Memoire-magistere++

i

Mmoire

Prsente en vue de l'obtention du diplme de MAGISTER

Option

Par

Mr. HADDAD SALIM

Soutenu le : / / 2006. DEVANT LE JURY Grade Etablissement

PRESIDENT : Mr. A. BENRETEM MC U ANNABA RAPPORTEUR : Mr. A. HADDOUCHE MC U ANNABA

EXAMINATEURS : Mr. S. SAAD MC U ANNABA Mr. E. HADJAJ AOL MC U ANNABA

COMPENSATION DENERGIE

REACTIVE PAR CONVERTISSEUR STATIQUE.

ii

En signe de respect et de reconnaissances, je ddie ce travail mes

trs chers parents qui ont tout fait pour me voir heureux.

Je vous aime trs fort Je ddie ce travail ; A mes frres et surs ; A mes nices et neveux ; A tous ceux qui me sont chers.

iii

Je tiens remercier mon encadreur sans lui ce mmoire n'aurait jamais eu lieu : monsieur HADDOUCHE ALI, Son encadrement m'a offert la possibilit d'largir mon spectre de connaissances scientifiques et d'ouvrir la voie des recherches futures.

Je tiens remercier Monsieur A. BENRETEM pour avoir

prsid mon jury. Jexprime galement ma profonde reconnaissance Messieurs

S. SAAD et E. HADJAJ AOL davoir valuer ce travail.

Jexprime galement ma profonde reconnaissance mon ami de toujours monsieur BOUYEDA HOCINE pour son aide. Quils trouvent ici toute

ma gratitude ma sincre reconnaissance.

iv

Tables des matires INTRODUCTION GENERALE.. P 1 CHAPITRE I. QUALITE DENERGIE ELECTRIQUE Introduction P 3

I. 1. Phnomnes perturbateurs de QEE P 3 I.2.Indice de QEE P 3

I.2.1. Variations de Frquence..P 6

I.2.2. Variation Lente de Tension P 6

I.2.3. Variation rapide de Tension . .P 6

I.2.4. Creux de tension. P 7

I. 2.5. Les Surtensions P 8.

I.2.6. Harmoniques.. P 9

I.2.7. Dsquilibre du courant et de la tension.. P12

I.3. Solutions damlioration QEE dans un rseau lectrique

I.3.1. Solutions traditionnelles ...P14

I.3.1.1. Dsquilibre (limination des courants perturbateurs) .P14

I.3.1.1.1. Rquilibrage des courants du rseau lectrique ..P14

I.3.1.2. Harmonique (Compensation des courants harmoniques)...P15

I.3.1.3. Creux de tension (limination des tensions perturbatrices) ..P16

I.3.1.4. FLICKER (Compensation dnergie ractive) P17 I.3.2. Solutions modernes

I.3.2.1. Harmoniques (Dpollution des courants perturbateurs) ...P17

I.2.2. Creux de Tension (Dpollution des tensions perturbatrices) ....P18

I.3.2.3. FLICKER (Compensation dnergie ractive)...P18

I. 4. Vue densemble sur les principaux phnomnes perturbateurs,

Avec quelque solution P19

I. 5. Conclusion . P20

Tables des matires

v

CHAPITRE II. ANALYSE DES METHODES DE LAMELIORATION DU FACTEUR DE PUISSANCE.

Introduction ...P 21

II.1. Notions de Puissance lectrique en alternatif sinusodal..P 24 II.2. Inconvnient dun faible facteur de puissance...................................................... P25

II.3. Causes du faible facteur de puissance P 27

II.4. Moyens damlioration du facteur de puissance P 27

II.4. 1.Thorie de compensation dnergie ractive ...P 27

II.4.2. Moyens de compensation de puissance ractive P 29

II.4.2.1. Compensateurs synchrones.P 29

II.4.2.1.1. Description du convertisseur synchrone P 30

II.4.2.1..2. Modlisation du convertisseur synchrone ..P 31

1. Le modle de l'alternateur .P 31 2. Le modle du moteur synchrone ................P 33

II.4.2.1..3. Mode de fonctionnement en Alternateur dans un rseau P 35

II.4.2..2. Batteries de condensateurs..P 38

II.4.2.2.1. Compensation Shunt P 39

II.4.2.2.2. Compensation Srie .P 42

II.4.2.3. Compensateurs Statiques..P 44

II.4.2.3.1.Compensateur Statique Capacit Variable (TS.C)..P 44

II.4.2.3.2. Compensateur Statique ractance contrl (TS.R).P 45

II.4.2.3.3. Mode de Control et Rglage des Compensateurs Statiques..P 46

II.4.2.4. Convertisseurs StatiquesP 49

II.4.2.4.1. Compensateurs Parallles..P 49

II.4.2.4.2. Compensateurs Parallles ..P 52

II.4.2.4.3. Compensateurs Hybride Parallle srie .P 53

II.5. Conclusion ... P 54

vi

Tables des matires CHAPITRE III. AMELIORATION DU FACTEUR DE PUISSANCE PAR U P F C.

Introduction...P 55

III.1. Flux de puissance dans une ligne de transmission ...P 56

III.2. Systmes de Transmission Courant Flexible

(FACTS) P 60

III.2.1. Elment de base (thyristors) des FACTS .P 61

III.2..2. Composants modernes pour convertisseurs De grandes puissancesP 62

III.2..3. Topologies modernes des convertisseurs Pour linteraction avec le rseau.P 63

III.2.4. Technique MLI P 65

III.3. Le rgulateur de charge universel (UPFC)...P 67

III.3.1. Opration de Base et Caractristiques de L UPFC .P 69

III.3.1.1. Mode de Control automatique ...P 72

III.3.1.2. Mode de compensation. .P 76

III.4. Conclusion ....P79

CHAPITRE IV. MODELISATION ET SIMULATION DE LU P F C. IntroductionP 80

IV.1. Principe de fonctionnement de l UPFC ..P 80

IV. 2. Modlisation du rgulateur de charge (UPFC) ...P 82

IV.2.1. Le modle Permanent.P 82

IV.2.2. Le modle linaire P 82

vii

Tables des matires

IV.2.3. Le modle de ltat dynamique...P 83

IV.3. Modle de Stabilit TransitoireP 83 IV.3.1. Etat dynamiqueP 83

IV .3.2. Etat stable P 89

IV .3.3. Limites de contrle . P 89 IV .3.3.1. Limites de Control du Convertisseur shunt .P 90

IV .3.3.2. Limites de Control du Convertisseur srie . P 91

IV.3.4. Mode de Control du rgulateur de charge (UPFC)... P 93

IV.3.4. 1. Mode de Control du convertisseur Shunt P 93 IV.3.4. 2. Mode de Control du convertisseur Srie .P 95

IV. 4. Rseau tudi . P 99 IV.5. SIMULATION P 102 IV.6. Conclusion .. P103

CHAPITRE V. TRAITEMENT DES RESULTATS V.1. Rsultats de Simulation P 104

CONCLUSION GENERALE .P 108

REFERENCES .P 111

ANNEXES. P114

80

Liste des Figures Fig.I.1. Fluctuations de Tension P6 Fig. I.2. Creux de Tension. P7 Fig. I.3. Surtension transitoire P8 Fig. I.4. Effet des Charge non linaire.. P9 Fig. I.5. Distorsion provoque par les harmoniques.. P10 Fig. I.6. Diagramme de Fresnel des puissances. P12 Fig. I.7. Dsquilibre de Tension P13 Fig. I.8. Montage de Steinmetz pour le rquilibrage.... P15 Fig. I.9. Filtre passif rsonnant .. P16 Fig. I.10. Filtre passif amorti. P16 Fig. II.1. Synoptique dun rseau complet. P22 Fig. II.2. Tension&Courant en alternatif sinusodal P24 Fig.II.3. Impact du Facteur de Puissance P25 Fig.II.4. Principe de compensation P27 Fig.II.5. Stator convertisseur synchrone. P30 Fig. II.6. Modle de lalternateur P31 Fig. II.7. Diagramme vectoriel (Modle alternat.) P32 Fig. II.8. Modle du moteur P33 Fig. II.9. Diagramme vectoriel (Modle moteur.) P34 Fig. II.10. Interaction Compensateur Synchrone avec rseau. P35 Fig. II.11. Modes de fonctionnement du compensateur synchrone .. P37 Fig. II.12. Compensation Shunt .. P39 Fig. II.13. Diagramme Vectoriel P41 Fig. II.14. Compensation Srie. P42 Fig. II.15. Compensateur TSC P45 Fig. II.16. Compensateur TSR P46 Fig. II.17. Schma de rgulation en boucle ferme P46 Fig. II.18. Systme de Rgulation de la puissance ractive P48 Fig. II.19. Schma fonctionnel dun STATCOM. P50 Fig. II.20. Diagramme vectoriel de STATCOM P51 Fig. II.21. Schma fonctionnel dun SSSC P52 Fig. III.1. Ligne de transmission P56 Fig. III.2. Dveloppement et limites de puissance des dispositifs conventionnels P61 Fig. III.3. Transistor IGBT en botier press et a tension de blocage leve. P62 Fig. III.4. Thyristor IGCT a commande intgre P63 Fig. III.5. Convertisseur de tension P64 Fig. III.6. Convertisseur MLI P66 Fig. III.7. UPFC P68 Fig. III.8. Configuration U P F C. P69 Fig. III.9. Diagramme de phase.............................................................. P70

81

Liste des Figures

Fig. III.10. Ligne de transmission avec U P F C P72 Fig. III.11. Mode de control automatique P72 Fig. III.12. Relation P-Q pour diffrentes valeurs de P75 Fig.III.13. Mode de Compensation. P76 Fig. III.14. Schma quivalent UPFC P77 Fig. III.16. Diagramme de phase. P77 Fig.IV.1. Modle Fonctionnel (UPFC) P81 Fig.IV.2. Modle Stabilit Transitoire P84 Fig. IV.3. Limites de control du convertisseur shunt en tat stable. P91 Fig. IV.4. Limites de control du convertisseur srie en tat stable. P92 Fig.IV.5. Control de base de lamplitude de la tension envoye Par le convertisseur Shunt. P94 Fig.IV.6. Control de base de langle () de la tension produite Par le convertisseur Shunt P95 Fig.IV.7. Mode de Control (PQ). P96 Fig. IV.8. Synoptique du rseau boucl MSA P99 Fig. IV.9. Puissance active& ractive four a larrt P100Fig. IV.10. Puissance active& ractive four en marche. P101Fig. IV.11 Comparaison Cos ; a. Four a larrt b. Four en Marche. P101Fig. IV.12. Incorporation dun UPFC dans le rseau HT/MT P102

Du complexe MITTAL STEEL ANNABA.

