارة أفضل لتدفق الطاقة لديهم أيضا هدف زيادة قدرات خطوط نقل الطاقة الكهربائية يقترب من حدود الحرارية لهذه الأخيرةتحكم أفضل

.منبه متزاينبغي تحسين استقرار الشبكة كما هو الحال بالنسبة لإخفاقات كبيرة في الشبكة، أو للقضاء على تأثير التذبذبات الطفيلية مثل الرنين ش

يمثل العديد من الايجابيات الاستجابة اللحظية الجيدة مع .جهاز المرونة في النقل المتناوب يستعمل هنا المعوض المتزامن الثابت الذي يربط بالتوازي

.توتر ضعيفا لأنه لابد من اعطِاء تياره الأعظمي مثل إذا كان التوتر تقريبا معدوم

STATCOM, FACTS, , فعالةالقدرة الغير التدفق على السيطرة , /الكلمات المفتاحية

-iii-

DÉDICACE

Je dédie mon travail avant tous a mes chers parents, mon père qui ne cesse pas de m'encourager, et qui ma toujours soutenu, Ma jolie mère symbole de sacrifice et qui est tout pour

moi, pour sa tendresse profonde « Que Dieu me les protègent ». A mon frère Mohammed Abdallah et mes sœurs. A mon fiance qui ma aide avec tout les moyennes .

A tous ma famille surtout à Kigmou Baichi. A tout mes amis.

A mes collègue de l’électrotechnique A ma camarade Hafsa.

K.Djemaa Je dédie ce travail à :

A ma très chère mère qui courage moi a toutes les moments et donne beaucoup des conseils pour obtenir des bonnes résultats.

A mon cher père qui aide moi avec toutes les moyennes. A tous mes frères et mes sœurs

A tous ma famille A tous mes amis

A mon binôme Djemaa A touts les professeures qui sont étude moi à la primaire jusqu’à l’université.

Djaouane Hafsa

-iv-

Remerciements

Je tiens à remercier tout d'abord Dieu le tout puissant qui nous a donnée durant

toutes ces années la santé, le courage et la foi en nous même pour arriver à ce jour.

Vous remercions chaleureusement l’encadreur M. ABDERRAHMANI A pour son aide,

son orientation ,et son encouragement de notre projet de fin d’étude. Je remercions tout les

personnes qui ont contribuée de prés ou loin a la réalisation de ce travail.

-v-

Table des Matières

INTRODUCTION GÉNÉRALE ...................................................................................................... 1

chapitre 1 État de l'art .................................................................................................................. 4

1.1. Introduction ......................................................................................................................................................... 5

1.2. Les systèmes de compensation .................................................................................................................... 5 1.2.1. Compensation séries............................................................................................................................................... 6

1.2.1.1. Principes de compensation de série ............................................................................................................................ 6 1.2.1.2. Le contrôle de l'impédance de ligne en utilisant la compensation série ..................................................... 7 1.2.1.3. Le contrôle de la différence d'angle de phase en utilisant un transformateur déphaseur .................. 8 1.2.1.4. Le contrôle de la tension en utilisant un transformateur de puissance ....................................................... 8 1.2.1.5. Compensation sérié avancée ........................................................................................................................................... 9

1.2.1.5.1. Compensateurs séries à base de thyristors ................................................................................................................................... 9 i. TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) ............................................................................................................ 9 ii. TSSC (Thyristor Switched Series Capacitor) .............................................................................................................. 9 iii. TCSR(Thyristor Controlled Series Reactor) ............................................................................................................... 9 iv. TSSR(Thyristor Switched Series Reactor) .................................................................................................................. 9

1.2.1.5.2. Compensateurs séries à base de GTO thyristors « SSSC » ...................................................................................................... 9 1.2.2. Compensateur shunt ............................................................................................................................................ 10

1.2.2.1. Principes de compensation shunt .............................................................................................................................. 10 1.2.2.2. Compensation parallèle avancée ................................................................................................................................ 11

1.2.2.2.1. Compensateurs parallèle à base de thyristors .......................................................................................................................... 11 i. TCR (Thyristor Contrôled Réactor) .......................................................................................................................... 11 ii. TSC (Thyristor Switched Capacitor) ........................................................................................................................ 11 iii. Le contrôle de la tension en utilisant un compensateur statique (SVC) ................................................................. 12

1.2.2.2.2. Compensateurs parallèles à base de GTO thyristors« STATCOM » ................................................................................ 12 1.2.3. Hybride Compensation ....................................................................................................................................... 13

1.2.3.1. Compensateurs hybrides à base de thyristors « TCPAR »............................................................................... 13 1.2.3.2. Compensateurs hybrides à base de GTO thyristors ........................................................................................... 14

i. IPFC (Interline Power Flow Controller) ................................................................................................................... 14 ii. UPFC (Unifié Power Flow Controller) ...................................................................................................................... 14

1.3. Conclusion ......................................................................................................................................................... 15

chapitre 2 Modélisation et commande d'un STATCOM ................................................. 16

2.1. Introduction : .................................................................................................................................................... 17

2.2. Modèle mathématique du système (réseau+STATCOM) : ............................................................. 17 2.2.1. Circuit détaillée du STATCOM : ....................................................................................................................... 17 2.2.2. Circuit monophasé de STATCOM.................................................................................................................... 17 2.2.3. L'équation dynamique du compensateur ................................................................................................... 18 2.2.4. Commande du STATCOM ................................................................................................................................... 21

2.2.4.1. Théorie de la Puissance Réactive Instantanée(TPRI) ....................................................................................... 22 2.2.4.2. Théorie de la Puissance Réactive Instantanée avec contrôle de VDC ........................................................ 23 2.2.4.3. La méthode Watt-Var découplé : ................................................................................................................................ 23

2.3. Conclusion : ....................................................................................................................................................... 26

-vi-

chapitre 3 Simulation et résultat ............................................................................................ 27

3.1. Introduction : .................................................................................................................................................... 28

3.2. Performance d'un STATCOM avec un contrôleur PI ......................................................................... 28

3.3. Résultat et commentaire : ............................................................................................................................ 29 3.3.1. Charge inductive .................................................................................................................................................... 29 3.3.2. Commentaire de la charge inductive. .......................................................................................................... 34 3.3.3. Charge capacitive .................................................................................................................................................. 36 3.3.4. Commentaire de la charge capacitive ........................................................................................................ 41

3.4. Conclusion ......................................................................................................................................................... 42

CONCLUSION ................................................................................................................................ 43

BIBLIOGRAPHIE .......................................................................................................................... 44

-vii-

Table des figures

Figure 1-1 : Contrôle des puissances dans un réseau électrique ....................................................... 6

Figure 1-2 : Compensation série ..................................................................................................................... 7

Figure 1-3 : contrôle d’impédance par une compensation série. ...................................................... 7

Figure 1-4 : Contrôle d’angle par un transformateur déphaseur. ..................................................... 8

Figure 1-5 : Contrôle de tension par un transformateur de puissance. .......................................... 8

Figure 1-6 : Schéma de base du SSSC .......................................................................................................... 10

Figure 1-7 : Principe de la compensation shunt ..................................................................................... 10

Figure 1-8 : Schéma équivalent d’un TCR ................................................................................................. 11

Figure 1-9 : Schéma équivalent d’un TCR ................................................................................................. 11

Figure 1-10 : schéma de base d’un SVC ...................................................................................................... 12

