Les configurations, enjeux et contraintes des réseaux et...

Les configurations, enjeux et contraintes des réseaux et matériels HVDC

Congrès Arc Electrique – Clermont-Ferrand - 16 Mars 2015

Wolfgang GrieshaberDisjoncteur DC & solutions nouvelles

avec le support de L. Boisserenq, Ph. Robin-Jouan

Sommaire

• HVDC: qu’est-ce que c’est ?

• Pourquoi utiliser le HVDC ?

• Configurations

• Comment ça marche ?

• Exemple de réalisations

• Appareillage à arc dans station de conversion

• Commuter le courant continu

t

Idci

HVDC: qu’est-ce que c’est ?

• Système permettant d’échanger de l’énergie électrique par courant continu• Pas besoin d’être synchrone, même les fréquences peuvent différer !• Distance : 20 m (dos-à-dos) à 2380 km (Rio Madeira, Brésil)

R

Ligne / câbleOnduleurRedresseurTransfor

mateur

ConsommateursGénérateurs

Idc

VdcV1 V2

t

i

Iact

i

Iac

Pourquoi utiliser le HVDC ?

+

480MW 1440MW

220kV ACCrête = 311kV ±380kV DC

Même nombre de conducteursPylones & fondations inchangés,

Pourquoi HVDC ? … Raison 1

Augmentation de puissance transmise• DC: Tension efficace = crête

• Absence effet de peau

x 3

Pourquoi HVDC ? … Raison 2

Câble / ligne

AC• Inductances et capacité parasite• (Dé-)charge à chaque demi-cycle

− Particulièrement important dans câbles

− Compensation de ligne nécessaire construction de stations dédiées

Parasites (220kV) Câble Ligne

Capacité (nF/km) 210 11

Inductance (mH/km) 0.3 1

Résistance (mOhm/km) 18 0.1

I_ac I_dc

DC• Charge à la mise en route

uniquement• Compensation est inutile

Coût

Stations de Conversion AC/DC

DC

AC 800kmLigne

50kmCâble sous-marin

Distance

Lignes & Stations

Pourquoi HVDC ? … Raison 1+2

Stations AC

Nelson River SchemeDC Lines & Adjoining AC Lines

+/- 500kV dc4000 MW

+/- 230kV ac600 MW

Configurations

contrôlecont

rôle

Configurations

Ligne / câble haute tension

Monopole• Courant passe par le sol• Pas toujours permis:

− Conséquences environnementales− Influences sur boussoles de navires− Érosion d’électrodes

contrôlecontrôleco

ntrô

leco

ntrô

le

Configurations


Ligne/ câble haute tension

deux Monopoles = un Bipole• Seul le déséquilibre de courant passe par le sol

contrôlecont

rôle

Configurations



Bipole• Contrôle commun minimise le passage courant par le sol

Comment ça marche ?

Comment ça marche ? … Convertisseur

Convertisseur• 3 phases AC 2 conducteurs DC• Commutation de phases

− Similaire à un redressement• Source pilotable

− En tension− En courant

3

64

1

2

5

~

~

~

A

B

C

+Udc

- Udc

R

Ligne / câbleOnduleurRedresseurTransfor

mateur

ConsommateursGénérateurs

Idc

V1 V2

B2(C)

A

1(A)

C3(B)

Ulissé

6

5 6


3

64

1

2

5

~

~

~

A

B

C

Commutation entre phases• Pilotable par retard d’allumage

des thyristors

AC

Transfos de convertisseur


Convertisseur• Augmentation de la

tension 2 groupes en série

• Diminution de l’ondulation déphasage = 60°

Groupe 1

Groupe 2

déphasage

Exemple de réalisations

Exemple de réalisations : module de valves

Convertisseur

• Module de ~20kV

− Accepte différents modèles de

thyristors

− Refroidissement à eau (des-ionisée)

• Flexible

− Mise en série pour augmenter la

tension

Répartiteur de tensionthyristors

Commande & surveillance

500kVdc (12 étages doubles)

250kVdc(8 étages doubles)

70kVdc(4 étages)

Exemple de réalisations : valves suspendues

Modules suspendus• Résistant aux tremblements de terre• Moins chers qu’empilés

Exemple de réalisations : valves empilées

Appareillage à arc dans station de conversion

Appareillage à arc



Appareillage à arc = ‘X’• Limiter conséquences des défaillances (by-pass ferme vite)• Maintenance en service (transmission de puissance est réduite)

X

X

XX

X

X

X

maintenancem

aint

enan

ce

Appareillage à arc



Maintenance en exploitation• Arrêt de groupes de valves courant dans le sol• Minimise temps de passage courant par le sol

X

X

X

X

X

X

X

maintenancem

aint

enan

ce

Appareillage à arc



Maintenance en exploitation• Reconfiguration peu de courant dans la ligne (impédance !)

X

X

X

X

X

X

X

L’ arc aide à la commutation de courant continu

vers la ligne

Commuter le courant continu

Ic

Difficultés de la commutation DC• La source ne crée pas I=0 insertion contre-FEM (parafoudre)

• Nécessité d’éteindre l’arc ajout d’un circuit oscillant (LC)

tLU

LCI

dtdIR

dIdU

LdtId arccc

arc

arcc

12

2

0CQ

dtdILRIIU c

carcarc

Impédance de ligne

parafoudre

L, R

source

DCcarc III

Conditions d’amplification • Oscillations de courant s’amplifient, si

• Attendre que Ic > IDC Iarc = 0 insertion du parafoudre

0 RdIdU

arc

arc


Ic

Impédance de ligne

parafoudre

L, R

source

Dimensionnement d’appareil comprend• Nombre d’appareils en série • Dimensionnement énergétique du parafoudre

Connaissance de l’arc• Essais dédiés : mesure Uarc

• Paramétrage: Uarc (I) I-p

amortissement


Ic

Impédance de ligne

parafoudre

L, R

source

Commutation réussie• Arc court oscillations amorties• Arc long amplification d’oscillations

Iarc

Uarc

IDC

Appareil ouvert = arc long

Arc est éteint, I=0

Commutation dans parafoudre commence

400kV GISSubstation

Filters

SVC 2 SVC 1

Filters

Bipole 2 Control Building

Bipole 1

Cable Route

Interconnexion France Angleterre (Sellindge)

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