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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique ----------------------------------------------------------- U niversité Dr. T ahar M oulay de S aïda F aculté de T echnologie D épartement d’ É lectrotechnique Mémoire de Fin d’Études En vue de l’obtention du diplôme de Master (LMD) Spécialité : SYSTEMES ENERGETIQUES Filière : GENIE ELECTRIQUE Amélioration de la stabilité de tension par l’emplacement optimal des dispositifs FACTS Présenté par : OUDAYA Mohamed Bachir DRISSI Mohamed El Hadi Devant le jury composé de : Président Pr. Meziane. R Encadreur Dr. Bekri O.L Examinateur Dr. Bouanane. A Soutenu le 03/07/2017 Promotion 2016-2017

Mémoire - pmb.univ-saida.dz

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Page 1: Mémoire - pmb.univ-saida.dz

R eacute p u b l i q u e A l g eacute r i e n n e D eacute m o c r a t i q u e e t P o p u l a i r e

Ministegravere de l Enseignement Supeacuterieur et de la Recherche Scienti f ique

-----------------------------------------------------------

U n i v e r s i t eacute D r T a h a r M o u l a y d e Sa iuml d a

Faculteacute de Technologie

Deacutepartement d rsquoEacute lectrotechni que

Meacutemoire de Fin drsquoEacutetudes

En vue de lrsquoobtention du diplocircme de

Master (LMD)

Speacutecialiteacute SYSTEMES ENERGETIQUES

Filiegravere GENIE ELECTRIQUE

Ameacutelioration de la stabiliteacute de tension par lrsquoemplacement

optimal des dispositifs FACTS

Preacutesenteacute par

OUDAYA Mohamed Bachir

DRISSI Mohamed El Hadi

Devant le jury composeacute de

Preacutesident Pr Meziane R

Encadreur Dr Bekri OL

Examinateur Dr Bouanane A

Soutenu le 03072017

Promotion 2016-2017

Tout drsquoabord nous remercions Dieu le tout puissant

de nous avoir donneacute le courage et la patience durant

toutes ces anneacutees drsquoeacutetudes

Nous tenons agrave exprimer notre profonde

gratitude et nos reconnaissance envers

Dr BEKRIOL de nous avoir dabord proposeacute ce

thegraveme pour le suivi continuel tout le long de la

reacutealisation de ce meacutemoire et pour les conseils qursquoelle

nrsquoa cesseacute de nous donner et les remarques

Nos remercicircments vont aussi au Professeur

MEZIANER de lrsquouniversiteacute Dr Moulay el Tahar

pour avoir accepteacute de preacutesider ce jury de soutenance

et au Dr BOUANANEA drsquoavoir accepteacute

drsquoexaminer ce travail

Nos remerciements seacutetendent eacutegalement agrave tous nos

enseignants drsquoeacutelectrotechnique de lrsquouniversiteacute de

Saida durant nos anneacutees drsquoeacutetudes

Nous remercions eacutegalement Monsieur KAYED Y

chef de service eacutelectrique de la cimenterie de Saida

et ses eacuteleacutements et speacutecialement Aissa et Habib

Remerciements

Les systegravemes FACTS (Flexible AC Transmission Systems) sont pressentis pour

lrsquoameacutelioration des performances des reacuteseaux eacutelectriques de transport et drsquointerconnexion De

nombreuses eacutetudes ont eacuteteacute faites sur ces systegravemes concernant lrsquoaugmentation de la vitesse de

controcircle des paramegravetres des lignes (tension impeacutedance et deacutephasage) Les compensations

shunt et seacuterie utilisant des systegravemes drsquoeacutelectronique de puissance sont des concepts FACTS et

permettent aux reacuteseaux drsquoecirctre plus flexibles La compensation shunt reacutealise de preacutefeacuterence le

support de la tension alors que la compensation seacuterie est employeacutee pour reacuteduire lrsquoimpeacutedance

des lignes et donc pour augmenter la capaciteacute de transfert de puissance ainsi que pour

ameacuteliorer la reacutepartition des transits de puissance dans le reacuteseau aussi bien que les stabiliteacutes

statiques et dynamiques

La contribution principale de ce meacutemoire est lrsquoimpact de deux systegravemes FACTS le