Figure 1-11 : schéma de base d’un STATCOM. ........................................................................................ 13

Figure 1-12 : structure de base de TCPAR ................................................................................................ 14

Figure 2-1 : schéma du circuit équivalent du STATCOM ..................................................................... 17

Figure 2-2 : schéma du circuit monophasé du STATCOM .................................................................. 17

Figure 2-3 : schéma du circuit équivalent du STATCOM ..................................................................... 18

Figure 2-4 : Système de contrôle Shunt. .................................................................................................... 22

Figure 2-5 : Un simple système de contrôle pour le compensateur de shunt ............................ 22

Figure 2-6 : Blocs de contrôle pour convertisseur shunt .................................................................... 23

Figure 2-7 : Système de régulation .............................................................................................................. 25

Figure 2-8 : Schéma bloc du STATCOM par la méthode watt-var découplée. ............................. 25

Figure 3-1 : Réseau étudié .............................................................................................................................. 28

Figure 3-2 : Réseau étudié avec une charge inductive >> ................................................................. 29

Figure 3-3 : Tension du réseau sans STATCOM avec une charge inductive. ............................... 29

Figure 3-4 : Tension maximal sans STATCOM avec une charge inductive. .................................. 30

Figure 3-5 : Tension du réseau avec STATCOM avec une charge inductive. ............................... 30

Figure 3-6 : Tension maximal avec STATCOM avec une charge inductive. .................................. 31

Figure 3-7 : La puissance réactive injecte au réseau avec STATCOM avec une charge

inductive. ...................................................................................................................................................... 31

Figure 3-8 : La puissance active injecte au réseau avec STATCOM avec une charge inductive.

.......................................................................................................................................................................... 32

Figure 3-9 : Le courant injecte au réseau par STATCOM avec une charge inductive............... 32

Figure 3-10 : La tension avec une charge inductive. .................................................................. 33

Figure 3-11 : Comparaison de fonctionnement du STATCOM avec une charge inductive. ... 33

-viii-

Figure 3-12 : Réseau étudié avec une charge capacitive>> .............................................................. 36

Figure 3-13 : Tension du réseau sans STATCOM avec une charge capacitive ............................ 36

Figure 3-14 : Tension maximal sans STATCOM avec une charge capacitive .............................. 37

Figure 3-15 : Tension du réseau avec STATCOM avec une charge capacitive ............................ 37

Figure 3-16 : Tension maximal avec STATCOM avec une charge capacitive .............................. 38

Figure 3-17 : La puissance réactive injecte au réseau avec STATCOM avec une charge

capacitive. .................................................................................................................................................... 38

Figure 3-18 : La puissance active injecte au réseau avec STATCOM avec une charge

capacitive ..................................................................................................................................................... 39

Figure 3-19 : Le courant injecte au réseau par STATCOM avec une charge capacitive. ......... 39

Figure 3-20 : La tension avec une charge capacitive .................................................................. 40

Figure 3-21 : Comparaison de fonctionnement du STATCOM avec une charge capacitive ... 40

-ix-

Nomenclature

Rse Résistance du transformateur série couplé par la résistance de la ligne

Xse Réactance du transformateur série couplé par la réactance de la ligne

Les Inductance du transformateur série couplé par la inductance de la ligne

Rsh Résistance du transformateur shunt

XSh Réactance du transformateur shunt

VsTension de départ (source)

VR Tension d'arrivée

roFréquence synchrone du système en (rd/sec)

WbBase de fréquence en (rd/sec)

VseTension de sortie du convertisseur série

VShTension de sortie du convertisseur shunt

8Angle de transmission (déphasage entre la tension de départ et d'arrivée)

dAxes direct et en quadrature

qAxes en quadrature

VdcTension du circuit continu

Liste des abréviations

FACTS FexibleAhemating Current Transmission Systems

GTOGâte Turn Off

STATCOM Static Synchronous Compensator

SVC Static Var Compensator

UPFC Unified Power Flow Controller

SSSC Static Synchronous Série Capacitor

IGBTInsulate Gâte Bipolar Transistor

Introduction générale.

-1-

INTRODUCTION GÉNÉRALE

Dans les prochaines décennies, la demande en électricité continuera d’augmenter.

La croissance économique et démographique ainsi que l’utilisation de nouvelles

technologies auront des effets qui seront encore plus importants que les potentiels

d’économie. Une éventuelle augmentation des prix n’aura qu’une faible incidence

sur la demande. Une augmentation des prix du pétrole et du gaz naturel attisera

la demande en électricité, notamment parce que l’amélioration de l’efficacité énergétique

globale implique une importance à l’étude des systèmes électriques dans

les processus. Ainsi plus que le réseau augmente plus qu'il devient complexe et plus

difficile à contrôler. Ce système qui doit conduire de grandes quantités de l'énergie en

l'absence de dispositifs de contrôle sophistiqués et adéquats beaucoup de problèmes

peuvent survenir sur ce réseau tel que : le transit de puissance réactive excessif dans les

lignes, les creux de tension entre différentes parties du réseau… et de ce fait le potentiel de

l'interconnexion du réseau ne sera pas exploiter.

Les réseaux électriques jusqu'à ces dernières années sont contrôlés mécaniquement,

malgré l'utilisation de la microélectronique, des ordinateurs et des moyens rapides

de télécommunication dans le contrôle des réseaux, la dernière action dans ces systèmes

de commande est prise avec des dispositifs mécaniques ayant un temps de réponse plus au

moins long et avec lesquels l'action d'amorçage et de réamorçage ne peut être

répétitivement exécuté à une fréquence élevée par rapport aux dispositifs à base

d'interrupteurs statiques (semi-conducteurs).

D’autre part, durant les dernières années, l'industrie de l'énergie électrique est

confrontée à des problèmes liés à de nouvelles contraintes qui touchent différents aspects

de la production, du transport et de la distribution de l'énergie électrique. A cet effet, il est

intéressant pour le gestionnaire du réseau de disposer des moyens permettant de contrôler

les puissances réactives, les tensions et les transits de puissance dans les lignes afin que

les réseaux électriques existant puisse être exploité de la manière la plus efficace et la plus

sûre possible.


-2-

Problématique

La réalisation des nouvelles lignes de transport d'énergie électrique permet d'assurer

la continuité de service en électricité avant tout, mais elle induit aussi des coûts

d'exploitation. Elle se dirige sur la recherche de faisabilité, la configuration, l'exploitation,

le rendement des réseaux de transport. Ils peuvent également préparer des estimations

de coût et de temps ainsi que des devis de réalisation. D'autre part les évolutions

techniques et réglementaires qui ont eu lieu ces dernières années dans le domaine

énergétique amènent à revisiter la manière de concevoir et de gérer les réseaux

de transport et de distribution de l’électricité. Les exigences de contrôle des flux

énergétiques, l’insertion de systèmes de production non conventionnels et enfin

la nécessité d’une fourniture d’électricité non seulement disponible mais de qualité,

sont autant de corollaires de cette évolution.

Face à cette évolution en profondeur de réseau, des techniques, des méthodes

et des outils nouveaux ont émergé pour assister l’utilisateur potentiel dans des domaines

très divers de contrôle des réseaux passent par des architectures physiques

et algorithmiques optimisées. L’architecture physique concerne la structure

où la performance est obtenue en regroupant en parallèle ou en série les semi-conducteurs

sous forme de cellules et/ou à travers des topologies multi-niveaux et multi-pulse.