82

Introduction Gnrale Les distributeurs et les utilisateurs de lnergie lectrique ont t toujours confronts un

certain nombre de difficults inhrentes la continuit de service, au rendement de

transmission de lnergie, aux variations de lamplitude de la tension ; ainsi qu des

autres phnomnes tels que les fluctuations rapides de tension et les dsquilibres de

tension.

En 1985, une directive europenne relative au rapprochement des dispositions des tats

membres en matire de responsabilit du fait des produits dfectueux stipulait

explicitement que llectricit est aussi un produit. Depuis on parle beaucoup de la

qualit du produit dnergie lectrique, cette dernire est suppose excellente la sortie

des centrales avec une tension et frquence optimales. Le systme entier production-

transport- distribution contribuer a consolider cette qualit stabilit damplitude et de

frquence , mais elle subit nombre de contraintes au cours de son transport sous

linfluence des installations perturbatrices ou parfois des incidents atmosphriques.

Lnergie lectrique alors est un produit diffrent qui pose des problmes de qualit

diffrents des autres produits industriels ; donc le maintien dune bonne qualit du

produit demeure le souci majeur des exploitants des rseaux lectrique, notamment avec

la croissance des utilisateurs des taux dharmoniques et de dsquilibre de courants.

La circulation de ces courants perturbs provoque des problmes de stabilit, surcharge

des lignes, importante consommation dnergie ractive et dune manire gnrale

laccroissement des pertes.

Par le pass, ces problmes ont t rsolus (anticip) en ayant des marges de stabilit, le

problme daugmentation de la charge ne se pos plus, avec lutilisation des moyens

classiques (transformateurs dphaseur, compensation srie ou parallle dnergie

ractive, modification des consignes de production, action sur lexcitation des

gnrateurs). Mais ces techniques savrent actuellement trop lentes et insuffisantes pour

rpondre efficacement aux perturbations du rseau sous leffet des nouvelles contraintes.

Pour rpondre a ces nouvelles contraintes et rsoudre les problmes de la qualit

dnergie, notamment lamlioration du facteur de puissance il y a tendance dutilis des

nouvelles techniques utilisons les FACTS.

Ces lments permettent damliorer la stabilit du systme, de contrler les transits

de puissance, grer les changes de puissance ractive en temps rel et par

83

Introduction Gnrale

Consquent une exploitation efficace des rseaux par action continue et rapide sur les

diffrents paramtres du rseau (dphasage, tension, impdance).

Les perturbations causes par la croissance de la demande dnergie ractive ont un

impact sur la stabilit dun rseau lectrique. Les consquences peuvent tre trs graves,

pouvant mme conduire leffondrement du rseau.

Notre travail se veut une analyse profonde des indices de qualit dnergie et des moyens

de leur amlioration. Ltude de technique de compensation par convertisseur nous a

permis de prouver son efficacit du point de vue amlioration de qualit dnergie aussi

que la stabilit du rseau lui mme.

Le prsent mmoire se compose de cinq chapitres :

Le premier chapitre sera consacr la description des perturbations qui affectent le

courant et la tension dans un rseau lectrique autrement dit aux indices de qualit

dnergie lectrique. Dans ce chapitre nous prsenterons galement les diffrentes

mthodes damlioration modernes et traditionnelles. Tout en terminant par une analyse

comparative des diffrentes techniques.

Dans le deuxime chapitre, nous tudierons la compensation dnergie ractive comme

solution damlioration de la QEE, nous prsenterons linfluence dun mauvais facteur de

puissance sur les utilisateurs, fournisseurs et producteurs dnergie lectrique dans le but

de son amlioration tout en terminant par une analyse comparative des diffrents

techniques de compensation dnergie ractive.

Le troisime chapitre sera consacr aux dispositifs FACTS, nous dtaillerons le principe

de compensation de ces dispositifs ainsi que leur influence sur le flux de puissance.

Le quatrime chapitre, nous passerons la modlisation et la simulation du rseau

lectrique en question (rseau dalimentation complexe sidrurgique MITTAL STEEL

ANNABA) avec lincorporation de l UPFC en utilisant le logiciel MATLAB PSAT.

Le cinquime chapitre sera consacr au traitement des rsultats.

84

Notre travail sachvera par des conclusions et des recommandations pour lamlioration de

la qualit de lnergie lectrique.

Chapitre I. Qualit dnergie lectrique

Introduction

Ces vingt dernires annes, on parle beaucoup de la qualit de lnergie lectrique

(QEE). Cette dernire est suppose excellente a la sortie des centrales, le systme de

transmission de cette nergie contribue a consolider cette qualit (stabilit

damplitude et de frquence, puissance de court circuit.), alors quen pratique elle

subit nombreuse altrations au cours de son transport, principalement sous linfluence

des installations perturbatrice, de la clientle ou des incidents fortuits.

La tension subit gnralement beaucoup de perturbations de deux origines distinctes

[1] :

Les perturbations de tension causes par le passage, dans les rseaux lectrique, des courants perturbateurs comme les courants harmoniques,

dsquilibres ractifs.

Les perturbations de tension causes par des tensions perturbatrices comme les tensions harmoniques et dsquilibres et les creux de tension.

Ces perturbations ont des consquences nfastes sur le rseau, allons parfois

leffondrement de ce dernier et mettre en nocturne toute une population. Ce qui oblige

tous les acteurs en prsence, quils soient gestionnaires de rseaux, utilisateurs ou

intervenants. Parmi tous ces acteurs le gestionnaire une responsabilit de mettre en

uvre les moyens pour matriser ces contraintes qui simposent. Pour ce faire

plusieurs solutions damlioration de sont a distingues.

I. Phnomnes perturbateurs de QEE

I.1. Indice de QEE

85

Lalimentation lectrique consiste en un systme triphas dondes de tension qui se

caractrise par [1] :

La frquence, Lamplitude des trois tensions, La forme donde qui doit tre la plus proche possible dune sinusode,


La symtrie du systme triphas, caractris par lgalit des modules des trois tensions et leur dphasage relatif.

Une alimentation parfaite nexiste pas, on dit que les quatre caractristiques sont

affectes de perturbations , de nature physique, incidents lis linstallation ou

bien des incidents lies lexploitation.

Le tableau I.1 synthtise la dfinition de la qualit dnergie et met en vidence les phnomnes perturbateurs qui dgradent cette qualit [2].

QUALITE DE PUISSANCE=

Continuit de Tension+Qualit de Tension.

QEE

Phnomnes perturbateurs

Continuit de Tension

-Longues interruptions

Qualit de tension

-Frquence : Dviations -Amplitude : Dviations Flicker Descente -Forme donde : Harmoniques (inter.) -Symtrie : Dsquilibre.

86

Tab. I.1. QEE et phnomnes perturbateurs.


Donc quatre possibilits distinctes de perturbations sont a souligner:

1. Les fluctuations de la frquence : elles sont rares et ne sont observes que lors de circonstances exceptionnelles, par exemple certains dfauts graves du

rseau, au niveau de la production ou du transport.

2. Les variations de lamplitude : il ne sagit pas des variations lentes de tension qui sont corrigs par les transformateurs de rglage, mais de variations rapides

de tension ou de creux de tension se prsentant souvent sous forme d-coups

brusque. Les creux de tension peuvent tre soit isols, soit au moins rptitifs,

de forme rgulire ou non.

3. La modification de la forme donde de la tension :cette onde nest alors plus

sinusodale, et peut tre considre comme reprsentable par une onde

fondamentale 50Hz, associe soit des harmoniques de frquences multiples

entier de 50Hz, soit de mme parfois des ondes de frquence quelconque.

4. La dissymtrie du systme triphas, que lon appelle dsquilibre.

On peut, en plus, mentionner un type particulier de perturbations difficile classer

puisquil concerne tout la fois lamplitude et la forme donde : ce sont les variations

transitoires damplitude dont la dure est infrieur 10 ms [1].

Afin de bien analyser les perturbations des rseaux lectriques, afin de trouver les

meilleures mthodes damlioration, nous allons sintresser a deux types de

perturbations, savoir les perturbations de courant et celles de tension.

Les courants perturbateurs comme les courants harmoniques, les courants dsquilibrs et la puissance ractive sont majoritairement

87

mis par des charges non linaires, base dlectronique de puissance,

et/ou dsquilibrs. La puissance ractive peut tre aussi consomme

par des charges linaires inductives comme les moteurs asynchrones

qui sont largement prsents dans les sites industriels.

Les perturbations de tension comme les creux, les dsquilibres et les harmoniques de tension trouvent gnralement leurs origines dans le

rseau lectrique lui-mme parfois galement dans les charges.