STATCOM (Compensateur Statique Synchrone) et le SSSC (Static Synchronous Series

Compensator) sur lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance pour un reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds

Mots cleacutes FACTS STATCOM SSSC effondrement de tension calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance

Reacutesumeacute

من لها لما الماضية القليلة السنوات خلال سريعا تطورا شهدت التي المجالات من ( FACTS ) المرنة النقل أنظمة

قدرة

سرعة وقد تم القيام بالعديد من الدراسات على هذه الأنظمة لزيادة الكهربائية تحسين أداء شبكات النقل على كبيرة

الممانعة وزاوية الطور( الجهدالسيطرة على معاملات الخطوط )

على SSSC و STATCOMنظمة النقل المرنة أنموذجان من تأثيرھو المذكرة ھذه في ساسىى الأالهد ف

القدرة قباستخدام تقنية الحساب المستمر لتدف توترمشكلة انهيار ال

القدرة قالحساب المستمر لتدف توترال انهيار STATCOM SSSCالمرنة النقل أنظمة ةمفتاحی كلمات

ملخص

Table des matiegraveres

Contexte de lrsquoeacutetude et eacutetat de lrsquoart

I1) Introduction 13

I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique 14

I21) De la centrale aux abonneacutes 14

I 3) Fonctionnement du reacuteseau eacutelectrique 16

I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectrique 16

I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie 17

I411) Reacuteseaux drsquoutilisation 17

I412) Reacuteseaux de distribution 18

I413) Reacuteseaux de reacutepartition 18

I414) Reacuteseaux de transport 18

I42) Topologie des reacuteseaux

I421) Reacuteseaux radiaux

I422) Reacuteseaux boucleacutes

I423) Reacuteseaux mailleacutes

18

18

19

20

Liste des figures 03

Liste des tableaux 05

Liste des acronymes 06

Liste des symboles 08

Introduction geacuteneacuterale 09

Table des matiegraveres

Chapitre I

I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques 20

I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du

Maghreb Arabe

21

I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique 22

I61) Qualiteacute de la tension 22

I611) Amplitude 22

I612) Freacutequence 23

I613) Forme Drsquoonde 23

I614) Symeacutetrie 23

I62) Qualiteacute du courant 23

I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique 24

I71) Classification des perturbations eacutelectriques 24

I711) Creux de tension et coupures 24

a) Origines de creux de tension et coupures 25

I712) Harmonique 26

a) Inters harmoniques 26

b) Infra-harmoniques 26

c) Conseacutequences des harmoniques 26

d) Les principales sources drsquoharmoniques 26

I713) Surtensions 27

a) Origine ou causes des surtensions 28

I714) Variations et fluctuations de tension 28

a) Origines des variations et fluctuations de tension 28

I715) Deacuteseacutequilibres 29

a) Origines de Deacuteseacutequilibres 29

I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations 29

I72) Le system de protection 30

I8) La Stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31

I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31

I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 31

I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire) 32

I8211) Stabiliteacute Angulaire Aux Petites Perturbations 33

I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

transitoire

34

I822) Stabiliteacute de la freacutequence 35

I823) Stabiliteacute de tension 35

I8231) Instabiliteacute de la tension 35

I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension 36

I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites

perturbations

36

I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes

perturbations

36

I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension 36

I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation 37

I92) Charge appeleacutee trop importante 37

I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport 37

I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 38

I11) Conclusion 40

Le concept des FACTS

II1) Introduction 42

II2) Le concept FACTS 42

II21) Fonctionnement des FACTS

II22) Contexte algeacuterien

44

45

II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS 47

II3) Les dispositifs FACTS 47

II4) Classification des dispositifs FACTS 48

II41) Classification selon la geacuteneacuteration 48

II411) Geacuteneacuteration I 48

II412) Geacuteneacuteration II 48

II413) Geacuteneacuteration III 48

II42) Classification selon la cateacutegorie 48

II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS 49

a) Dispositifs FACTS Shunt 49

Compensateur statique de puissance reacuteactive (SVC) 49

Compensateur statique synchrone ( STATCOM) 49

Geacuteneacuterateur statique synchrone (SSG) 49

Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (SVG) 50

Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (SVS) 50

Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (TCBR) 50

b) Dispositifs FACTS seacuteries 51

Controcircleur de transit de puissance entre lignes (IPFC) 51

Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (TCSC) 51

Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (TSSC) 51

Chapitre II

Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (TCSR) 51

Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (TSSR) 52

Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (SSSC) 52

c) Dispositifs FACTS hybrides 52

Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (UPFC) 52

Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (TCPST) 52

Reacutegulateur de puissance interphases (IPC) 52

d) Autres dispositifs FACTS 53

Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVL) 53

Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVR) 53

II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors 54

Compensateur synchrone statique(STATCOM) 54

Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC) 58

II6) Coucirct des dispositifs FACTS 62

II7) Synthegravese des dispositifs FACTS 63

II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie des

dispositifs FACTS

63

II9) Conclusion 64