Cet état de fait offre un champ ouvert d’application et de sollicitations aux systèmes

de l’électronique de puissance. Cela se traduit, pour les nouvelles applications à deux

exigences souvent antithétiques : la montée en tension et en puissance et la montée

en fréquence d’autre part.

Objectifs scientifiques :

Le développement rapide de l'électronique de puissance a eu un effet considérable

dans l'amélioration des conditions de fonctionnement des réseaux électriques en

performant le contrôle de leurs paramètres par l'introduction de dispositifs de contrôle à

base des composants d'électronique de puissance très avancés (GTO, IGBT) connus sous

l'acronyme FACTS: Flexible Alternatif Curant Transmission Systems. L'apport de cette

technologie FACTS pour les compagnies de l'électricité est d'ouvrir de nouvelles

perspectives pour contrôler le flux de puissance dans les réseaux et d'augmenter les

capacités utilisées des lignes existantes semblables à des extensions dans ces dernières. Ces

apports résultent de l'habilité de ces contrôleurs FACTS de contrôler les paramètres


-3-

interdépendants qui gouvernent l'opération de transport de l'énergie électrique y compris

l'impédance série, impédance shunt, courant, tension, angle de phase… etc.

La nouvelle génération des systèmes FACTS est constituée principalement par des

convertisseurs de tension (ou courant), à base des interrupteurs statiques modernes (GTO

ou IGBT) commandées en ouverture et en fermeture, liés à des condensateurs comme

source de tension continue. Ces convertisseurs selon leur connexion au réseau sont

distingués en compensateurs shunt, série et hybride tels que : STATCOM, SSSC, UPFC

respectivement.

Organisation

Au carrefour d’exigences contemporaines et des défis posés par la complexité

grandissante des procédés, la science des systèmes offre des voies de recherche

et de réflexion parmi les plus prometteuses. Dans ce contexte, notre mémoire propose

d'étudier la commande d’un STATCOM pour la compensation de l’énergie réactive dans un

réseau électrique. Il comporte quatre chapitres :

Il nous a paru essentiel de donner un aperçu sur le problème de la qualité de l’énergie

réactive sur les réseaux et les différents systèmes de compensation par les systèmes FACT.

Ce sera l’objet de premier chapitre.

Le deuxième chapitre est consacré à la modèle mathématique du système

(réseau+STATCOM). A partir du circuit équivalent, la modélisation de chaque partie

indépendamment permet d’avoir des structures mieux adaptées pour le réglage et le

contrôle.

Au troisième chapitre nous allons présenter l’identification de contrôle de

STATCOM ,Par la suite, une stratégie de commande watt-var découplée, également basée

sur l’analyse de sensibilité. Les modèles développés sont applicables pour les études de flux

de puissance, des études de stabilité transitoire et des études analytiques.

Dans le quatrième chapitre on a réalisé un modèle du système sur le SIMULINK

MATLAB et l’interprétation des résultats. Finalement, divers exemple d’un réseau simple

comportant un STATCOM ont été présentés afin de montrer la validité des stratégies de

commande développées.

Une conclusion générale clôture notre travail

4

chapitre 1

État de l'art

Chapitre 1 : État de l'art

5

1 . 1 . I n t r o d uc t i o n

Le transport de l’énergie électrique consiste à acheminer les puissances produites par

les unités de production auprès des lieux de consommation. Les grandes centrales étant en

général groupées autour des fleuves, des cours d’eau et des océans, le « grand transport »

consiste à parcourir de longues distances en direction des extrémités des territoires

nationaux. L’ordre de grandeur de ces distances impose, entre autre, le fait de véhiculer

l’énergie électrique sous très haute tension.

1 . 2 . L e s s y st è me s d e c omp e n s a t i o n

Compensateurs de puissance réactive ont été appliquées dans les systèmes

électriques pour augmenter la transmission de puissance en régime permanent en régulant

la tension le long des lignes de transport. Les systèmes de compensation sont utilisés aussi

bien pour éviter l'injection au réseau des perturbations que pour protéger les sources

sensibles face aux perturbations présentes sur le réseau. La nouvelle génération

de compensateurs s'appuie sur des dispositifs électroniques de puissance. Ils sont adaptés

pour la compensation de puissance réactive rapide dans les systèmes électriques.

Par conséquent, ils sont efficaces dans la compensation dynamique et contrôle en temps

réel du flux de puissance dans les systèmes électriques. Ces compensateurs sont utilisés

en série, shunt ou une combinaison entre eux dans les lignes de transport.

Les compensateurs shunts servent essentiellement à absorber les perturbations

venantes de diverses charges et/ou génératrices, évitant ainsi de perturber la tension

du réseau. Si le compensateur est basé sur des éléments passifs commutés, il peut servir à

régler la tension au nœud de raccordement par l'absorption ou génération des courants

réactifs. S'il est basé sur un onduleur de tension, en plus de ces fonctionnalités, il peut

également être utilisé comme filtre actif car il peut faire office de source de courant

contrôlée.

L'action principale d'un compensateur série basé sur des éléments passifs commutés

est la modification de l'impédance de ligne. Si le compensateur est basé sur un onduleur

de tension il sert à compenser les perturbations agissant sur la tension d'alimentation

de la charge par l'injection d'une tension en série avec la tension du réseau.


6

Afin de démontrer les principales idées derrière le contrôle de débit de puissance,

considérons l'écoulement de la puissance réelle de la ligne de transport sans perte. Le flux

de puissance est fonction de la réactance de ligne X, l'ampleur de production et la qualité

de la réception de fin (Les tension V1, V2 et l'angle de phase entre ces tensions φ).

Pour illustrer la façon dont l'impédance, la tension ou différence d'angle de phase

peut être utilisé pour contrôler le flux de puissance, considérons le réseau de la figure

ci-dessous. La boîte à la fin de la ligne 1 représente un dispositif de contrôle de flux :

Figure 1-1 : Contrôle des puissances dans un réseau électrique

Les puissances à contrôler dans un réseau sont :

V

sinφ ( 1-1)

V

(1 cosφ) ( 1-2)

D’où

sinφ ( 1-3)

1 cosφ ( 1-4)

Ainsi, le débit naturel de la puissance réelle est déterminé par les rapports

des réactances de ligne. En introduisant un dispositif de contrôle comme le montre la figure

(1.3), les flux de puissance naturelle ci-dessus seront modifiés. Exemples d'utilisation

de chacun des trois paramètres ( , V, φ) pour contrôler le flux de puissance.

1.2.1. Compensation séries

1.2.1.1. Principes de compensation de série

La compensation série est basée sur le principe de réduire la réactance effective d'une

ligne de transport électrique. Conventionnellement c'est la réactance du compensateur

série capacitif qui élimine une quantité de la réactance de la ligne et donc l'impédance

effective de la ligne électrique est réduit comme si sa longueur physique a été diminuée.

Également on peut atteindre cet objectif en injectant une tension alternative, de même

Dispositif de contrôle 1V 02VXj.

S


7

fréquence que le réseau, en série dans la ligne et qui est en quadrature (90°) avec le

courant de celle-ci. Le simple composant ou dispositif pour achever une compensation

série dans une ligne est l'insertion des condensateurs en série.

