Prsentation des moyens de compensation

Les limites actuelles des rseaux de transport de

llectricit peuvent tre repousses par lajout de

nouvelles capacits de transport et/ou production.

Cependant, les exploitants de rseaux cherchent des

moyens pour utiliser plus efficacement les lignes de

transport existantes. Cela ncessite :

damliorer le rgime permanent des lignes

longues, en autorisant des flux dnergie beaucoup

plus importants que ceux imposs par la seule

limite de stabilit ;

damliorer, dans les rseaux fortement maills, les

flux dnergie imposs par les charges. Le flux

naturel, rsultant des impdances de lignes, nest

pas forcment celui qui minimise les pertes.

On voit dans lexercice 7 que :

le contrle de la tension au point B permet

daugmenter la capacit de transport de la ligne ;

langle de transport maximum, impos par la

stabilit du rseau, constitue la restriction majeur

qui empche de transporter la puissance que laisse

envisager la limite thermique des lignes ;

la modification de limpdance de ligne permet

daugmenter la capacit de transport de puissance

au-del de la limite impose par la stabilit.

De plus, si cette impdance est contrle, on pourra

rgler les impdances de ligne et ainsi imposer les flux

dnergie dans les rseaux maills.

Pour une ligne inductive alimentant une charge rsistive

on crit et

(cf. Ex 7 A.2.4)

Rglage du plan de tension

Rglage de lexcitation des rotors des alternateurs

Contrle de limpdance de ligne

Contrle de langle de transport

Le rglage du plan de tension est assur par des

compensateurs de puissance ractive placs en

diffrents points du rseau. Ce sont des

compensateurs parallles.

Ce sont des transformateurs dphaseurs qui

maintiennent langle de transport dans la plage de

stabilit.

Le contrle de limpdance de ligne est effectu par

des compensateurs sries.

Parmi ces compensateurs, on trouve de nouveaux

systmes adaptatifs, appels FACTS (Flexible AC

Transmission System), associant des condensateurs, des

bobines et des composants dlectronique de puissance.

En plus dassurer le contrle comme le font les

structures classiques, leur temps de rponse trs court

leur permet damliorer les rgimes dynamiques qui

surviennent suite des dfauts sur les rseaux.

Les compensateurs parallles Les compensateurs parallles permettent le contrle

de la tension en un point du rseau grce linjection de

puissance ractive (cf. la problmatique du gestionnaire

de rseau). Ces compensateurs sont connects entre

phase et terre.

Il en existe de plusieurs types :

Compensateur synchrone

Condensateurs

Compensateur statique de puissance ractive

(CSPR) de la famille des FACTS.

Les compensateurs synchrones Les compensateurs synchrones sont des moteurs

synchrones tournant vide, dont lexcitation est rgle

pour fournir ou absorber la puissance ractive qui

permet, par son transit en un point du rseau, dajuster

la tension de ce point.

Avec les performances dynamiques quexige un haut

niveau de sret du rseau, les compensateurs

synchrones sont des moyens dactions privilgis.

Trs employs en France dans les annes 1950 et

1960, les compensateurs ont t dlaisss ensuite au

profit des condensateurs qui sont devenus plus

comptitifs par suite des progrs techniques raliss

dans les films dilectriques trs minces.

(1)

Les compensateurs synchrones ont toutefois conserv

un rle important dans les pays lignes longues et peu

mailles o, en plus dun programme dchange

dnergie ractive, ils assurent le maintien de la stabilit

dynamique par leurs caractristiques mieux adaptes

ce rle que celles des condensateurs (inertie, ractance

transitoire faible, rgulation rapide dexcitation). Ils sont

encore utiliss aux tats-Unis, au Canada, en Russie et

au Brsil o ils ont atteint, vers 1975, environ 10 % de

la puissance apparente du rseau, mais, mme dans ces

pays, ils sont progressivement supplants par les

compensateurs statiques.

Les condensateurs actionns par disjoncteur MSC : Mechanically Switched Condensator

1. Condensateur unique

Le condensateur est manuvr par un disjoncteur.

Larchitecture est simple.

Il y a des phnomnes transitoires la mise sous

tension.

La puissance ractive injecte est nulle ou

maximale.

Afin de limiter les surtensions, il faut respecter un

temps de 5 minutes entre deux manuvres.

Une premire amlioration consiste fractionner le

condensateur en gradins.

2. Gradin de condensateurs.

Les surtensions sont plus faibles.

Les surintensits sont plus leves.

On diminue les surintensits en plaant des

inductances sries.

Les condensateurs commuts par thyristors TSC : Thyristor Switched Condensator

Le condensateur nest pas command en phase mais

simplement enclench et dclench un nombre entier de

priodes.

Grce la prcision du rglage de linstant de mise

en conduction des thyristors, la plupart des

phnomnes transitoires sont supprims.

On peut actionner le dispositif un grand nombre de

fois par jour.