Modeacutelisation du systegraveme eacutetudieacute de la charge au reacuteseau complet

III1) Introduction 67

III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS 67

III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs 67

III22) Modegraveles des charges 69

III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt 69

III24) Modegraveles de la ligne 70

Chapitre III

III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques 71

III26) Modegraveles du transformateur 72

III27) Modeacutelisation de la machine synchrone 73

III28) Modeacutelisation du STATCOM 74

III29) Modeacutelisation du SSSC 75

III3) Conclusion 78

IV1) Introduction 80

IV2) Outils de simulation 81

IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 82

IV31) Facteur de charger et les directions de puissance 83

IV32) Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance 84

IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE39 nœuds 87

IV41) Preacutesentation du reacuteseau 87

IV5) Emplacement du STATCOM 91

IV51) Impact du STATCOM 92

IV511) Profils des tensions et les pertes de puissance dans le

systegraveme

94

IV512) Synthegravese 98

IV6) Emplacement du SSSC 99

IV61) Impact du SSSC 100

IV611) SSSC inseacutereacute sur la linge 45 103

IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 104

IV613) Synthegravese 106

IV7) Conclusion 107

Chapitre IV

Ameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau de transport par les FACTS

Conclusion geacuteneacuterale 109

Bibliographies 112

Annexes 116

Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique 14

Figure I2 Reacuteseaux publique 15

Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique 17

Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial 19

Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute 19

Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute 20

Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension 24

Figure I8 Paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12) 25

Figure I9 Harmoniques 27

Figure I10 Exemple de surtension 27

Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension 28

Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension 29

Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques 30

Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique 32

Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps 34

Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 39

Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif 43

Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar 46

Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie 47

Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie 48

Figure II5 Classification des dispositifs FACTS 54

Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM 55

Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM 56

Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM 57

Liste des figures

Figure II9 Scheacutema de base du SSSC 58

Figure II10

Figure II11

Figure II12

Figure II13

Caracteacuteristique statiques du SSSC

Principe de fonctionnement de SSSC

Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple

Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du

SSSC

59

60

61

61

Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur 68

Figure III2 Modegravele des charges 69

Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt 70

Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport 70

Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur 72

Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone 73

Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM 74

Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation 76

Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT 82

Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink 82

Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas preacutedicteur) 85

Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas correcteur) 86

Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas correcteur obtenu

par les moyens de la parameacutetrisation locale

87

Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds 88

Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds 89

Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS 90

Figure IV9 Profile de tension du reacuteseau IEEE 39-nœuds 91

Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone 91

Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1 du systegraveme (eacutetat de base) 92

Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme (eacutetat de base) 92

Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de base 92

Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8 94

Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8 94

Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 8 95

Figure IV17 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 8 95

Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM 95

Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 03 96

Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 15 96

Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 15 97

Figure IV23 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV24 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV25 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 15 98

Figure IV26 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 15 98

Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents

emplacements du STATCOM

98

Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du

STATCOM

99

Figure IV29 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement 100

Figure IV30 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement 100

Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge15 102

Figure IV35 Profils de pertes de puissance actives avec SSSC sur la ligne 15 102

Figure IV36 Profils de pertes de puissance reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15 102