Cependant, la stratégie de compensation est d'injecté une tension Vcomp entre

la ligne et la charge pour modifier l'angle de V2, qui devient la tension aux bornes

de la charge. Dans ce type de compensation, le courant de charge ne peut pas être changé,

ce qui signifie que la tension de compensation doit être ajustée pour atteindre la tension

requise aux bornes de la charge. En outre, la puissance apparente échangé avec

le compensateur série dépend de l'amplitude Vcomp.

Figure 1-2 : Compensation série

1.2.1.2. Le contrôle de l'impédance de ligne en utilisant la compensation série

Cette compensation série est réalisée en utilisant des condensateurs en série qui

peuvent être contrôlés mécaniquement ou utilisant des thyristors. Le diagramme de

Fresnel représenté par la figure (1-6.b) montre que le profil de tension est amélioré tout au

long de la ligne et l’angle de transport est réduit d’où une amélioration de la stabilité

dynamique du système de transport.

Figure 1-3 : contrôle d’impédance par une compensation série.

jX*I

V2 I

jXc*I

V1

V2∠0 j*X

S1=P1+j*

Q1

S2=P2+j*

Q2

I∠δ

V1∠φ - j.Xc

سيثتتتت

للjjjت

jj*Xc

R

1V

2V

compV

RI p

XjI p

1V 0'V

111 .QjPS

22 VCompV

0pI

111 .XjRZ


8

Les flux de puissance qui en résultent sont donnés par :

V

sinφ

V

(1 cosφ)

Donc

1

1 sinφ ( 1-5)

1

1 (1 cosφ)

( 1-6)

1.2.1.3. Le contrôle de la différence d'angle de phase en utilisant un transformateur

déphaseur

Figure 1-4 : Contrôle d’angle par un transformateur déphaseur.

La puissance active P transitée entre deux réseaux de tensions respectives

V et V présentant un angle de transport φ(déphasage entre V et V ), faire varier cet angle

permet donc de faire varier la puissance .cette angle connectés par une liaison

d’impédance est connecté par la formule suivent :

V V

sinφ 1,φ

1.2.1.4. Le contrôle de la tension en utilisant un transformateur de puissance

Figure 1-5 : Contrôle de tension par un transformateur de puissance.

Le flux d'énergie qui en résultent sont donnés par:

T V

φ

T V

(1 φ)

V1∠φ

1

j*X

S

V2∠φ

2

δ

V1∠φ

1

j*X

S

V2∠φ

2

δ


9

Donc

T φ ( 1-7)

T (1 φ) ( 1-8)

1.2.1.5. Compensation sérié avancée

Jusqu’à maintenant la compensation série avancée, basée sur le compensateur série à

thyristors, n’a été utilisée que de façon expérimentale.

1.2.1.5.1. Compensateurs séries à base de thyristors

i. TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor)

ii. TSSC (Thyristor Switched Series Capacitor)

iii. TCSR(Thyristor Controlled Series Reactor)

iv. TSSR(Thyristor Switched Series Reactor)

1.2.1.5.2. Compensateurs séries à base de GTO thyristors « SSSC »

Ce type de compensateur série (Compensateur Synchrone Statique Série) est le plus

important dispositif de cette famille. Il est constitué d'un onduleur triphasé couplé en série

avec la ligne électrique à l'aide d'un transformateur.

Son rôle est d'introduire une tension triphasée, à la fréquence du réseau, en série avec la ligne

de transport. Cette tension est en quadrature avec le courant de ligne.

Nous pouvons, dans ce cas, régler continuellement la valeur apparente de la capacité ou

de l'inductance ainsi introduite dans la ligne. L'avantage de ce compensateur est de ne pas

introduire physiquement un condensateur ou une inductance, mais de simuler leurs

fonctions. Cela évite l'apparition des oscillations dues à la résonance avec les éléments

inductifs du réseau.


10

Figure 1-6 : Schéma de base du SSSC

1.2.2. Compensateur shunt

1.2.2.1. Principes de compensation shunt

Figure 1-7 : Principe de la compensation shunt

La figure montre les principes théoriques et les effets de la compensation

de puissance réactive dans un système de base à courant alternatif, qui comporte

une source V , une ligne de transport, et une charge inductive typique. Si la puissance

réactive est fournie à proximité de la charge, le courant de ligne est réduit au minimum,

ce qui réduit les pertes d'énergie et l'amélioration de la régulation de tension aux bornes

de la charge. Cela peut être fait avec un condensateur, avec une source de tension, ou avec

une source de courant. Dans le dispositif shunt le courant-source est utilisé

pour compenser le composant réactif du courant de charge. En conséquence, la régulation

de tension de système est améliorée et le composant courant réactif de la source

est presque éliminé. Une source courant ou une source de tension peut être employée

pour la compensation réactive de shunt.

δ pRI

pjXI

PI

qII

1V

2V

1V 02V

111 .QjPS

jXRZ

222 .QjPS

I

qI

PI


11

1.2.2.2. Compensation parallèle avancée

1.2.2.2.1. Compensateurs parallèle à base de thyristors

i. TCR (Thyristor Contrôled Réactor)

Le TCR ou RCT : (Réactances Commandées par Thyristors), est une inductance

branchée en série avec une valve à thyristors bidirectionnelles. La valeur de l’inductance

est continuellement changée par l'amorçage des thyristors. TCR est composé d’une

impédance placée en série avec deux thyristors montés en antiparallèle, comme le montre

la figure :

Figure 1-8 : Schéma équivalent d’un TCR

ii. TSC (Thyristor Switched Capacitor)

Le TSC ou CCT : (Condensateurs Commandés par Thyristor), un TSC comprend

un condensateur branché en série avec une valve à thyristors bidirectionnelle

et une inductance d’atténuation. La fonction principale de commutateur à thyristors

consiste à enclencher et à déclencher le condensateur pour un nombre entier de demi-cycle

de la tension appliquée.

Figure 1-9 : Schéma équivalent d’un TCR


12

iii. Le contrôle de la tension en utilisant un compensateur statique (SVC)

Un SVC est une impédance continument ajustable capacitive à inductive qui peut

rapidement répondre à des modifications du réseau pour contre balancer les variations de

charge active ou les conséquences d’un défaut.

Les SVC sont des dispositifs de compensation parallèle connectés en des points précis

du système de transmission, Leur topologie est basée sur des convertisseurs de courant

Figure 1-10 : schéma de base d’un SVC

1.2.2.2.2. Compensateurs parallèles à base de GTO thyristors« STATCOM »

Le STATCOM est une technologie plus récente basée sur l’utilisation de thyristors de

type GTO ou transistors de type IGBT qui permettent un fonctionnement en source de

tension (VSC : voltage source convertir). Ces composants d’électronique de puissance

peuvent être commandés à l’ouverture et à la fermeture. Contrairement ou thyristors

«classiques », qui fonctionnent avec une commande pleine onde, ils acceptent des signaux

de fréquence plus élevée (de l’ordre du KHz pour les IGBT). Le STATCOM peut contrôler

l’écoulement de puissance active, réguler la tension, et augmenter la stabilité dynamique

du système de transmission, en contrôlant l’injection de la puissance réactive dans son

nœud de connexion. Le rôle de ce compensateur statique est d’échanger de l’énergie

réactive avec le réseau.


13

Figure 1-11 : schéma de base d’un STATCOM.