II.2. Variations de Frquence

Les variations de frquence sont gnralement trs faibles (moins de 1%) et ne

causent pas en gnral des prjudices aux quipements lectriques et lectroniques

[1]. Mais peuvent tre gnantes sur dans les petits rseaux isol ou certain processus

ncessitent un rglage trs prcis et peuvent subir des dysfonctionnement en cas

dalimentation par un groupe de secours avec des frquences non stable. La norme

EN50160 exige que la frquence ne doit pas dpasser (50+1 HZ), a la rigueur et en

tenant compte parfois des conditions extrieurs la valeur de la frquence peut tre

tolre jusquau (50+2 HZ).

II.3. Variation Lente de Tension

La valeur efficace de la tension varie continuellement, en raison de modifications des

charges alimentes par le rseau. Les appareils usuels peuvent supporter sans

inconvnients des variations lentes de tension dans une plage dau moins de 10% de

la tension nominale.

II.4. Variation rapides de Tension

Des fluctuations de tension, rptitives ou alatoires, sont provoques par des

variations rapides de puissance absorbe ou produite par des installations telles que

les soudeuses, four a arc, oliennesetc.

88

Fig.I.1. Fluctuations de Tension [2]


II.5. Creux de tension

Un creux de tension est une diminution brusque de la tension de fourniture U f. Cette

diminution, situe entre 90% et 10% de la tension nominale Un, est suivie du rtablissement de la tension aprs un cours laps de temps. Un creux de tension peut

durer de 10 ms 3 min [1]. La plupart des appareils lectriques admettent une coupure

totale dalimentation dune dure infrieure 10 ms.

Fig. I.2. Creux de Tension [2]

Origines :

Il y a deux types de phnomne lorigine des creux de tension :

89

Ceux provenant du fonctionnement dappareils charge fluctuante ou de la mise en service dappareils appelant un courant lev au de dmarrage

(moteurs, transformateurs.etc.).

Ceux lis aux phnomnes alatoires, comme la foudre ou tous les courts-circuits accidentels sur les rseaux de distribution, ou les rseaux internes des

clients (dfaut disolation, blessure de cble, projection de branches sur les

lignes ariennes).

Les creux de tension sont caractriss par leur profondeur et par leur dure. Ils sont

monophass, biphass ou triphass suivant le nombre de phases concernes.


Consquences :

Les creux de tension sont susceptibles de perturber le fonctionnement de certaines

installations industrielles et tertiaires. En effet, ce type de perturbation peut causer des

dgradations de fonctionnement des quipements lectriques qui peuvent aller jusqu

la destruction totale de ces quipements.

II. 6. Les Surtensions

Les surtensions les plus fortes, mais heureusement peu frquente sont du

gnralement au conditions atmosphrique (Foudre). Leur amplitude peut atteindre

plusieurs KV dans les rseaux ariens BT. Et elles peuvent se propager mme dans les

rseaux BT souterrains.

Les surtensions transitoires se produisent aussi dans les installations des utilisateurs

(clients) lors du dclenchement dappareils BT. Leur contenu nergtique est

moindre que pour les surtensions de foudre, mais leur amplitude peut dpasser 1 KV

en BT [1], ce qui prsente un danger pour les circuits lectroniques.

90

Fig. I.3. Surtension transitoire [2]

Consquences :

Les surtensions transitoires peuvent provoquer des dgts importants,

dysfonctionnement des appareils sensible, cette sensibilit a augment avec le

dveloppement de llectronique de contrle, commande et de puissance.

La norme EN50160 fixe les niveaux de surtensions selon le schma de liaison

la terre de linstallation : Chapitre I. Qualit dnergie lectrique

rseaux neutre la terre (raccord directement ou avec une impdance) : la surtension ne devra pas dpasser 1,7 Un ;

rseaux neutre isol ou rsonant : la surtension ne devra pas dpasser 2 Un.

II.7. Harmoniques

Origines :

Dans de nombreux cas le courant consomm par la charge na plus une forme de

sinusode pure, notamment ces dernires annes avec la prsence des quipements

lectriques utilisant des convertisseurs statiques a entran une augmentation sensible

du niveau de pollution harmonique dans les rseaux. Ces quipements lectriques sont

considrs comme des charges non linaires mettant des courants harmoniques de

diffrentes frquences. Le passage de ces courants harmoniques dans les impdances

du rseau lectrique peut entraner des tensions harmoniques au point de

raccordement et alors polluer les consommateurs aliments par le mme rseau

lectrique.

91

Exemple de systme polluant Le courant appel est non sinusodal, son contenu harmonique sera prsent sur toute la ligne de distribution aval.

Fig. I.4. Effet des Charge non linaire [5]

Consquences :

De nombreux effets des harmoniques sur les installations et les quipements

lectriques peuvent tre cits.


Fig. I.5. Distorsion provoque par les harmoniques [3]

Les effets les plus importants sont lchauffement, la diminution du facteur de

puissance, usure prmatur des quipements linterfrence avec les rseaux de

tlcommunications et fonctionnement intempestif des quipements

Lchauffement : les pertes totales par effet joule sont la somme de celles du fondamental et des harmoniques.

Tension e(t)

t

i(t)

dclenchement des thyristors

1

2 e(t) S(t)

i(t)

92

linterfrence avec les rseaux de tlcommunications : le couplage lectromagntique entre les rseaux lectrique et de tlcommunication peut

induire dans ces derniers des bruits importants. Dans le cas de rsonances, une

partie des rseaux de tlcommunications peut tre rendue inutilisable.

Les dfauts de fonctionnement de certains quipements lectriques : En prsence des harmoniques, la tension (ou le courant) peut changer plusieurs

fois de signe dans une demi priode ; par consquent, tout appareil dont le

fonctionnement est bas sur le passage par zro des grandeurs lectriques

(appareils utilisant la tension comme rfrence) peut tre perturb.

Le risque de rsonance : Les frquences de rsonance des circuits forms par des inductances des transformateurs et des cbles sont normalement leves.

Ce nest pas le cas lorsque des batteries de capacit sont raccordes au rseau

pour relever le facteur de puissance ; les frquences de rsonance peuvent

devenir assez faibles, et concider ainsi avec celles des harmoniques engendrs

par les convertisseurs statiques.

Dans ce cas, il y aura des phnomnes damplification dharmoniques.

Diffrentes grandeurs sont dfinies pour chiffrer ces perturbations.

Parmi celles-ci les plus utilises sont :


1. Le taux dharmonique de rang h :

1

hh C

CS =

O : C h reprsente la composante harmonique de rang h,

C 1 reprsente la composante fondamentale.

2. Le taux global de distorsion harmonique :

= 2 2

1

2

h

CCTHD

3. Le facteur de puissance :

(I.1)

(I.2)

93

Normalement, pour un signal sinusodale le facteur de puissance est donn

par le rapport entre la puissance active P et la puissance apparente S. les

gnrateurs, les lignes de transport et les appareils de contrle et de

mesure sont dimensionns pour la tension et le courant nominaux. Une

faible valeur du facteur de puissance se traduit par une mauvaise utilisation

des ces quipements.

Dans le cas o il y a des harmoniques, une puissance supplmentaire

appele la puissance dformante (D), donne par la relation, apparat

comme le montre le diagramme de Fresnel

== 502h 2h1 IV.3D

Le facteur de puissance (F. P) devient :

=++= cos.cosDQPPP.F 1222

On voit bien que les harmoniques affectent aussi le facteur de puissance


Fig. I.6. Diagramme de Fresnel des puissances

S

S D Q

P 1

(I.3)

(I.4)

94

Il est usage de dire que, dans les installations industrielles, les tensions harmoniques

dont le THD est infrieur 5% ne produisent pas deffet notable. Entre 5% et 7% on

commence observer des effets, et pour plus de 10% les effets sont quasi certains [1].

La norme EN50160 fixe les niveaux de tensions harmoniques jusquau 25me

rang et indique que le taux global de distorsion harmonique ne doit pas

dpasser 8 %.

Concernant la puissance ractive, le fournisseur autorise ses clients en consommer,

sans tre factur, jusqu 40% de la puissance active absorbe [4]. Cela se traduit,

pour des charges linaires, par un facteur de puissance cos 0.928 ou par un angle de

phase 21.8 [5].

I.8. Dsquilibre du courant et de la tension Origine du dsquilibre : Un rcepteur triphas lectrique qui nest pas quilibr et que lon alimente par un

rseau triphas quilibr conduit des dsquilibres de tension dus la circulation de

courant non quilibrs dans les impdances du rseau. Ceci est frquent pour les

rcepteurs monophass basse tension. Mais cela peut galement tre engendr, des

tensions plus leves, par des machines souder, des fours arc ou par la traction

ferroviaire.


Fig. I.7. Dsquilibre de Tension [6]

95

Consquences du dsquilibre : Il est plus intressant dabord le problme du dsquilibre par type dquipement. Le

dsquilibre dune installation triphas peut entraner un dysfonctionnement des

appareils basses tensions connects :

Mauvais fonctionnement dun appareil monophas aliment par une tension trs faible

(Lampe incandescence qui fournit un mauvais clairage).

Destruction dun appareil monophas aliment par une tension trop leve, il peut tre dtruit (claquage dun filament de lampe par surtension).

Concernant les dispositifs triphass dlectronique de puissance, principalement les

ponts redresseurs, le fonctionnement en prsence de dsquilibre entrane lapparition

de composantes harmoniques non caractristiques, notamment des harmoniques de

rang multiples de 3. Lapparition de ces courants harmoniques peut poser des

problmes, comme la gnration dune anti-rsonance lors du filtrage de lharmonique

de rang 5 [1].

Outre les effets classiques des harmoniques, ces frquences non caractristiques

peuvent conduire, dans certains cas, au blocage de la commande.

La consquence des composants inverses sur les machines tournantes est la cration

dun champ tournant en sens inverse du sens de rotation normal, do un couple de

freinage parasite et des pertes supplmentaires qui provoquent lchauffement de la

machine.