Figure IV37 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103

Figure IV38 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103

Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge 45 104

Figure IV41 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV42 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge48 105

Figure IV45 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV46 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC 106

Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents emplacements du

SSSC

106

Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS 62

Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS 63

Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme 72

Liste des tableaux

kV Kilovolt

Hz Hertz

THT Tregraves haute tension

UHT Ultra haute tension

Km Kilomegravetre

HTB Haute tension

RTE Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute

HTA Moyenne tension

BT Basse tension

SDO Socieacuteteacute de distribution de lrsquoouest

UMA Union du Maghreb Arabe

ONE Office National Marocain de lrsquoElectriciteacute

STEG Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz

Comelec Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute

IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Eacutelectriciteacute et en Eacutelectronique

CEI Commission eacutelectrotechnique internationale

119880119903119890119891 Tension de reacutefeacuterence

ms Mili-seconde

rms Root means square

pu Systegraveme de valeur relative (Per unit )

CPF Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance

GW Geacutegawatts

PSAT Power System Analysis Toolbox

AC Alternative Current (Courant altenatif)

IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Electriciteacute et en Electronique

Liste des acronymes

∆U Diffeacuterence de tension

∆T Diffeacuterence de temps

FACTS Flexible Alternating Current Transmission System

STATCOM Compensateur Statique Synchrone

SSSC

GTO

Compensateur Statique seacuterie synchrone

Gate Turn Off

119881119904 Tension de la source

119881119903 Tension de la charge

119868119898119886119909 Courant maximal

119868119898119894119899 Courant minimal

MLI Modulation par largeur dimpulsion

119881119904ℎ Tension (shunt) injecteacutee par le STATCOM

119876119904ℎ Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le STATCOM

119876119903 Puissance reacuteactive demandeacutee par la charge

119868119904ℎ Courant (shunt) injecteacute par le STATCOM

119881119904119890 Tension (seacuterie) injecteacute par le SSSC

119883119897 Reacuteactance de la ligne de transport

X Reacuteactance totale du reacuteseau

119883119890119891119891 Reacuteactance effective

V Tension de source

B Susceptance

119883119886 Reacuteactance seacuterie limitant les transitoires

119868119902 Composante du courant de la ligne sur lrsquoaxe q

119868prime119902 Composante du courant fourni par le compensateur shunt sur lrsquoaxe q

119881119904119902 Composante de la tension de la source sur lrsquoaxe q

119883119894 Angle de commutation

119868119897 Courant de ligne

λ Facteur de charge

Liste des symboles

Introduction geacuteneacuterale

INTRODUCTION GENERALE

9

Aujourdrsquohui la consommation de leacutenergie eacutelectrique et le sceacutenario des systegravemes

dalimentation est hautement complexe et interconnecteacute il y a un grand besoin

dameacuteliorer lutilisation deacutenergie eacutelectrique tout en conservant sa fiabiliteacute et sa seacutecuriteacute

Lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecoulement de puissance et la stabiliteacute dans le langage du systegraveme

eacutelectrique est la solution de leacutetat deacutequilibre des reacuteseaux Habituellement une centrale nest

pas situeacutee agrave proximiteacute du centre de charge mais elle peut ecirctre loin du centre de distribution

en raison de circonstances diverses Pour reacutepondre agrave la demande de puissance sans

cesse croissante les services publics preacutefegraverent sappuyer sur la production de

leacutelectriciteacute deacutejagrave existante au lieu de construire de nouvelles lignes de transmission qui

sont limiteacutees par des contraintes diverses

Les reacuteseaux eacutelectriques jusquagrave ces derniegraveres anneacutees sont controcircleacutes

meacutecaniquement malgreacute lutilisation de la microeacutelectronique des ordinateurs et des

moyens rapides de teacuteleacutecommunication dans le controcircle des reacuteseaux la derniegravere action dans

ces systegravemes de commande est prise avec des dispositifs meacutecaniques ayant un temps

de reacuteponse plus au moins long et avec lesquels laction damorccedilage et de reacuteamorccedilage

ne peut ecirctre reacutepeacutetitivement exeacutecuteacute agrave une freacutequence eacuteleveacutee

