Présentée par : Bousahla Djamel El bordji Abderrahim

Devant le jury composé de:

Dr. Hadjeri Samir Maître de Conférences Univ. SBA Président

Dr. Zidi Sid-Ahmed Maître de Conférences Univ. SBA Encadreur

Dr. Gherbi Fatima Zohra Maître de Conférences Univ. SBA Examinateur

Dr. Benhamida Farid Chargé de cours Univ. SBA Examinateur

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIREMinistère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université de Sidi Bel-Abbes Faculté des Sciences de l'Ingénieur

Utilisation de la compensation série avancée dans les Utilisation de la compensation série avancée dans les

réseaux électriquesréseaux électriques

&

Durant les dix 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.

♦ Des coupures trop nombreuses rendent les conditions de la vie plus

difficile.

Problématique:

♦ L’augmentation de la chute de tension due a l’augmentation de la puissance

transité.

♦ Opposition croissante à la construction de nouvelles lignes et de nouvelles

centrales .

♦ Dégradation du rendement énergétique de l’installation (pertes d’énergie).

Objectifs de notre travail :

♦ Étude des perturbations électriques et la qualité de

l’énergie.

♦ Analyse générale sur la compensation traditionnelle

de l’énergie réactive .

♦ Utilisation de la compensation série avancée de type

FACTS (TCSC: condensateur série commandé par

thyristors).

♦ Simulation du TCSC par MATLAB/SIMULINK.

Qualité de l’énergie

Assuré au client la puissance dont il

a besoin

Variation de la tension à ( 10 %)

Variation de la fréquence à ( 0.5 %)

Fournir l’énergie à un prix

acceptable

PERTURBATIONS

Déséquilibre Creux de tension Surtension Harmonique Flicker

Origines des perturbations

Défaut d’isolement

Four à arc

Machine à souder

Défaut d’isolement

Moteurs

Syn ,Asyn

Transformateurs

Déséquilibre Creux de tension Surtension

La foudre

Harmonique

Convertisseur

Four à arc

Machine à souder

Flicker

Moteurs à démarrage fréquents

Four à arc

Machine à souder

Transitoire Temporaire

Manœuvre

Défaut d’isolement

Ferro-résonance

Ligne à vide

Conséquences des phénomènes perturbateursConséquences des phénomènes perturbateurs

Effets instantanésEffets instantanés Effets différés Effets différés

Manœuvre Manœuvre des des

contacteurs contacteurs ou d’organes ou d’organes de protectionde protection

Mauvais Mauvais fonctionnementfonctionnement

ou arrêt d’une ou arrêt d’une machinemachine

Pertes Pertes énergétiquesénergétiques

vieillissement vieillissement accéléré duaccéléré du

matériel due aux matériel due aux échauffementséchauffements

La compensation traditionnelle de l’énergie réactive

δsinV.V

P 21X

Contrôle de la tension : Compensation SHUNT

Contrôle de l’impédanceCompensation SERIE

Contrôle de l’angle de phaseTransformateur déphaseur

La compensation traditionnelle shunt :

1- Compensateur synchrone:

2- Batterie de condensateur:

Principe de la compensation shunt :

Sans compensation Avec compensation

Figure 2 : Principe de la compensation shunt

La compensation traditionnelle série :

Sans compensation Avec compensation

Figure 3: Principe de la compensation série

Kse=BL/Bse

Figure 4: Caractéristique P(δ)

Les effets de la compensation série sur les systèmes électro-énergétiques: Les effets de la compensation série sur les systèmes électro-énergétiques:

1- L’effet sur la stabilité de tension:1- L’effet sur la stabilité de tension:

Figure 5:Impact de la compensation série sur la stabilité de la tension

2- L’effet sur la stabilité angulaire :2- L’effet sur la stabilité angulaire :

Figure 6:Impact de la compensation série sur la stabilité angulaire

Constitution d’un compensateur série traditionnelle

Flexible AC Transmission Systems: Systèmes de Transmission en courant Alternatif comprenant des dispositifs basés sur l'électronique de puissance qui permettent de contrôler et d’augmenter la capacité de transfert et adapte a la situation du réseau.

♦ Grand réseaux de transmission

Pour améliorer le contrôle, augmenter les capacités de transfert de puissance.

♦ Réseaux Industriels

Pour améliorer la qualité de la puissance.

Diminue les chute de tension

Généralité sur les dispositifs FACTS:

FACTS et la compensation série avancée

Classification des FACTS:

FACTS

Séries

VSCImpédance

Shunt

ImpédanceVSC

Hybrides

Séries-Shunt

TCSC

TSSC

GCSC

TCSR

SSSC

STATCOM

SSG

BESS

SMES

SVC

TCR

TSC

TCBR

TCPS

UPFC

Séries-Séries

IPFC

Autres FACTS

TCVR

TCPAR

TCPST

IPC

Les TCSC (thyristor controlled serie capacitor) sont des systèmes de compensation série qui permet :

Qu’est-ce qu’un TCSC?