Concernant les effets dun dsquilibre homopolaire, il faut signaler le risque

dchauffement du conducteur neutre dans un rseau BT qui, lorsque le conducteur est

dun diamtre trop faible, peut provoquer une rupture du conducteur ou un incendie.


La norme EN50160 fixe le taux de dsquilibre inverse admissible 2 % sur

les valeurs efficaces calcules sur10 minutes pour 95 % du temps dune

semaine.

96

II. SOLUTIONS D AMELIORATION QEE DANS LES RESEAUX ELECTRIQUES

Afin de compenser les perturbations, spares en deux types : courant et tension, deux

solution damlioration, traditionnelle et moderne, vont tre tudies.

II.1. Solutions traditionnelles Suivant les types des perturbation, courant et tension, deux solutions traditionnelles de

sont analyses.

II.1.1. Dsquilibre (limination des courants perturbateurs) Afin de dpolluer les rseaux lectrique de ce type de perturbation, plusieurs solutions

existent.

II.1.1.1. Rquilibrage des courants du rseau lectrique

Puisque les courants dsquilibrs dans un rseau lectrique basse tension rsultent

gnralement des charges monophases et biphases mal rparties, la premire

solution est la rpartition gale des charges sur les trois phases.

Une autre solution est linstallation dun compensateur passif compos dinductance

et de condensateur. La figure (I.8) montre ce compensateur appel montage de

Steinmetz. Ce montage permet de prsenter 50 Hz une impdance quilibre [1].

Cependant, le montage de Steinmetz provoque un fort dsquilibre pour des

frquences diffrentes de50 Hz,

Avec des rsonances quil faut viter dexciter proximit dun gnrateur

dharmoniques.


97

Fig. I.8. Montage de Steinmetz pour le rquilibrage.

II.1.1.2. Harmonique (Compensation des courants harmoniques) Plusieurs solutions existent pour limiter la propagation et leffet des harmoniques dans

les rseaux lectriques :

Laugmentation de la puissance de court-circuit du rseau et lutilisation de convertisseurs peu polluants qui ont pour effet de

diminuer la distorsion harmonique.

Lutilisation de dispositifs de filtrage pour rduire la propagation des harmoniques produits par la charge non linaire.

Le filtrage consiste placer en parallle sur le rseau dalimentation une impdance

de valeur trs faible autour de la frquence fondamentale du rseau.

Parmi les dispositifs de filtrage les plus rpandus, on distingue :

Le filtre passif rsonnant et le filtre passif amorti ou passe-haut.


Charge rsistive

R

R3C1X ==

R3LX ==

Rseau Triphas

98

Fig. I.9. Filtre passif rsonnant Fig. I.10. Filtre passif amorti

Le filtre rsonnant est un filtre trs slectif. Il peut se connecter en parallle avec dautres filtres rsonnants.

Le filtre passe-haut compense les harmoniques suprieurs ou gaux sa frquence propre. Il peut se connecter en parallle avec dautres filtres

rsonnants.

Ces dispositifs sont utiliss pour empcher les courants harmoniques de se propager

dans les rseaux lectriques. Ils peuvent aussi tre pour compenser la puissance

ractive.

Malgr leur large utilisation dans lindustrie, ces dispositifs peuvent prsenter

beaucoup dinconvnients :

Manque de souplesse sadapter aux variations du rseau et de la charge. Equipements volumineux. Problmes de rsonance avec limpdance du rseau.

II.1.1.3. Creux de tension (limination des tensions perturbatrices)

Les tensions perturbatrices dans un rseau lectrique basse tension sont

principalement les

Creux de tension, les tensions harmoniques et les tensions dsquilibrs. Ces deux

dernires sont gnralement causes par les circulations des courants harmoniques

et/ou dsquilibrs

99


Pour dpolluer les rseaux lectriques de ces deux types de perturbation, on peut

limiter la circulation des courants perturbateurs en utilisant les solutions

traditionnelles prsentes prcdemment dans le cas des perturbations de courant.

Quant au creux de tension, la solution la plus frquente dans les milieux sensibles

(hpitaux, sites industriellesetc.) est dutiliser des groupes lectrognes qui se

substituent au rseau lectrique. Mais la limitation de la puissance de ces groupes

ainsi que la qualit mdiocre de lnergie lectrique fournie restent un problme.

II.1.1.4. FLICKER (Compensation dnergie ractive)

La puissance ractive est majoritairement consomme par les moteurs asynchrones et

plus rcemment par des dispositifs base dlectronique de puissance. Diffrentes

mthodes de compensation sont utilises pour relever le facteur de puissance. La plus

simple consiste placer des batteries de condensateur en parallle avec le rseau et

des compensateurs synchrones produisant de lnergie, ractive.

II.2. Solutions modernes

Les solutions de dpollution traditionnelle ne rpondent plus lvolution des rseaux lectriques et des charges protger, comme nous venons de le dcrire

prcdemment, dautres solutions modernes ont t proposes.

II.2.1. Harmoniques (Dpollution des courants perturbateurs)

La premire solution de dpollution consiste fabriquer la charge la moins polluante

possible, comme le pont redresseur dodcaphas, de manire rduire le taux

dmission dharmonique. Les appareils prlvement sinusodal sont aussi proposs

pour la compensation des harmoniques et de la puissance ractive. Cependant, ces

solutions entranent un cot supplmentaire et demandent plus que le savoir-faire

100

habituel pour les mettre en uvre. De plus, ces solutions ne rsolvent pas les

problmes causs par les charges polluantes qui existent sur le march.


Afin daccompagner lvolution des contraintes du fournisseur et du consommateurs

sans imposer un changement aux installations, une famille de filtres actifs parallles a

t propose comme une solution de dpollution des perturbations en courants.

II.2.2. Creux de Tension (Dpollution des tensions perturbatrices)

Dautres solutions modernes pour la compensation des creux de tension se base sur

lutilisation de dispositifs de compensation rserve dnergie comme les ASI

(Alimentation sans Interruption). Ces dispositifs sont intercals en srie entre le

rseau polluant et linstallation dsensibiliser pour assurer une fourniture de

lnergie lectrique mme pendant les creux de tension ou les coupures brves. Le

problme est la limitation en puissance de ces dispositifs et leur autonomie qui nest

pas toujours adapte la dure des creux de tension ou aux coupures brves.

II.2.3. FLICKER (Compensation dnergie ractive)

Afin d'augmenter la performance dynamique et raliser une compensation variable en

fonction de la consommation d'nergie ractive de la charge, il est ncessaire d'utiliser

des convertisseurs statiques de puissance ractive avance [ ], utiliss plus

particulirement pour injecter de la puissance ractive en un point du rseau, de faon

augmenter la puissance maximale transmissible et la stabilit du rseau.

Les convertisseurs statiques de puissance ractive, tel que les lments FACTS

(STAT COM, UPFC,..) utiliser aujourdhui des onduleurs triphass pour rgler la

puissance ractive absorbe ou transmise au rseau, dautre applications plus rcente

en dveloppement, sont la compensation Srie , le variateur de charge UPFC utilis

surtout dans les rseaux de transmission afin daugmenter la stabilit du rseau de

transmission [ ]. Ce dernier fera ltude de notre mmoire.

101


III. Vue densemble sur les principaux phnomnes perturbateurs,

avec quelque solution [2]

Type de perturbation

Origine

Consquences

Solutions Possibles

Coupure longue

Court-circuit, surcharge,

dclenchement intempestif, (maintenance)

Arrts d'quipements, pertes de

production, dgts

Alimentation de secours

(rseau), alimentation sans

interruption (ASI)

Creux de tension et coupure brve

Court-circuit, (enclenchement de

gros moteur)

Arrts d'quipements, pertes de production, dgts

Conditionneur de rseau,

conception de l'quipement sensible,

alimentation sans interruption

Fluctuation rapide

(Flicker)

Installations fluctuantes (four

arc, soudeuse, moteur

dmarrage frquent, olienne)

Papillotement de l'clairage

Compensateur synchrone, compensateur statique de

puissance ractive, conditionneur

actif, condensateur srie

Harmonique

Installations non linaires

(lectronique de puissance, arcs

lectriques)

Effets thermiques (moteurs,

condensateurs, conducteurs de neutre),

dilectriques (vieillissement d'isolant) ou

quasi instantans (automatismes)

Filtrage actif ou passif, self anti-harmonique,

dclassement d'appareil

Inter harmonique

Installations non linaires et

fluctuantes (four arc, soudeuse,

olienne), changeurs de frquence,

tlcommande centralise

Papillotement de l'clairage

fluorescent, dysfonctionnement

d'automatismes, dgts mcaniques sur machines

tournantes

Filtrage actif ou passif,

amortissement de filtres anti-harmoniques, conception de

l'quipement sensible

Dsquilibre

Installations dsquilibres

(traction ferroviaire)

Echauffement de machines

tournantes, vibrations, dysfonctionnement de

protections

Dispositif d'quilibrage, conditionneur de rseau

Surtension

Court-circuit, commutations,

Dclenchements, danger pour

Sparation galvanique,

102

foudre

les personnes et pour les matriels

enclenchement synchronis, rsistance de

pr insertion

Tab. I.2. Principaux phnomnes perturbateurs. Chapitre I. Qualit dnergie lectrique

III. Conclusion

Dans ce chapitre nous avons prsent les perturbations affectant la qualit de

lnergie lectrique (Q.E.E) dans un rseau lectrique, cette dernire est caractrise

par les indices suivants :

La frquence. Lamplitude des trois tensions. La forme donde. La symtrie.

Parmi les facteurs qui provoque des perturbations majeurs et dprci la Q.E.E sont :

Variations de la frquence. Variations lentes&rapides de la tension. Harmoniques (inter harmonique). Dissymtrie du systme triphas (dsquilibre).