1.2.3. Hybride Compensation

1.2.3.1. Compensateurs hybrides à base de thyristors « TCPAR »

C'est un transformateur déphaseur à base de thyristors. Ce dispositif a été créé pour

remplacer les déphaseurs à transformateurs à régleur en charge (LTC ; Load Tap Changer)

qui sont commandés mécaniquement. Il est constitué de deux transformateurs, l’un est

branché en série avec la ligne et l’autre en parallèle. Ce dernier possède différents rapports

de transformation (n1, n2, n3). Ces deux transformateurs sont reliés par l’intermédiaire

des thyristors. Son principe de fonctionnement est d’injecter, sur les trois phases de la ligne

de transmission, une tension en quadrature avec la tension à déphaser. Il a l’avantage de ne

pas générer d’harmoniques car les thyristors sont commandés en interrupteurs en pleine

conduction. ar contre comme le déphasage n’a pas une variation continue, il est

nécessaire d’y adjoindre un compensateur shunt, ce qui entraîne des surcoûts

d’installation. L’amplitude de la tension injectée est une combinaison des secondaires du

transformateur parallèle dont les rapports de transformation sont n1, n2, n3

Commande de STATCOM

Les mesures Les références

1V

111 .QjPS

111 jXRZ 222 jXRZ 02V

222 .QjPS


14

Figure 1-12 : structure de base de TCPAR. [17]

1.2.3.2. Compensateurs hybrides à base de GTO thyristors

i. IPFC (Interline Power Flow Controller)

L’I FC est une association de contrôleurs série placés dans des lignes différentes. Il

utilise des convertisseurs DC-AC placés en série avec la ligne à compenser. En d’autres

termes, l’I FC comporte un certain nombre de SSSC .On peut l’utiliser afin de forcer des

changements de puissance entre les lignes du réseau.

ii. UPFC (Unifié Power Flow Controller)

Il s’agit du système le plus sophistiqué des FACTS, proposé par Laszlo Gyugyi. Il est

constitué de deux sources synchrones couplées au réseau par des transformateurs, l’un

placé en parallèle et l’autre en série, obtenues par des convertisseurs ayant en commun

une capacité de stoc age. L’intérêt principal de ce compensateur est de pouvoir contrôler

l’amplitude de la tension à son point de connexion, et les flux de puissance active et

réactive de la ligne de transmission dans laquelle il est inséré


15

1 . 3 . C o n c l u s i o n

Dans ce chapitre nous avons présentée une étude sur les différents type de la

compensation (série , shunt et parallèle ) appliqué au contrôle des réseau électriques .Aussi

dans cette étude nous avons donne des définitions pour les nouveaux dispositifs de

contrôle et de commande des réseaux électriques s’appelé FACTS comme :TCSC ,TCSR

,TCR ,TSR ,STATCOM ,U FC ,I FC …….ect , d’après cette étude nous avons comprenons que

cette famille moderne de FACTS sont nécessaire a pour but de la stabilité dans le réseau.

16

chapitre 2

Modélisation

et commande

d'un STATCOM

Chapitre 2 : modélisation et commande d’un STATCOM

17

2 . 1 . I n t r o d uc t i o n :

Dans ce chapitre nous allons présenter un schéma équivalent de STATCOM qui

contenant une source de tension sinusoïdale connectée au nœud par l’inductance Ls du

transformateur de couplage ; en série avec une résistance qui représente les pertes

ohmiques du transformateur et les pertes dans les interrupteurs de l'onduleur.

Le but de ce chapitre est d’analyser l’effet d’un STATCOM sur le contrôle de la

puissance active et réactive, pour cette raison ,La loi de commande utilisée pour ce

contrôleur été la méthode dite Watt-Var découplée basée sur le principe de découplage

dans le contrôle des courants actif et réactif du système accompli avec des régulateur PI .

2 . 2 . M o d è l e m a t h é ma t i q u e d u s y s t è me ( r é s e a u + S T AT C OM ) :

2.2.1. Circuit détaillée du STATCOM :

La figure (2.1) représente le circuit équivalent d’un compensateur statique d’énergie

réactive. Le circuit STATCOM est divisé en quatre parties :

Figure 2-1 : schéma du circuit équivalent du STATCOM

2.2.2. Circuit monophasé de STATCOM

Le principe de fonctionnement du compensateur est expliqué sur la base de son circuit :

Figure 2-2 : schéma du circuit monophasé du STATCOM

Vsa

Vsb

Vsc

C

onduleur de tension

3 bras

Rs1

Rs

Ls2

Ls1

Ls

Voa

Vsa

Rs Ls


18

2.2.3. L'équation dynamique du compensateur

Figure 2-3 : schéma du circuit équivalent du STATCOM

On application la loi de Kirchhoff sur le circuit de la figure (2.1) ainsi que le circuit

monophasé de la figure (2.2) d'un STATCOM, les équations représentant le compensateur

parallèle peuvent s'écrire sous la forme :

. (2.1)

. (2.2)

. (2.3)

D’après l’équation (2.1),( 2.2), et( 2.3) on obtient :

. .

(2.4)

. .

(2.5)

. .

(2.6)

A partir de l’équation (2.1) on peut écrit :

.

. (2.7)

( . )

(2.8)

( )

. (2.9)

On fait la même chose sur les équations (2.2) et (2.3) donc on obtient :

.

( ) (2.10)

.

( ) (2.11)

Contrôleur du STATCOM

Mesure Références

sV LV1R 1X

2R 2X

sSs QjPS .


19

.

( ) (2.12)

Transformation de la partie réseau :

Les trois tensions du réseau sont données par l’équation suivant :

V V V

=

Vs

sin ( t )

sin ( t

)

sin ( t

)

(2.13) Avec : Vmax=

.Vs

Vs :la tension du réseau

W :la pulsation de la tension du réseau en rad/s

on a les équation suivent :

V _ V =R I +L

(2.14)

V _ V =R I +L

(2.15)

V _ V =R I +L

(2.16)

A partir de le systèmes d’équation on a :

I =

( )

I (2.17)

I =

( )

–

I (2.18)

I =

( )

I (2.19)

En forme matricielle :

d

dt I I

R L

R L

R L

. I I

1

L .

V V V V V V

( 2-20)

Le système dernière peut être réécrit dans repère d’axes direct, quadrature(d,q),en

utilisant la matrice de transformation de park suivant :

[ ] = ( )[ ]

( )=

cos cos(

) cos(

)

sin sin (

) sin (

)

(2.21)

: L’angle de déplacement cadre de référence de ar


20

Il peut être démontre que la transformation inverse, nous pouvons écrire :

[ ]= ( ) ¯¹. [ ]

Ou l’inverse de la matrice de transformation de ar donnée par :

( ) ¯¹=

cos sin 1

cos (

) sin (

) 1

cos (

) sin (

) 1

(2.22)

En multipliant l’équation (2.13)par la transformée de Park(2.21)on obtient :

V =

V V V

= ( ). V =V sin cos

(2.23)

Transformation de la partie couplage magnétique :

V V V

Ls

I I I

R R R

I I I

V V V

V V V V V V

(2.24)

Dans le plan de Park le système devient sous le forme suivent :

V V V

Ls

I I I

R R R

I I I

V V V

V V V V V V

(2.25)

En combinant les deux parties du circuit magnétique on parvient à l’équation suivent :

i =

i w i +

(V V ) (2.26)

i = w i

i +

(V V ) (2.27)