La puissance ractive injecte nest pas modulable.

On va moduler la puissance ractive du dispositif

grce une inductance rglable.

Cette inductance rglable est du type avec noyau dans

lair et commande en phase par deux thyristors tte-

bche : TCR Thyristor Controlled Reactor

Il ny a pas de phnomnes transitoires la mise

sous tension.

La puissance absorbe peut tre ajuste de QLmax 0

en rglant .

Pour les angles suprieurs 90, ce dispositif

gnre des harmoniques.

On ajoute des filtres harmoniques.

Compensateur statique de puissance ractive SVR : Static Var Compensator

On arrive alors la structure suivante :

Chaque branche du TSC permet dinjecter la puissance

ractive QC. Le TCR absorbe la puissance ractive QL

ajustable de QLmax (= - QC) 0. Ainsi on peut ajuster

graduellement la puissance ractive injecte de 0 2QC.

De plus, lorsque les TSC sont dclenchs et en

commandant simplement le TCR, ce compensateur

absorbe de la puissance ractive. Cela permet, lorsque le

rseau est peu charg, dviter les remontes en tension

sur les lignes.

Pour piloter le SVC, le gestionnaire de rseau envoie

une tension de consigne au SVC. Classiquement la

puissance ractive injecte par les SVC est rglable de

-100 Mvar +200 Mvar. Grce au temps de rponse trs

faible, le SVC amliore les rgimes transitoires des

lignes en cas de court-circuit, de rjection de charges...

Compensateur synchrone statique STATCOM : Static Synchronous Compensator

Le STATCOM est compos dune source dnergie

continue, ou dun condensateur, associ un

convertisseur statique base de semi-conducteurs du

type IGBT. Ce convertisseur permet de rgler le niveau

VS de la tension en sortie du convertisseur et de

maintenir le courant de sortie IS en quadrature avec VS.

Injection de puissance ractive (Vs < VHT)

Absorption de puissance ractive (Vs > VHT)

Filtrage actif dharmoniques : Is = Iq - I2 - I3 - I4 - I5

Equilibrage dynamique des charges (lorsque la

charge triphase de la ligne est dsquilibre).

Stabilisation dynamique de la tension au point de

raccordement.

Attnuation des oscillations de puissances.

Les transformateurs dphaseurs PST : Phase Shifting Transformer

Ils agissent sur langle de transport . Avec le contrle

de langle de transport, cest lamplitude et la direction

du flux de puissance qui peuvent tre rgles (voir

relation (1)).

Le dphasage sobtient par extraction dune partie de

la tension simple, injecte sur une autre phase. La

structure du transformateur est reprsente ci-dessous :

Le rseau de commutation permet de slectionner

diffrentes configurations de report des tensions

simples. Des cellules thyristors y supplantent les

systmes de prises mcaniques.

Les compensateurs sries Les compensateurs srie permettent de modifier

limpdance de ligne.

Condensateur srie En abaissant limpdance de la ligne, on tend la zone

de fonctionnement stable et on accrot les capacits de

transport (cf. problmatique du gestionnaire de rseau).

Larchitecture est simple

Limpdance de ligne nest pas rglable.

Des condensateurs de capacit ajustable permettent

le rglage de limpdance de ligne.

Condensateur srie command par thyristors TCSC : Thyristor Controlled Serie Condensator

En dviant, du courant IC qui traverse le condensateur,

une partie IV dans une bobine commande par des

thyristors, on obtient un condensateur de capacit

rglable : XC = UC / IL. La structure est la suivante :

Limpdance de ligne est rglable.

On peut rpartir les flux de puissances entre les

lignes des rseaux maills afin dy minimiser les

pertes.

Conclusion Grce la maturit de llectronique de puissance, de

nouvelles structures de compensateurs apparaissent et

rendent la gestion de lnergie beaucoup plus souple.

Avec la dcentralisation de la production de lnergie,

les rseaux intelligents, Smart Grid, font leur apparition.

Ils ont pour rle de grer au mieux les flux de puissance

et le stockage de lnergie.

Bibliographie :

Manuvre et protection des batteries de condensateurs MT. Cahier Technique Schneider n 189.

http://www.schneider-electric.com/sites/corporate/fr/produits-services/cahiers-techniques/cahiers-techniques.page

FACTS : les systmes performants pour le transport flexible de lnergie. Revue ABB Mai 1999.

http://www.abb.fr/cawp/abbzh254/699bd5d4cb7e7706c1256dab003085da.aspx

Discover the world of FACTS technology. SIEMENS.

http://www.energy.siemens.com/co/pool/hq/power-transmission/FACTS/FACTS_Technology.pdf

Alternateurs hydrauliques et compensateurs. Techniques de lingnieur [D 3 540].

Compensateur dharmoniques et de puissance ractive. Publication RESELEC 2002.

http://electrotechnique-couffignal.site2.ac-strasbourg.fr/site-php/cours2007/realisation-compensateur.pdf