Nous avons prsent plusieurs solutions damlioration traditionnels et modernes tels

que :

Rquilibrage des courants du rseau. Filtrages des harmoniques. Compensation dnergie ractive.

Lamlioration du facteur de puissance constitue sans doute un paramtre trs

important dans lamlioration de la qualit de lnergie du point de vue technique et

conomique.

103

CHAPITRE II. Analyse des mthodes de lamlioration du facteur de puissance Introduction

Lhistoire des rseaux de distributions dnergie lectrique est ne en 1882 avec la

mise en place NEW-YORK, par Edison, dune centrale de gnration lectrique

courant continu denviron 33KW. Il semble que la premire station de distribution

dnergie lectrique en Angleterre fut construire Londres peu prs en mme temps

et quelle fonctionnait aussi en courant continu sous une tension de 100volts et une

capacit de 60KW [7].

Ce mode de gnration dnergie lectrique ( courant continu) ne permet pas de

transmettre cette nergie trs loin car on ne peut la gnrer et lutiliser qu des

tensions basses pour des raisons de scurit et disolation.

Il fallait donc construire des stations de gnration prs des centres de consommation

et chacun y allait de ses propres projets de mini rseaux [7].

Linvention du transformateur en 1885 par Deri et autres, et la construction par

Stanley dun transformateur utilisable pour la distribution dnergie dmontrrent en

1884-1886 que le futur passait par l courant alternatif. Mieux encore, le brevet anglais

numro 6481 mis Nicolas Tesla en 1888 [7] amora la distribution et lusage de

lnergie lectrique en systmes polyphass.

La contre verse entre Edison qui proposait le courant continu et Westinghouse qui

avait acquis les droits sur les transformateurs et proposait le courant alternatif, fait la

manchette des grands quotidiens de lpoque et se rgla par la suprmatie du c.a. en

1890 une premire ligne de transmission courant alternatif (22Km) 330 volts tait

mise en opration en Orgon. (USA)[7].

Au dbut de 1894, il existait a Etats-Unis un poste de gnration biphas et quatre

postes de gnrations triphass ; un dpart modeste mais trs prometteur.

104

Actuellement, le rseau lectrique rel est constitu de diverses centrales de

productions. Les tensions produites par les alternateurs sont leves en HT (haute

tension) puis en THT (trs haute tension) pour tre transportes sur de longues

distances. Aprs cela, on rabaisse la tension dans la gamme des MT (moyennes

tensions) de faon alimenter directement des agglomrations ou des industries. Dans

chaque quartier, on trouve des postes de transformation abaisseurs qui dlivrent la

tension domestique BT (basse tension : 230V) un certain nombre de ples de

consommation.

CHAPITRE II. Analyse des mthodes de lamlioration du facteur de puissance

Il est noter que les trois phases des lignes de distribution MT et BT est rparties sur

l'ensemble des utilisateurs de faon quilibrer au maximum le rseau. En effet, il est

impratif d'imposer l'quilibre des courants pour viter le dsquilibre des tensions

invitable li l'absence du neutre sur les lignes HT et THT.

La figure II.1 reprsente le schma synoptique d'un rseau complet sur le schma

suivant :

105

Fig. (II.1). Synoptique dun rseau complet [7]

En analysons ce schma plusieurs particularits sont noter :

Le rseau lectrique doit accder au plus prs des lieux de consommation et doit former un ensemble maill de telle manire qu'il y ait toujours plusieurs

chemins possibles pour relier deux points.

L'nergie lectrique ne se stocke pas, il est donc impratif de fournir en permanence l'nergie consomme par l'ensemble des utilisateurs.


Donc pour sadapter laugmentation de l'appel en puissance, des chutes de tension

dues l'impdance des lignes vont apparatre et par consquent la tension du rseau

varie en amplitude. Ce problme majeur oblige lexploitant de maintenir, en

permanence, lquilibre entre loffre et la demande potentielle, tant entendu que

lquilibre instantan entre la production et consommation est une condition

ncessiteuse de fonctionnement du systme production transport - consommation

(que nous appellerons aussi systme lectrique, plutt que rseau).

Les rseaux de transport et dinterconnexion (THT) contribuent donc de faon

dterminante au maintien de lquilibre entre la demande et loffre, ainsi qu la

scurit dalimentation et lconomie de lexploitation.

Dans la pratique, on cherche exploiter un rseau triphas de transport :

En maintenant les chute de tension en tout point de ce rseau entre certaines limites techniques. La tension en un sommet quelconque dun rseau se dduit

de la tension en un point o elle est fixe par un alternateur au moyen de

lexpression (approximative) de la chute relative de tension ;

2UXQRP

UU +=

En minimisant les pertes actives dues au transit des puissances active et

ractive ; ces pertes peuvent sexprimer sous la forme :

(II.1)

106

2

222

UQPRRI3 +=

O P est fixe un instant donn.

Les expressions (II.1) et (II.2) montrent quil est souhaitable davoir un plan de tension

U (cest--dire une tension en chaque point du rseau) aussi lev que possible et de

rduire les transits de puissance ractive Q.


Pour ce faire il faut :

Augmenter lexcitation des alternateurs. Compenser localement la consommation ractive des charges et les pertes

ractives des rseaux Pour rduire les transits de puissance ractive. Ce

dernier point fera lobjet de notre chapitre.

II.1. Notions de Puissance lectrique en alternatif sinusodal

En alternatif sinusodal, les diffrentes puissances s'expriment facilement en fonction

de V, I et du dphasage entre courant et tension. En partant toujours de lhypothse dune tension et dun courant dphass d'un angle

:

v(t) = Vmax.cos(t) i(t) = Imax.cos(t )

Fig. II.2. Tension&Courant en alternatif sinusodal.

Puissance apparente

>0 2 0 =t

v() i()

(II.2)

107

S = Veff.Ieff = V.I (II.3)

Puissance active

P = = 2

0

maxmax

)(

)cos(.cos.21).().(1 IVdttitvT

T

=+= 2

0

maxmaxmaxmax

2cos..))cos()2(cos(2

12. IVIV

On utilisons uniquement les tensions et courants efficaces I=Imax/2 et V=Vmax/2. La puissance active s'crit alors :P = V.I.cos (II.4) CHAPITRE II. Analyse des mthodes de lamlioration du facteur de puissance

Puissance ractive

Q = V.I.sin (II.5)

La puissance ractive lectrique Q peut tre positif ou ngative, elle dpend du signe

de l'angle de dphasage (). Par convention, si une charge est inductive, elle absorbe

de la puissance ractive ; si elle est capacitive, elle fournit de la puissance ractive [8].

En ralit, la puissance ractive sert lalimentation des circuits magntiques des

machines lectriques (transformateurs et moteurs) et de certains appareils tels que les

lampes fluorescentes. mais par contre, la transporter en mme temps que la puissance

active conduit surdimensionn les lignes de transport et de distribution et donc en

augmenter le cot ou les faire fonctionner leurs limites, ce qui peut conduire des

instabilits nfastes pour la qualit de service[5].

Facteur de puissance

En alternatif sinusodal (uniquement), le facteur de puissance est :

k = cos=P/S (II.6)

II. 2. Inconvnient dun faible facteur de puissance

108

La prsence d'un facteur de puissance

109

b. Pour le distributeur

Une installation dj existante (prvue pour une certaine puissance apparente) peut

fournir dautant moins dnergie active que le facteur de puissance est plus faible. Elle

est mal utilise. Le capital investi est dun moindre rapport [8].

On conoit ds lors que le producteur et distributeur ne tolrent pas que lutilisateur

ait une installation ayant un facteur de puissance trop faible.

c. Pour lutilisateur

Lutilisation lui-mme est directement intresse par le facteur de puissance de son

installation, il influe sur la chute de tension du transformateur plac lentre de

celle-ci et sur celles des canalisations. De ce fait les moteurs peuvent tre sous volts.

Mme sil supporte les inconvnients dont il est responsable, on conoit que le

producteur et distributeur


Ont tout de mme de bonne raison de le pnaliser. En cas de facteur de puissance trop

faible, lutilisateur doit payer lnergie ractive consomme [8].

II.3. Causes du faible facteur de puissance

Souvent un faible facteur de puissance pour causes de mauvaises conditions

dutilisations du matriel, ou bien pour des problmes lies la construction de ce

dernier [8].

En dfinitive, un faible facteur de puissance souvent pour causes de mauvaise

condition d'utilisation du matriel, ces conditions correspondant par exemple :

- Pour les transformateurs un fonctionnement vide ou faible charge.

- Pour les moteurs Asynchrones, des marches vide ou faible charge frquente,

auxquelles il convient d'ajouter parfois un niveau de tension d'alimentation trop

lev [8].

- Pour l'clairage fluorescent a une mauvaise conception.

110

De tout ce qui prcde il en rsulte qu'o est souvent contraint d'amliorer le facteur de

puissance.

II.4. Moyens damlioration du facteur de puissance II.4.1. Thorie de compensation dnergie ractive Considrons l'impdance Z = r.ej = R+jX, reprsentant une charge inductive (X >0), ci

contre.

La puissance ractive correspondante est Q =

X.I

L'ajout d'un condensateur C en tte du circuit ne

modifie pas la charge et ne rajoute aucune

puissance active.

En revanche, C consomme de la puissance

ractive et va donc donner un nouveau facteur de

puissance : cos' On sait que QC = -CV. Le thorme de Boucherot apporte : Qtot = Q +

QC


La compensation de puissance ractive consiste

assurer

Qtot = 0

Cest--dire QC = Q et cos'=1

Le Condensateur choisir a alors la valeur :

C = X.I/V = Q/V (II.7)

I V Z

cos

111

Du coup il est intressant de connatre la formule gnrale qui donne la valeur de la

capacit en fonction du cos et du cos '. Si cette compensation tait parfaite (Q = 0), on aurait une chute de tension relative de

lordre de RP/U2 et des pertes de lordre de RP 2/U 2.