Les eacuteleacutements proposeacutes qui permettent drsquoameacuteliorer les systegravemes sont les dispositifs

FACTS laquo Flexible Alternating Current Transmission System raquo Les dispositifs FACTS font

en geacuteneacuteral appel agrave leacutelectronique de puissance des microprocesseurs de lautomatique des

teacuteleacutecommunications et des logiciels pour parvenir agrave controcircler les systegravemes de puissance Ce

sont des eacuteleacutements de reacuteponse rapide Ils donnent en principe un controcircle plus souple

de leacutecoulement de puissance Ils donnent aussi la possibiliteacute de charger les lignes de transit

agrave des valeurs pregraves de leur limite thermique et augmentent la capaciteacute de transfegravere de la

puissance dune reacutegion agrave une autre Ils Limitent aussi les effets des deacutefauts et

des deacutefaillances de leacutequipement et stabilisent le comportement du reacuteseau eacutelectrique

Lrsquoeacutetude du comportement de la tension dans les reacuteseaux eacutelectriques est devenue une

preacuteoccupation majeure des exploitants et planificateurs de ces systegravemes En fait plusieurs

incidents geacuteneacuteraliseacutes survenus dans le monde ont eacuteteacute associeacutes agrave des instabiliteacutes de tension Ce

mode drsquoinstabiliteacute nrsquoest pas encore bien maicirctriseacute compareacute au mode drsquoinstabiliteacute angulaire

(dynamique et transitoire) En effet le meacutecanisme causant lrsquoinstabiliteacute de tension semble lrsquoun

des plus importants problegravemes agrave clarifier Aujourdrsquohui encore il nrsquoy a pas une theacuteorie

INTRODUCTION GENERALE

10

disponible et largement accepteacutee pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension Les problegravemes lieacutes agrave

ce type drsquoinstabiliteacute constituent alors dans plusieurs pays un axe de recherche tregraves important

Des releveacutes sur les incidents survenus durant les derniegraveres deacutecennies ont montreacute que

lrsquoeffondrement de tension intervient geacuteneacuteralement suite agrave une perturbation majeure ou agrave une

augmentation importante de la charge sur un reacuteseau eacutelectrique soumis agrave de fortes contraintes

Ce reacuteseau srsquoaffaiblit et sa consommation reacuteactive srsquoaccroicirct Le pheacutenomegravene est alors

caracteacuteriseacute par une baisse progressive de la tension dans une ou plusieurs reacutegions

consommatrices et qui va en srsquoacceacuteleacuterant au bout de quelques minutes La deacutegradation de la

tension au niveau des charges est alors telle qursquoelle entraicircne des interruptions de service dont

les causes directes peuvent ecirctre

- Manque de tension

- Augmentation des pertes reacuteactive du reacuteseau

La deacutefaillance du reacuteglage de la tension au niveau des bornes des groupes a pour

conseacutequence une acceacuteleacuteration de la deacutegradation du plan de la tension qui peut aller jusqursquoagrave

des deacuteclenchements en cascade de groupes et de lignes et un effondrement geacuteneacuteral du reacuteseau

Dans cette situation les moyens classiques de controcircle des reacuteseaux (transformateur agrave

prises reacuteglables en charge transformateurs deacutephaseurs compensateurs seacuterie ou parallegravele

commuteacutes par disjoncteurs modification des consignes de production changement de

topologie du reacuteseau et action sur lexcitation des geacuteneacuterateurs) pourraient dans lavenir saveacuterer

trop lents et insuffisants pour reacutepondre efficacement aux problegravemes drsquoinstabiliteacute du reacuteseau

compte tenu notamment des nouvelles contraintes Il faudra donc compleacuteter leur action en

mettant en œuvre des dispositifs eacutelectroniques de puissance ayant des temps de reacuteponse

courts qui sont les FACTS

Le maintien de lrsquoeacutequilibre entre la production et la consommation neacutecessite alors une

surveillance permanente du systegraveme afin drsquoassurer la qualiteacute du service (problegraveme de

conduite) garantir sa seacutecuriteacute (problegraveme de protection) et sa stabiliteacute (problegraveme de reacuteglage)