A partir de l’équation (2.25) on a:

P. I (p) =

( R I L w I + (V V ) (2.28)

I (p) =

. ( R I L w I + (V V ) (2.29)

En suit a partir de l’équation (2.26) on obtient que :

P. I (p) =

( R I L w I + (V V ) (2.30)

I (p) =

. ( R I w I + (V V ) (2.31)

Transformation de la partie onduleur :

S=

=

sin( )

sin(

sin(

) (2.32)


21

IM=

IM : Indice de modulation en amplitude

On peut ainsi définir les trois tensions de l’onduleur qui sont exprimées en fonction de la

tension continue du condensateur et les fonctions d’impulsion S

, =

= (2.33)

La transformation de ces trios tension dans l’axe (d,q)est donnée par l’équation suivant:

, =

= ( ). . =m 1 (2.34)

En remplaçant l’équation des tensions de la partie alternatif (2.23) et les tensions de sortie

de l’onduleur (2.34) dans l’équation (2.26),(2.27)on obtient :

A partir de l’équation (2.23) on a :

= .sin( ) , = .cos ( ) , et =0 =0

A partir de l’équation (2.33) on a :

. . 1. . . .

.

(2.35)

Après le remplacement on obtient :

.

1

( . sin ( )) ………………… . (2. 6)

.

1

( . cos( ) ) …… (2. )

2.2.4. Commande du STATCOM

Ce système de contrôle a également deux boucles qui sont conçus pour maintenir

l'ampleur de la tension du nœud d'envoi et de la tension DC à leur valeur prédéterminée.

L'ampleur de la tension de shunt injecté Vsh affecte le flux de puissance réactive dans la

branche de dérivation, ce qui affecte à son tour l'ampleur de bus d'envoi de tension. L'angle

entre la tension du nœud d'envoi et de la tension shunt injecté φsh, affecte le flux réel

pouvoir dans la branche de dérivation. Il peut être utilisé pour contrôler le flux de

puissance pour le DC et donc la tension DC. Ceci est réalisé en utilisant deux contrôleurs PI

comme le montre la Figure.

IM:indice


22

Figure 2-4 : Système de contrôle Shunt.

2.2.4.1. Théorie de la Puissance Réactive Instantanée(TPRI)

Pour comprendre la méthode de contrôle des composants de puissance réactive d'un

convertisseur de shunt, on peut supposer qu'il n'y a pas de change net de puissance active à

l'état stationnaire. En outre, dans des conditions parfaitement équilibrée, les besoins de

stockage d'énergie pour ce condensateur est très faible parce que la puissance instantanée

réelle dans chaque phase est assurée par les deux autres à travers des actions de

commutation STATCOM. Par conséquent, le rôle du condensateur est de fournir de

stockage d'énergie durant les périodes transitoires et le fonctionnement déséquilibré et

aussi de fournir la puissance réactive aux fréquences harmoniques DC.

Figure 2-5 : Un simple système de contrôle pour le compensateur de shunt

Dans le système de contrôle ci-dessus, l'ordre courant réactive (I ) est comparé avec

le courant réel réactive (I ) et l'angle de tir (α) convenablement modifiée via un système

de contrôle proportionnel-intégral. L'angle est en phase avec la séquence positive de l'onde

AC fondamentaux et est généré en utilisant une boucle à verrouillage de phase qui est

verrouillé au système de tensions AC.

La tension de sortie peut être contrôlée en utilisant la modulation sinusoïdale de

largeur d'impulsion SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation) contrôleur et en

sélectionnant le bon indice de modulation. Ainsi, un arrangement avec le contrôleur SPWM.

I

K K s

I

I

I pqo

I

V

V

V

Boucle à

Verrouillage

de Phase

{PLL}

Générateur

d'impulsions

Impulsions au

convertisseur

α

Contrôleur DCV

refDCV _

shsV

refsV _

shContrôleur


23

Le chargement/déchargement de la tension du condensateur peut augmenter le

transitoire. Le temps de réponse, en particulier avec une grande valeur de la capacité

comme ce serait le cas pour le convertisseur shunt de travailler avec des déséquilibres

importants [10].

Dans le PWM STATCOM, on peut régler la puissance réactive d'une ligne avec out

affectant la tension DC avec l'aide de deux méthodes de contrôle en boucle fermée [10].

2.2.4.2. Théorie de la Puissance Réactive Instantanée avec contrôle de VDC

Dans cette configuration, la tension du condensateur DC est contrôlée par le δ angle,

parce que changer la tension du condensateur exige un transfert de puissance active,

ou du bus continu qui ne peut être atteint en introduisant un déphasage entre le

convertisseur et système de tensions.

Figure 2-6 : Blocs de contrôle pour convertisseur shunt

Cependant, il peut être vu de la figure (2-4) que cette disposition a un inconvénient,

les deux boucles de régulation ne sont pas découplées. Un changement de tension DC via le

paramètre δ provoque immédiate le changement de la composante réactive, donc le

contrôle exige une modification de la de sortie (m) de la première boucle afin de maintenir

Iq à sa consigne [10].

2.2.4.3. La méthode Watt-Var découplé :

V

K K s

I

I

I pqo

I

V

V

V

Boucle à

Verrouillage

de Phase

{PLL}

Générateur

d'impulsions

Impulsions au

convertisseur

m

V

V K K s

δ

sin ( δ)


24

Les flux de puissance actifs et réactifs dans la ligne de transport sont influencés par la

grandeur de l'angle de phase de la tension injectée. Par conséquent, le contrôleur de la

puissance actif peut de manière significative affecté le niveau du flux de puissance réactif et

vice versa. Afin d'améliorer la performance de contrôle et réduire l'interaction entre les

deux puissances active et réactive, un soi-disant algorithme de contrôle Watt-var découplé

basé sur la théorie d'axe de d-q a été employé.

Le principe de cette méthode est de transformer les grandeurs mesurées du courant

qui transitent dans une ligne et de la tension des trois phases sur les deux axes en utilisant

la transformation de Park:

d

dt I I

R L

R L

. I I

1

L . V V V V

( 2-13)

D’après le système d’équation, on voit qu’il y a un couplage entre les deux composantes du

courant de la ligne [37].

L'objectif est de découpler le contrôle du système de puissance active (Psh) et de la

puissance réactive (Qsh) simultanément avec le moins d'interaction entre eux. En

contrôlant le flux de puissance active (Psh), la tension continue du condensateur (Vdc)

peut être contrôlée.

. I . I

. (V V )

. I . I

. V V

(2.14)

Sur le vecteur de commande on effectue le changement de variable suivant :

.

.

(2.15)

A partir de la première équation du système on aura :

. I . I

. I U

. I . I

. I U

(2.15)

Où U et U sont des variables de commande auxiliaire.

On appliquant la transformation de Laplace sur cette équation on obtient :

.

(2.16)


25

Le schéma suivant résume ce transfert

Figure 2-7 : Système de régulation

De ce qu'on vient de voir on constate qu'il y a un couplage naturelle dans les

transferts des courants I et I ; pour éliminer ce couplage on utilise la méthode de

compensation et avec des régulateurs PI on peut contrôler les courants de sortie du

STATCOM et les faire suivre leurs consignes I et I

et finalement arriver au schéma de

régulation du STATCOM par la méthode Watt-Var découplée comme le représente le

schéma bloc.