Les pertes croissant peu lorsque Q < P (soit Q2

112

Au contraire, les lignes ariennes transitent frquemment une puissance suprieure

leur puissance caractristique. Elles constituent donc suivant les cas dune manire

gnrale,

Aussi bien un consommateur quun producteur, de la puissance ractive.

Elle en rsulte qu pleine charge, on ne doit pas prlever une puissance ractive

importante sur les rseaux de transport, alors quau contraire, a faible charge, il est

ncessaire den

Prlever une certaine quantit. Dans le premier cas en, effet la puissance ractive

appele par la charge ne peut tre fournie par le rseau de transport qui est lui-mme

consommateur mais seulement par les centrales. Elle circule sur tout le rseau de

transport en provoquant des chutes de tensions et des pertes. Dans le deuxime cas, le

rseau de transport tant producteur de puissance ractive, si celle-ci nest pas

absorbe par la charge, elle remonte jusquau gnrateurs, crant une lvation de

tension, qui peut tre excessive, aux points de livraison aux rseaux de distribution.

Pour couvrir les besoins en puissance ractive indispensable pour le fonctionnement

des rcepteurs on souvent recours ce quon appelle les sources supplmentaires de

puissance ractive. Parmi ces ressources on distingue :

Les Compensateurs Statiques Les Compensateurs synchrones peuvent galement fournir de lnergie

ractive

Les convertisseurs Statiques

II.4.2.1. Compensateurs synchrones Dans les systmes nergtiques, les gnrateurs synchrones sont les principaux

producteurs de puissances actives et ractives. Pour la puissance active. Ils sont

lunique source, par contre


Pour la puissance ractive la quantit produite par ces sources est limite par les

conditions de fonctionnement normales des machines des centrales. La quantit

produite nest pas constante [10].

113

Les compensateurs synchrones sont trs utiliss dans les systmes lectriques pour

rsoudre des problmes de compensation de la puissance ractive et de rglage de la

tension.

II.4.2.1.1. Description du convertisseur synchrone

Le moteur synchrone et l'alternateur sont identiques, fonctionnant partir des mmes

principes, et seulement le sens de l'coulement d'nergie dtermine si le convertisseur

est un alternateur ou un moteur. Il faut noter lnergie circule de la tension qui est en

avance de phase vers la tension qui est en retard de phase [9].

Le convertisseur possde un stator aliment par une source d'nergie triphase, les

trois courants de phase produiront un champ magntique (1) tournant 120 f/p, la bobine secondaire du moteur lmentaire est alimente avec du courant continu, un

champ magntique unidirectionnel ( 2) sera existant dans l'axe de la bobine. Les lectrotechniciens avaient surtout besoin des moteurs synchrones pour corriger le

facteur de puissance.

Fig.II.5. Stator

convertisseur synchrone

[9].

Le couple peur tre reprsent par la formule :

T(t) = k 12 sin(s - m)t + .


(II.8)

114

Il faudra dmarrer les moteurs synchrones au moyen d'un autre moteur ou encore de

combiner une cage d'cureuil (moteur asynchrone) avec une bobine alimente avec du

courant continu (moteur synchrone).

II.4.2.1.2. Modlisation du convertisseur synchrone

Le convertisseur peut tre modliser en deux models ; moteur ou alternateur.

3. Le modle de l'alternateur

Si on fait tourner la bobine du rotor de la machine lmentaire et qu'on alimente cette

bobine en courant continu, on gnre au stator trois tensions dphases de 120 dans

le temps.

Si on suppose que le systme est quilibr et qu'on tient compte de la phase "a"

seulement, la tension gnre dans cette phase voit l'impdance propre Zg de cette

phase.

Le modle que l'on utilisera contiendra:

Une bobine (rotor) qui doit tre alimente par un courant continu Icc; cette bobine

produit le champ unidirectionnel qui tourne avec le rotor.

- une source de tension interne Eg que l'on considre sinusodale, donc

reprsente par un phaseur et dont l'amplitude sera proportionnelle seulement si on nglige la saturation de la carcasse de fer.

- une impdance Zg que l'on considre constante si on nglige la saturation de la

carcasse de fer, donc reprsente par un nombre complexe.

- une vitesse angulaire s que l'on considre constante et qui est produite par le couple moteur de la source d'nergie primaire Tm.

Fig. II.6. Modle de lalternateur [9]

115


- une tension aux bornes externes Vb qui est disponible pour alimenter une

charge.

- une charge (en pointill) qui dterminera la valeur de Ig en ralisant la relation

Vb = Zc Ig

Il faut noter que la vitesse de rotation du systme demeure constante aussi longtemps que

Tm = Tr

Le couple synchrone n'existe qu' la vitesse synchrone et Lcoulement d'nergie est de

Eg vers Vb.

Prenant comme rfrence Vb et supposant une charge inductive, le diagramme des

phaseurs de ce circuit sera:

Ce diagramme est complet et sera simplifi encore par l'limination de Rg.

Lcoulement d'nergie est toujours de la tension qui est en avance de phase vers la

tension qui est en retard de phase Eg vers Vb..

(II.9)

Fig. II.7. Diagramme vectoriel.

(II.10)

116


4. Le modle du moteur synchrone

Le modle du moteur synchrone est identique au modle de l'alternateur, mais pour

bien comprendre les relations d'coulement d'nergie, on doit le prsenter comme

suit :

Le modle que l'on utilisera contiendra:

- une bobine (rotor) qui doit tre alimente par un courant continu Icc; cette

bobine produit le champ unidirectionnel qui tourne avec le rotor. - une source de tension interne Em que l'on considre sinusodale, donc

reprsente par un phaseur et dont l'amplitude sera proportionnelle j

seulement si on nglige la saturation de la carcasse de fer.

- une impdance Zm que l'on considre constante si on nglige la saturation de

la carcasse de fer, donc reprsente par un nombre complexe.

- une vitesse angulaire s que l'on considre constante et qui est produite par le couple du moteur synchrone Tm.

- une tension aux bornes externes Vb (source d'nergie lectrique) qui est

disponible pour alimenter le moteur.

- une charge mcanique qui demandera de l'nergie sous un couple rsistant Tr.

Fig. II.8. Modle du moteur [9]

117

- La caractristique de ce couple rsistant sera dterminer et quelques fois ce

ne sera pas facile.


Il faut noter que la vitesse de rotation du systme demeure constante aussi longtemps

que

Tm = Tr, (II.11)

Le couple synchrone n'existe qu' la vitesse synchrone et Lcoulement d'nergie est

de

Vb vers Em

Prenant comme rfrence Vb et supposant une charge mcanique constante, le

diagramme des phaseurs de ce circuit sera pour un facteur de puissance (cos ) donn:

Ce diagramme est complet et sera simplifi encore par l'limination de Rm.

Lcoulement d'nergie est toujours de la tension qui est en avance de phase vers la

tension qui est en retard de phase.

Fig. II.8. Modle du moteur [9]

118


II.4.2.1.3. Mode de fonctionnement en Alternateur dans un rseau

Le principe de leur fonctionnement est le mme que celui dun moteur synchrone sans

charge (avec un arbre qui tourne vide).

Fig. II.9. Interaction Compensateur Synchrone avec rseau

qE

dX : Ractance longitudinale du

CSU : Tension du compensateur synchrone.

Le branchement du compensateur synchrone au rseau met en interaction la F e m

avec la tension du rseau. Leur diffrence dfinit le sens du courant et sa valeur dans

la ractance (dX ).

= UE III Autrement :

d

csq

XUE

I=

C S

qE

UI

UI

EI

Rseau

U Charge

UI

csUU =

I

IjXd

: f e m du compensateur synchrone.

(II.12)

(II.13)

119


Du fait que la tension du rseau est constante, le courant rsultant du compensateur

synchrone varie avec la variation de la (f.e.m) est obtenue par la variation du courant

dexcitation rotorique ( exI

).

Si le courant dexcitation est tel que :

q csE U I 0.= =i i i En dsignant pour ce cas ;

Iex =

I0,ex

On peut dfinir :

Iex

I0,ex

E q

Uc. s

I0.

Iex <

I0,ex

E q <

Uc. s

I< 0 (Sous excitation).

Iex >

I0,ex

E q >

Uc. s

I>0 (Sur excitation).

La puissance ractive du compensateur synchrone est dfinie par : ( )

cs

d

csq

cscs UXUE

IU3Q==

Cas 1 : E q <

Uc. s

Le courant I circule du nud du rseau vers le compensateur, cest un rgime de consommation du ractif. Dans ce rgime la valeur maximale consomme peut tre

atteinte.

ex qsi : t 0 E 0= = 2cs

cs

d

UQX

=

Cas 2 : E q =

Uc. s

0Qcs = (II.19)

(II.14)

(II.15)

(II.16)

(II.17)

(II.18)

120


Cas 3 : E q >

U c. s

Le courant I circule du compensateur vers le nud du rseau. Dans ce rgime le

compensateur injecte la puissance ractive dans le nud. La puissance ractive

produite augmente avec laugmentation du courant dexcitation mais cette

augmentation ne doit pas dpasser la valeur nominale.

Fig. II.10. Modes de fonctionnement du compensateur synchrone [11]

Daprs les rgimes de fonctionnement du compensateur synchrone, il peut tre utilis

aux points du rseau de transport ou il peut tre encore ncessaire dans quelque cas

exceptionnels, pour rsoudre des problmes techniques particuliers tels que celui de la

stabilit dynamique du rseau ou celui des variations rapides de tensions provoques

par certaines charges fluctuantes [11].