♦ Accroit la longueur électrique ce qui augmente avec la longueur

♦ amélioration des oscillations de puissance

♦ améliorer la stabilité de la tension au long de la ligne

♦ Augmentation de la puissance active transité

Le TCSC permet de garder la puissance transité constante en agissant sur l’impédance de la ligne

Figure 7:Schéma d’un TCSC composé de plusieurs modules identiques

Structure du TCSC:

Condensateur série

Inductance commandé

Thyristors (tète pèche)

Varistance

(MOV)

Le TCSC permet d’obtenir une plus grande plage de variation de l’impédance (inductive et capacitive )

L’expression de l’impédance du TCSC est donné par l’équation suivante:

Figure 8:Caractéristique Z en fonction de l’angle d’allumage α

Inductive

Capacitive

1- Mode blocage :

Les thyristors n’est pas enclenchée alors le courant de la ligne passe uniquement a travers les bancs de condensateurs.

Donc le TCSC fonctionne comme un condensateur série fixe

Les trois régimes de fonctionnement de TCSC sont :

Figure 9: TCSC en mode de blocage

On décrit le facteur de compensation KB sous forme :

KB= XTCSC/ XC

2- Mode By-pass :

Les thyristors restent a l’état passant et le TCSC se comporte comme la connexion parallèle d’un banc de condensateur série et l’inductance .

La réactance totale du TCSC est donnée par l’équation suivante :

Figure 9: TCSC en mode de By-pass

3- mode de conduction partielle :

Mode Inductive Mode Capacitive

Si le thyristor Th1 est amorcer , thyristor Th2 est bloqué alors l’impédance équivalente est inductive

Si le thyristor Th2 est amorcer , thyristor Th1 est bloqué alors l’impédance équivalente est capacitive

Figure 10: TCSC en mode de conduction partielle

Problèmes engendrés Problèmes engendrés

SVCSVC STATCOMSTATCOM TCSCTCSC SSSCSSSC TCPAR TCPAR UPFCUPFC

Transit de puissance activeTransit de puissance active ++ ++ ++++++ ++++++ ++++++ ++++++

Contrôle de puissance réactiveContrôle de puissance réactive ++++++ ++++++ // // // ++++++

Contrôle de tension(permanent)Contrôle de tension(permanent) ++++++ ++++++ ++ ++ ++ ++++++

Contrôle de l’angle de transport Contrôle de l’angle de transport // // ++++++ ++++++ ++++++ ++++++

Contrôle dynamique de tension Contrôle dynamique de tension ++++ ++++++ // // // ++++++

Stabilité Stabilité ++++ ++++++ ++++ ++++++ ++ ++++++

Oscillation de puissance Oscillation de puissance ++++ ++++++ ++++++ ++++++ ++++++

Déséquilibre de phases Déséquilibre de phases ++++++ ++++++ // // // ++++++

Comparaison des FACTS

Simulation et résultats :

Les tests de performances de TCSC :

1- Fonctionnement normal

2- Réponse transitoire avec changement de référence

3- Réponse dynamique suite d’un court circuit triphasé

SIMULATION MATLAB/SIMULINK

Paramètre de TCSC : LTCR= 0.043 H

C= 21.977e-6 F

Paramètre de la ligne : R=6.0852Ω

L= 0.4323 H

Régulateur :

Kp=0.8 , Ki=4.6

Figure 11: Modèle d’un TCSC connecté dans un réseau de 500 kV

Résultats des simulations :

1- Fonctionnement normal du TCSC :

110

610

10128

2- Réponse dynamique du TCSC :

A- Changement de l’impédance de référence :

A t=2.5 s, on a applique un changement de -5% dans l’impédance de référence

B- Modification de la tension de source :

A t= 3.3 s, on a appliqué une réduction de 4% de la tension de la source 1.

Figure 12 : Variation du courant de la ligne et de TCR en fonction de temps

3- Réponse dynamique du TCSC lors d’un défaut triphasé :

A t=4 s un court circuit triphasé à été produit en amont par rapport au

TCSC pendant un temps de 0.5 s.

(a) Puissance active et réactive (c) L’angle d’Amorçage (α)

(b) L’impédance de référence et mesurée (d) Courant de TCSC

conclusionconclusion ♦ La compensation série avancée a base de thyristor propose des solutions

fiables, flexibles qui permet d’augmenter la capacité de transfert d’énergie.

♦ Les résultats obtenus, montrent que le TCSC permet de contrôler la puissance active du réseau, et d’obtenir d'excellentes performances en termes de stabilité transitoire et de résoudre le problème d’écoulement de puissance.

♦ Les perspective de développement de nouveaux types de semi conducteur amèneront encore des progrès du point de vue de la commande de la compensation série avancée.