Figure 2-8 : Schéma bloc du STATCOM par la méthode watt-var découplée.

①Références ②Mesures ③Contrôleur ④Impulsions

V

PWM

P

I

PI

V

V

V

I

I

V

V

V

2

I

I

V

PI PI

t

I

I

3

4

1

1

s

U I

. I

1

s

U I

. I


26

Ainsi, il est vu qu’en contrôlant U et U , on peut régler indépendamment les

courants I et I contrôlant ainsi la paissance (Psh) et le débit de puissance réactive.

En contrôlant U le flux de puissance active (Psh) et la tension continue du

condensateur de liaison (VDC) peuvent être réglées.

En contrôlant U , le flux de puissance réactive (Qsh) peut être réglé.

En appliquant la transformation de Laplace au système, nous obtenons un système de

deux équations découplées avec les fonctions de transferts en boucle fermées comme suit :

F (S) I

I

I

I

K S. K

K S. (

K ) S

( 2-17)

2 . 3 . C o n c l u s i o n :

Les modèles mathématiques des convertisseurs de tension pour les différentes

connexions dans un réseau électriques, série ou parallèle, sont très utiles sinon obligatoire

pour analyser leurs fonctionnements et déterminer des lois de commande des dispositifs

(FACTS) à base de ces convertisseurs. La description mathématique est basée sur la

transformation du système tri phase à un système biphasé par les transformations PARK.

27

chapitre 3

Simulation

et résultat

Chapitre 3 : Simulation et résultat

28

3 . 1 . I n t r o d uc t i o n :

Avec le développement technologie que vie le monde entier la demande en énergie

électrique est en augmentation continue et sans cessé .Mais il ya des perturbations dans

cette réseaux (augmentation et diminutions) .Alors pour évite cette problème en utilise le

‘’STATCOM’’ qui fournit ou absorbe de la puissance réactive afin que la tension demeure

constant .Dans ce chapitre en réalise un modèle sur ’’ SIMULINK MATLAB’’ d’un réseau

d’énergie simple machine avec l’intégration d’un STATCOM.

3 . 2 . P e r f o r ma n c e d ' u n S T A T CO M a v e c u n c o n t r ô l e u r P I

Le système d'étude est un réseau simple machine (sources de tension synchrones et

une charge). Le STATCOM est couplé au réseau par un transformateur placée en parallèle

au le secondaire est raccordé à un convertisseurs alimenter par une capacité de stockage.

La méthode proposée est appliquée au cas d’un réseau d'interconnexion THB 400 kV-

50Hz de 500 Km de longueur. Chaque tronçon de 100 Km de la ligne est modélisée par son

propre modèle en . Le transformateur shunt sert à baisser la tension de 400 kV (tension

du réseau) à 20 V (tension d’entrée des convertisseurs). Le réseau alimente une charge

inductif, pour des raisons de simulation, l’interconnexion est supposée relier deux zones

stables.

Figure 3-1 : Réseau étudié

Nous avons effectué les simulations sous le logiciel Matlab.


km

Ligne

100

km

Ligne

100

Commande du STATCOM

DCV

km

Ligne

100

km

Ligne

100

km

Ligne

100


29

3 . 3 . R é s u l t a t e t c o mme n t a i r e :

En réseau électrique radial est soumis à une variation de charge au bus 3 (charge).

Étape 1: Seulement la charge inductive Load1 (P = 1 p.u. et Q = 0.8 p.u.) est reliée

au bus B2 (bus de raccordement du STATCOM) .Le condensateur est pré-chargée à

1pu. La tension de bus B2 est de 1 p.u. Les puissance active et réactive transmise

sont PL = 1.2 p.u. et QL = 1.15 p.u.

3.3.1. Charge inductive :

Figure 3-2 : Réseau étudié avec une charge inductive >>

Figure 3-3 : Tension du réseau sans STATCOM avec une charge inductive.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Time

Vabc (

pu)

Va

Vb

Vc


km

Ligne

100

km

Ligne

100

Commande du STATCOM

DCV

km

Ligne

100

km

Ligne

100

km

Ligne

100


30

Figure 3-4 : Tension maximal sans STATCOM avec une charge inductive.

Figure 3-5 : Tension du réseau avec STATCOM avec une charge inductive.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10.95

0.96

0.97

0.98

0.99

1

1.01

Time

Vm

(pu)

Vm

Vref

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Time

Vabc (

pu)

Va

Vb

Vc


31

Figure 3-6 : Tension maximal avec STATCOM avec une charge inductive.

Figure 3-7 : La puissance réactive injecte au réseau avec STATCOM avec une charge inductive.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10.96

0.97

0.98

0.99

1

1.01

1.02

1.03

1.04

Time

Vm

(pu)

Vm

Vref

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Time

Qin

j (pu)


32

Figure 3-8 : La puissance active injecte au réseau avec STATCOM avec une charge inductive.

Figure 3-9 : Le courant injecte au réseau par STATCOM avec une charge inductive.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

Time

Pin

j (pu)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

Time

Iain

j (pu)


33

Figure 3-10 : La tension avec une charge inductive.

Figure 3-11 : Comparaison de fonctionnement du STATCOM avec une charge inductive.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4x 10

4

Time

VD

C (

pu)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10.95

0.96

0.97

0.98

0.99

1

1.01

1.02

1.03

Time

Vm

(pu)

V

m Avec STATCOM

Vref

Vm

Sans STATCOM


34

3.3.2. Commentaire de la charge inductive.

Étape 2 : t = 0.1s à t=0.8s introduction d'une charge consommatrice de l'énergie

réactive. Sans STATCOM la tension a diminuée à 0.955 pu mais avec STATCOM, elle

augment à 0.95 pu. donc maintenant la STATCOM fonctionne en mode capacitif et injecte

environ 1 p.u. de puissance réactive dans réseau. Le STATCOM tire 0.02 p.u de puissance

active du réseau pour compense les pertes du transformateur. La régulation de la tension

mène à une augmentation de la puissance active transmise au obus B3 PL = 1.35 p.u, la

puissance réactive transmise diminue également à QL = 0.7p.u. Dû à la compensation La

tension de condensateur de VDC augmente. Le courant de STATCOM est totalement un

courant réactif. Le courant de l'axe d de STATCOM augmente temporairement afin de

charger le condensateur. La tension du condensateur augmentations.

Évaluation des tensions sans STATCOM :

Depuis la courbe des figures (4.1),(4.2) qui représente la tension du réseau sans

STATCOM avec une charge inductive , on obtient une chut de tension dans le réseau a

cause de la charge inductive qui absorbe l’énergie réactive .

Évaluation des tensions avec STATCOM :

D’après la courbe des figures (4. ), (4.4) nous observons que la tension du réseau

avec une charge inductive est compensée à l’aide du dispositif STATCOM qui fonctionne on

mode capacitif pour fournit l’énergie réactive dans le réseau .

Évaluation de la puissance active et réactive injectée :

A partir le courbe (4.5),(4.6) on peut dit que le STATCOM est fonctionné en mode

capacitif qui injecte beaucoup plus de puissance réactive est nécessaire pour la

compensation de la puissance réactive par ce qu’il ya une chute de tension dans le réseau a

cause de la charge inductive .

Il ya une petite quantité de la puissance active par ce que cette dispositif ne besoin

pas cette puissance car il y a une capacité connecté a l’onduleur de STATCOM.