Il faut noter que ce compensateur prsente des avantages et des inconvnients

Avantages :

Ce moyen de compensation est avantageux puisquil :

Excellent rendement (un facteur de puissance voisin de 1). Peut tre plac prs des consommateurs.

Cs

qEi

qEi

qEi

Ii

(a) Sous excitation

(b) (c) Sur excitation

Cs Cs

djI xi

djI xi

Ii

csU

csUi

csUi

csUi

I

I

csU Ui i csU Ui i csU Ui i

121

CHAPITRE II. Analyse des mthodes de lamlioration du facteur de puissance Facile rgler comme producteur ou consommateur de puissance ractive. Effet autorgulateur.

Inconvnients :

Il a t dlaiss de son application comme compensateur malgr leurs mrites

pour les inconvnients:

Cot initial lev. Machine tournante qui demande des entretiens. Pertes actives relativement importantes. la force motrice, nest pas toujours compatible avec la demande instantane de

puissance ractive.

il peut dcrocher dans le cas d 'une surcharge brusque ou d'une chute de tension importante du rseau. Ceci ncessite une surveillance

particulire avec l'utilisation de dispositifs de scurit, encombrants.

il a besoin d'un gnrateur courant continu pour assurer son excitation. Cet organe supplmentaire augmente le prix du moteur.

il ne peut dmarrer qu' trs faible charge en exigeant soit un moteur auxiliaire de lancement, soit le dmarrage en asynchrone avec un

rducteur de tension au dmarrage en asynchrone avec un rducteur de

tension au dmarrage.

II.4.2.2. Batteries de condensateurs

Les condensateurs sont connus depuis longtemps (bouteille de leyde en 174 S) ils sont

commencs utiliser sur les rseaux vers les annes 1920[13], les premiers appareils

taient ralis avec des couches de papier places entre les lectrodes en

feuilles mtallique : tain, Clinquant, Aluminium. L'ensemble tait imprgn

d'huile minrale.

En 1932 [13], un important progrs juste obtenu en remplacent l'huile minrale

par un imprgnant chlor cette technique se dveloppe aux ETATS-UNIS et

apparut en FRANCE vers 1950[13]. De nombreux perfectionnement conduit au

condensateur normalis de 20 KVAR dont plus de 100.000 units sont actuellement

en service sur le rseau d'lectricit de France. Les progrs accomplis dans la

production des matires

122


Les progrs accomplis dans la production des matires des matires premires et

dans leur mise en oeuvre permettent de mettre au point des units de 50 / 100KVAR[

13] au moment ou les progrs dans cette technologie Paraissaient, un nouveau pas

important t franchi avec l'introduction de matires plastique.

On ralise actuellement des condensateurs dont les puissances unitaires atteintes

plusieurs centaines de KVAR. Ces batteries sont trs utilises dans les rseaux de

distribution pour le rglage de la puissance ractive et la tension.

En gnrale une batterie de condensateurs est constitue par un systme de

condensateurs branchs en combinaison : srie- parallle, selon la disposition des

condensateurs sur le rseau lectrique, on peut distinguer deux types de

compensation : Compensation shunt, srie.

II.4.2.2.1. Compensation Shunt

La chute de tension dun rseau de distribution avant le branchement de BC

sexprime :

2

chch12 U

XQrPU +=

Fig. II.11. Compensation Shunt

chS P jQ= +

BCI I+i i

ch ch chS P jQ= + BCjQ

1 22U

i

12

Ui

U2U

iBCU 2aU

i

adU

(II.20)

123


Pour obtenir une tension admissible (ad2,U ) aux bornes de la charge en branche la

(BC).

Ce qui donne :

ad,2

bcchch

ad U)QQ(rP

U+=

La tension 2U est augmente dun cart :

ad1ad12ad,2BC UU)UU()UU(UUU ===

ad,2

BCchch

2

chch

UX)QQ(rP

UXQrP ++=

XUQ

UXQrP

UXQrP

ad,2

BC

ad,2

chch

2

chch +++=

Du fait que :

ad,2

BCBC

ad,22 UXQU

U1

U1 =

Autrement :

c..Ub.UQ ad,22

ad,2BC ==

On obtient :

ad,2BC U.x.c.U =

Ou bien en % de NU :

100.U

U.X.c.U

N

ad,20

0BC

=

Do la valeur de C pour assurer lcart voulu est :

100.U.X.U.UC

ad,2

N00

BC

=

(II.21)

(II.22)

(II.23)

(II.24)

(II.25)

124


Le diagramme vectorielle suivant prsente lamlioration de cos de la ligne (au point

2)

Fig. II.12. Diagramme Vectoriel

Il y a une amlioration de cos de la ligne dans le point 2.

Les (BC) shunts statiques, sont montes au voisinage des consommateurs du ractif et

fournissent une puissance ractive infrieur (celle qui est demande).

Mais dans des cas particuliers et si seuls la tenue de toutes les tensions dans les limites

troites est importante ; on peut amen les installer, pour obtenir plus de puissance

ractive quil

Nen est consomm sur place. Les dimensionnements des condensateurs shunts

dpend troitement du niveau de tension.

Les avantages et les inconvnients qui porte ce moyen de compensation sont :

Avantages :

Simplicit, peut tre install au voisinage des utilisateurs. Moins de pertes, moins des chutes de tension, augmentation de la capacit de

transport.

Inconvnient :

Rglage discontinu, cot lev. Trs cher si lon veut annuler la chute de tension (sur compensation). Effet diminuer lorsque la tension baisse.

BCQ

Q R

ch 2P

J chSS

125


II.4.2.2.2. Compensation Srie

Avant le branchement de BC

( ) +== jxrI3UUUU 112 = .Ix3jIr3U1

Aprs branchement :

( ) =+= ad1c1ad,2 UU)xx(jrI3UU ( ) cc1 XI3jjxrI3U ++=

Fig. II.13. Compensation Srie.

On a :

( ) += jxrI3U ( ) += cad IX3jjxrI3U

La tension 2U est augmente dun cart :

= ad1BC UUU

( ) )XI3j)jxr(I3(jxrI3 c +++=

cacrcracBC XI3jXI3X)IjI(3jIX3jU +=+==

ad,2

c2BC U

XQU =

r X

I

1 2 Xc

U

(II.26)

(II.28)

(II.27)

126


Ou bien :

c1X C =

ad,2

2BC cU

QU =

Ou bien en % de NU

100U.cU

Q0

0UNad,2

2BC =

On peut alors donne la valeur ncessaire de la capacit pour assurer lcart voulu.

ad,2N

2

BCUU

Q

00U

100C =

Il faut noter quen :

Rgime de court circuit le courant travers (BC) devient trs grand et la tension du condensateur risque de dpasser la valeur de charge, cest pour a

que le systme de compensation est quip de moyens automatiques de

protection.

Court circuit le courant travers (BC) devient trs grand et la tension du condensateur risque de dpasser la valeur de charge, cest pour a que le

systme de compensation est quip de moyens automatiques de protection

court circuit le courant travers (BC) devient trs grand et la tension du condensateur risque de dpasser la valeur de charge, cest pour a que le

systme de compensation est quip de moyens automatiques de protection.

les compensateurs sries sont peut utiliss sur les rseaux moyenne et haute tension, par contre sur les rseaux de transport grande distance sous des

tensions suprieurs 220 KV ; leur utilisation est frquente avec une

puissance unitaire importante. Ils sont utiliss pour le but :

De rduire ou dannuler les chutes de tensions. Damliorer la stabilit du systme nergtique dans certains cas. Labsence dusure mcanique et un entretien rduit. De faibles pertes. Un faible volume et une installation facile

(II.29)

(II.30)

(II.31)

127


Ces condensateurs peuvent avoir des effets ngatifs, les plus importantes sont :

Ncessit des systmes de protection coteux. Ne compense quune faible partie de la puissance demande.

En gnrale les batteries de condensateurs sont actuellement le moyen le plus

conomique et le plus simple de production dnergie ractive, pour les avantages

prcdentes.

Leur limitation est lie certains problmes technique comme :

la puissance ractive fournie nest rglable simplement la puissance ractive fournie varie avec la tension dalimentation la mise sous tension provoque un violent appel de courant si la frquence de rsonance avec linductance de la source est proche

de celle dun harmonique existant, cet harmonique est amplifi et peut

devenir gnant ou dangereux.

II.4.2.3. Compensateurs Statiques Grce au dveloppement de llectronique de puissance, la compensation dnergie

ractive par des moyens statiques est devenue possible par des compensateurs

statiques de puissance ractive (SVC). Ces dispositifs constitus dlments

lectriques (batteries de condensateur, bobineest) et dlments dlectronique pour

commutation (thyristors) permettant des variations rapides et continue de puissance

ractive pour liminer les fluctuations de la puissance ractive absorbe par certains

appareils provoquent des fluctuations de tension qui peuvent tre gnantes pour tous

les usagers [12].

Les compensateurs statiques, constitus dune batterie de condensateurs et dun

absorbeur ractances avec rglage de courants avec des valves thyristors, sont

capables dattnuer cette fluctuation, mme lorsquelles sont rapides comme dans le

cas des fours arc [12].Il existe diffrente configuration de compensateurs tels que :

II.4.2.3.1.Compensateur Statique Capacit Variable (TS.C)

Les compensateurs capacit variable TSC (Thyristors Switched Capacitors)

Sont composs d'units de condensateurs commuts par thyristors, la figure

(II.14) montres un exemple de compensateur statique capacit variable.

128


Fig. II.14. Compensateur TSC.