Évaluation de courant injectée :

D’après la courbe (4. ) qui représente Le courant injecte au réseau par STATCOM

avec une charge inductive, le compensateur délivre une puissance réactive vers le réseau

indiqué qu’on a un courant injecté par le STATCOM au réseau.


35

Évaluation de tension coté continu injectée :

Depuis la courbe de la figure (4.8) il parait très clair que la tension continue qui

montrer le changement de tension aux bornes de la capacité est a une valeur grand pour

permettre au compensateur de fournit l’énergie réactive dans le réseau.

Évaluation de Comparaison de fonctionnement du STATCOM avec une charge

inductive :

Lorsque on connecté une charge inductive dans la durée (0.2s- .8s) et avec l’absence

de STATCOM on a une grand chute de tension dans le réseau a une valeur égale a (0.95 pu)

et la connexion de STATCOM qui fait une compensation jusqu'à la valeur (0.98 pu)pour

presque a (1 pu).


36

3.3.3. Charge capacitive

Figure 3-12 : Réseau étudié avec une charge capacitive>>

Figure 3-13 : Tension du réseau sans STATCOM avec une charge capacitive

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Time

Vabc (

pu)

Va

Vb

Vc


km

Ligne

100

km

Ligne

100

Commande du STATCOM

DCV

km

Ligne

100

km

Ligne

100

km

Ligne

100


37

Figure 3-14 : Tension maximal sans STATCOM avec une charge capacitive

Figure 3-15 : Tension du réseau avec STATCOM avec une charge capacitive

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10.98

0.99

1

1.01

1.02

1.03

1.04

1.05

Time

Vm

(pu)

Vm

Vref

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Time

Vabc (

pu)

Va

Vb

Vc


38

Figure 3-16 : Tension maximal avec STATCOM avec une charge capacitive

Figure 3-17 : La puissance réactive injecte au réseau avec STATCOM avec une charge capacitive.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10.97

0.98

0.99

1

1.01

1.02

1.03

1.04

Time

Vm

(pu)

Vm

Vref

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

Time

Qin

j (pu)


39

Figure 3-18 : La puissance active injecte au réseau avec STATCOM avec une charge capacitive

Figure 3-19 : Le courant injecte au réseau par STATCOM avec une charge capacitive.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

Time

Pin

j (p

u)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

Time

Iain

j (pu)


40

Figure 3-20 : La tension avec une charge capacitive

Figure 3-21 : Comparaison de fonctionnement du STATCOM avec une charge capacitive

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4x 10

4

Time

VD

C (

pu)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10.97

0.98

0.99

1

1.01

1.02

1.03

1.04

1.05

Time

Vm

(pu)

Vm

Sans STATCOM

Vref

Vm

Avec STATCOM


41

3.3.4. Commentaire de la charge capacitive

Étape 3 : t = 0.1s à t=0.8s introduction d'une charge qui injecter de l'énergie réactive.

Sans STATCOM la tension augment à 1.039 pu. Le STATCOM absorbe environ 0.95 p.u de

puissance réactive et absorbe environ 0.05 p.u de la puissance active pour compenser les

pertes supplémentaires. La tension VB est réglée à 1.01 p.u.

Évaluation des tensions sans STATCOM :

D’après les deux figure (4.1 ),(4.11) qui explique la forme de tension dans le réseau

avec l’absence de STATCOM sous l’hypothèse que on a une charge capacitive dans le

réseau qui fournit la puissance réactive qui cause une surtension dans le réseau.

Évaluation des tensions avec STATCOM :

Dans cette cas et a partir de résultat qui exprime dans les deux figure (4.12), (4.13)

qui exprime la tension du réseau avec STATCOM et avec une charge capacitive nous

observons qui le compensateur est fonctionné en mode inductive, c'est-à-dire que il

absorbe une puissance réactive qui améliorer ce tension.

Évaluation des puissances active et réactive avec STATCOM :

Dans les deux figures des puissance active et réactive injecte au réseau avec

STATCOM et avec une charge capacitive (4.14),(4.15) nous remarquons que le dispositif

STATCOM absorbe une bon quantité de puissance réactive.

Comme on a dit déjà que la puissance active est n’est pas important dans ce dispositif.

Évaluation de courant injectée :

La même chose comme il est déjà vu dans la charge inductive :le compensateur

STATCOM au réseau.

Évaluation de tension coté continu :

La tension VDC avec une charge capacitive qui exprime dans la figure (4.17) :elle est

diminuée qui permet de dit que le STATCOM est absorbé la puissance réactive dans le

réseau.


42

Évaluation de Comparaison de fonctionnement du STATCOM avec une charge :

D’après les résultats qui obtient la figure (4.18) qui possède : au moment qui on

connecté une charge capacitive (0.2s à 0.8s) ,la tension sans STATCOM égale a (1.039pu)

mais lorsque on ajute le dispositif de compensation que diminuée cette valeur jusqu'à

prés (1pu).

3 . 4 . C o n c l u s i o n

Dans ce chapitre nous avons étudié la réalisation d’un modèle sur 'SIMULINK

MATLAB' d’un réseau d’énergie simple machine avec l’intégration d’un STATCOM et

l’interprétation du résultat. Cette dernière nous aider à la compréhension des différents

modes de fonctionnement du dispositif STATCOM. Le STATCOM représente un

convertisseur statique a source de tension connecté en parallèle a un réseau pour

améliorer la tension de réseau électrique par le contrôle l’énergie réactive, c'est-à-dire

lorsqu’il y a une chute de tension dans le réseau ce dispositif fournie la puissance réactive

jusqu’à la stabilité de réseau; et lorsqu’on a un surtension dans le réseau , il absorbe la

puissance réactive jusqu’à la stabilité du réseaux.

Conclusion

43

CONCLUSION

Le développement de l’électricité de l’électronique de puissance a permet

d’amélioration la gestion des réseaux électriques en introduisent un concept par ce

système FACTS (STATCOM) basé sur l’électronique de puissance qui permet de résoudre

plusieurs perturbation qui s’accède dans le réseau électrique.

Dans ce travail nous avons présentée trois chapitre: le premier chapitre a fait l’objet

des types de compensation shunt et séries appliquée au contrôle des réseaux électrique:

contrôle de la chute de tension par la compensation de la puissance réactive et le contrôle

du flux de puissance active et réactive en utilisent les compensations séries.

Le deuxième chapitre a été consacré a la modélisation de contrôleur de la famille

FACTS (STATCOM)dans certains fonction de contrôle nous avons présentée des modèles

simple pour lesquels ,ensuite en consacré à l'implémentation des modèles mathématique

dans le repère d-q de ce dispositifs. La méthode de Watt-Var découplé comme stratégie de

commande également pour STATCOM.

Enfin nous avons étudiée des essais de simulation sur un STATCOM insérer dans une

ligne de transmission dans l’environnement MATLAB-SIMULINK et visualiser les résultats

obtenus.

Ce modèle a servi à la synthèse d’une loi de commande robuste par la technique Watt-

Var découplé. Cette commande est appliquée au réglage de la tension à travers une

interconnexion THT munie d’un dispositif STATCOM. Les résultats obtenus à l'issu des

simulations ont conduit à une bonne poursuite des puissances actives et réactives tout en

assurant un réglage de la tension efficace du nœud de connexion shunt et de la tension du

bus continu.

44

BIBLIOGRAPHIE

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