La batterie de condensateur et fractionn en gradins appropris qui sont

individuellement commuts par des thyristors bidirectionnels. Pour ce type de

compensation des rgles importantes doivent tre respect. Les compensateurs

doivent tre pr charg la valeur crte du rseau et enclenchs lorsque cette tension

devient gale celle du pr charge [12]. Ce systme ncessite pour obtenir une

compensation fixe. Dutiliser un nombre important de condensateurs et la mise en

uvre d'une commande complexe.

II.4.2.3.2. Compensateur Statique ractance contrl (TS.R)

Les compensateurs statiques (TSR) (Thyristor Switched Reador) sont frquents utilis

pour amliorer la stabilit des rseaux d'nergie lectrique. Ils sont le plus souvent

composs d'units de ractances rgles par thyristors absorbant de la puissance

ractive. La figure (II.15.) montre une inductance brancher en parallle avec un

condensateur non rglable (fixe).

Ce principe est plus avantageux que le premier (TSC) ou la compensation est du type

discontinue car la rgulation de la puissance ractive ce fait par chelons. Il existe

donc toujours une diffrence entre la puissance ractive fournie (Q c ) et celle consomme

(Q v), Cette diffrence Qv - Qc = Qr

Constitue une charge pour le rseau.

C

G T

129


Fig. II.15. Compensateur TSR

II.4.2.3.3. Mode de Control et Rglage des Compensateurs Statiques

Le but de lutilisation des thyristors pour la commande des gradins au lieu des

anciens contacteurs lectromcanique, cest dintroduire une avance de phase pour en

anticiper les fluctuations, ainsi laugmentation du temps de rponse en boucle ferme

[12]. La figure II.16. Prsente le principe de la rgulation phase par phase, la

rfrence de la rgulation est loppos de la variation mesure par rapport une

puissance de consigne [12]

Fig. II.16. Schma de rgulation en boucle ferme.

Rgulateur

Charge &Filtres

Mesures

AbsorbeurConsigne

+ -

CV

ai

chi

Courant De

ligne

+

Charge variable

130


La puissance ractive est mesure par la formule :

Q VIsin= *Le courant tant en retard par rapport a la tension par un angle ()

La tension instantane la frquence (f1) est de la forme :

V(t) Vcos t=

*Avec : =2 f1

Le courant en ligne est en retard dun angle () par rapport la tension :

i(t) Isin( t )=

De (II.33) et (II.34) on obtient :

1Q (t) VIcos t sin( t )=

Pour un dphasage de (+/2 ou /2) :

2Q (t) VIsin t cos( t )=

De (II.35) et (II.36) on obtient : [ ]Q(t) VIsin t ( t ) VIsin= =

Cette dernire valeur donne la mesure de la puissance ractive en labsence des

harmoniques et dautres perturbations [12]. Cette puissance ractive calcule nous

donne la puissance de rfrence pour un facteur de puissance dsire (cos=0.9).

La nouvelle puissance ractive calcule sera compare par un comparateur, la figure

II.17 nous montre le principe de rglage de la puissance ractive (KQ ) quon doit

fournit au rseau [14].

(II.32)

(II.33)

(II.34)

(II.35)

(II.36)

(II.37)

131


Fig. II.17. Systme de Rgulation de la puissance ractive

Le signal de sortie reprsente la puissance ractive quon doit fournir au rseau, qui

est :

L c KQ Q Q = A partir de la dernire quation on obtient la valeur de langle damorage () Les avantages et les inconvnients qui porte ce moyen de compensation sont :

Avantages :

Une amlioration de la stabilit statique et dynamique du rseau. Une rgulation de la tension ; avec limitation selon la puissance

ractive change avec le rseau.

Une attnuation considrable de phnomne du FLICKER, provoqu par des charges fortement perturbatrices.

Commande

Des thyristors

refQ 0.4P=

Calculateur

Inductances Commande

Par thyristors Avec

batteries fixes

Rseau

KQ

Impuls () L

Q

KQ

CQ

rQ

rrefQ

rQ

P

I

V

+

+

-

-

(II.38)

132


Inconvnient :

Linconvnient majeur de ces compensateurs, cest les limites (tension et courant)

dutilisation en basse tension, parfois nous somme oblig de compenser en haute

tension pour quilibrer un rseau de transport. Les nouvelles recherches en lectriques

de puissance ont abouti des thyristors (GTO, IGBT) avec des tensions et courants

trs levs.

Actuellement la compensation en haute tension seffectue par des convertisseurs a

base des thyristors GTO.

II.4.2.4. Convertisseurs Statiques

Devant les problmes de transit de puissance, la compagnie amricaine EPRI (Electric

Power Research Institue) a lanc, en 1988, un projet dtude des systmes FACTS

afin de mieux matriser le transit de puissance dans les lignes lectriques [15].

Le concept FACTS regroupe tous les dispositifs base dlectronique de puissance

qui Permettent de compenser lnergie ractive et amliorer lexploitation du rseau

lectrique.

La technologie de ces systmes (Interrupteur statique) leur assure une vitesse

suprieure celle des systmes lectromcaniques classiques. De plus, elles peuvent

contrler le transit de puissance dans les rseaux et augmenter la capacit efficace de

transport tout en maintenant voir en amliorant, la stabilit des rseaux. Les systmes

FACTS peuvent tre classs en trois catgories [16] :

Les compensateurs parallles base de GTO thyristors. Les compensateurs sries base de GTO thyristors. Les compensateurs hybrides (srie - parallle) base de GTO thyristors.

II.4.2.4.Compensateurs Parallles

Le principe de ce type de compensateur est connu depuis la fin des annes 70 mais ce

nest que dans les annes 90 que ce type de compensateur a connu un essor important

grce aux dveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [15].Le

STATCOM prsente plusieurs avantages :

bonne rponse faible tension : le STATCOM est capable de fournir son courant nominal, mme lorsque la tension est presque nulle.

133

CHAPITRE II. Analyse des mthodes de lamlioration du facteur de puissance bonne rponse dynamique : Le systme rpond instantanment.

Cependant, le STATCOM de base engendre de nombreux harmoniques. Il faut donc

utiliser, Pour rsoudre ce problme, des compensateurs multi niveaux commande

MLI ou encore Installer des filtres [17].

La figure II.18 reprsente le schma fonctionnel dun STATCOM, les cellules de

commutation sont bidirectionnelles, formes de GTO et de diode parallle [18]. Le

rle du STATCOM est dchanger de lnergie ractive avec le rseau. Londuleur

est coupl au rseau par lintermdiaire dun transformateur shunt de couplage.

Fig. II.18. Schma fonctionnel dun STATCOM.

Transformateur Shunt

Rseau

acI

sortie dcV KV=

dcVdcI

134


Lchange dnergie ractive se fait par le contrle de la tension de sortie de

londuleur Vsh, Laquelle est en phase avec la tension du rseau V Le fonctionnement

peur tre dcrit de la faon suivante [17] :

Si la tension Vsh est infrieure V, le courant circulant dans linductance est dphas de (/2 ) par rapport la tension V ce qui donne un courant inductif

(Fig. II.19-a).

Si la tension Vsh est suprieur V, le courant circulant dans linductance est dphas de (+/2) par rapport la tension V ce qui donne un courant capacitif

(Fig. II.19-b).

Si la tension Vsh est gale V, le courant circulant dans linductance est nul et par consquent il ny a pas dchange dnergie.

Fig. II.19. Diagramme vectoriel de STATCOM.


Avantages :

Pouvoir changer de lnergie de nature inductive ou capacitive uniquement a laide dune seul inductance. Contrairement au compensateur statique, de

pouvoir fournir un courant constant important mme lorsque la tension V

diminue [17].

a) Courant inductif b) Courant capacitif

VVsh

Ish

VshVIsh

135


Inconvnient :

Une seule fonction qui est lchange dnergie ractive (absorber/fournir) avec le jeu de barre.

II.4.2.4.Compensateurs Parallles

Ce type de compensateur srie SSSC (Compensateur Synchrone Statique Srie) est le

plus important dispositif de cette famille. Il est constitu dun onduleur triphas

coupl en srie avec la ligne lectrique l'aide d'un transformateur [17].

La figure II.19 reprsente le schma fonctionnel dun SSSC, Son rle est dintroduire

une tension triphase, la frquence du rseau, en srie avec la ligne de transport.

Cette tension est en quadrature avec le courant de ligne [18].

Fig. II.19. Schma fonctionnel dun SSSC.

Transformateur Shunt

Rseau

acI

dcVdcI

ligneI

Energie Stocke

136


Par linjection dune tension srie avec la ligne de transmission, nous pouvons rgler

la valeur apparente de linductance ou de la capacit ainsi introduite dans la ligne ;

BV jKXI=


Avantages :

Echange de la puissance active avec le systme par lutilisation du systme de stockage dnergie [17].

Evite lapparition des oscillations de rsonance avec le rseau.

Inconvnient :

Il sintresse uniquement a la ligne de transmission, parfois on est oblig de contrler le bus envoyeur pour plus de stabilit dans le rseau.

.4.2.5.Compensateurs Hybride Parallle srie

GYUGYI a prsent le concept de l UPFC en 1990. Loriginalit de ce compensateur

est de Pouvoir contrler les trois paramtres associs au transit de puissance dans une

ligne lectrique :

la tension, limpdance de la ligne, le dphasage des tensions aux extrmits de la ligne.

La description de ce quipement fera lobjet du prochain chapitre, son utilisation dans les rseaux lectrique est lobjet de ce travail.

(II.39)

137


II.5. Conclusion :

Le facteur de puissance est lun des plus importants indices de la qualit dnergie

lectriques dans les rseaux lectriques. Un mauvais facteur de puissance des

influences pour tous les acteurs : producteur, fournisseur et exploitant de lnergie.

Lamlioration de ce facteur demeure le souci majeur surtout pour le fournisseur

(rseau de transport), la compensation d nergie ractive est lunique solution pour

lamliorer. Pour

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