Ainsi le premier chapitre de ce meacutemoire est consacreacute agrave une introduction geacuteneacuterale aux

problegravemes que rencontrent actuellement les reacuteseaux eacutelectriques Nous preacutesenterons ensuite La

INTRODUCTION GENERALE

11

stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

Dans le deuxiegraveme chapitre nous preacutesenterons le concept FACTS et plus

particuliegraverement le contexte Algeacuterien ainsi la conception et le principe de fonctionnement de

deux systegravemes FACTS qui seront retenus pour la suite de cette eacutetude

Dans le troisiegraveme chapitre nous preacutesenterons la modeacutelisation de deux systegravemes FACTS

qui sont retenus pour la simulation La modeacutelisation des eacuteleacutements des reacuteseaux sera eacutegalement

eacutevoqueacutee

Le chapitre quatre preacutesentera les reacutesultats des simulations lors de lrsquoeffondrement de

tension Ces tests concernent lrsquoimpact des dispositifs FACTS sur le pheacutenomegravene de

lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de

puissance (CPF) Nous utiliserons pour cela le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds

Lorsque tout ce qui preacutecegravede aura eacuteteacute exposeacute il ne nous restera plus qursquoagrave conclure et agrave

proposer des perspectives drsquoeacutetudes futures permettant de compleacuteter le travail reacutealiseacute tout au

long de ce meacutemoire

12

Chapitre 1

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

13

CHAPITRE I

I1) Introduction

Lrsquoeacutenergie eacutelectrique est la forme drsquoeacutenergie la plus largement reacutepandue car elle est

facilement transportable avec un rendement eacuteleveacute et un coucirct raisonnable Un reacuteseau eacutelectrique

est un ensemble dinfrastructures dont le but est dacheminer de leacutenergie eacutelectrique agrave partir de

centres de production vers les consommateurs deacutelectriciteacute (charge) Le premier reacuteseau

eacutelectrique a vu le jour aux Etats Unis en 1882 et a eacuteteacute conccedilu par Thomas

Edison Crsquoeacutetait un reacuteseau local agrave courant continu et servait agrave assurer lrsquoeacuteclairage de la reacutegion de

Manhattan La distribution de lrsquoeacutenergie eacutetait assureacutee par des cacircbles souterrains

Avec lrsquoinvention du transformateur par William Stanley en 1885 et celle du moteur agrave

courant alternatif par Nikola Tesla en 1888 les reacuteseaux agrave courant alternatif commencegraverent agrave

prendre le pas sur les reacuteseaux agrave courant continu du fait qursquoil eacutetait devenu possible drsquoacheminer

plus de puissance sur de plus grandes distances gracircce agrave des niveaux de tension plus eacuteleveacutes

Un autre avantage non neacutegligeable du courant alternatif est la suppression du collecteur

donc des problegravemes de commutation dans les alternateurs ce qui a permis de construire des

alternateurs de grande puissance agrave moyenne tension Les reacuteseaux eacutetaient drsquoabord monophaseacutes

puis triphaseacutes (23 kV en 1893) et agrave diffeacuterentes freacutequences (28Hz agrave 133Hz) Progressivement

la neacutecessiteacute de mise en fonctionnement en parallegravele et drsquointerconnexion des diffeacuterents reacuteseaux

a conduit agrave la standardisation de la freacutequence

60 Hz aux Etats Unis et au Canada

50 Hz pour la majoriteacute des pays en Afrique Asie et Europe

Les niveaux de tensions ont eux aussi eacutevolueacute graduellement jusqursquoagrave atteindre

aujourdrsquohui lrsquoUltra Haute tension 765 kV en service aux Etats Unis et ce depuis 1969Le

transport drsquoeacutenergie eacutelectrique sur de tregraves grandes distances est devenu plus avantageux en

courant continu qursquoen alternatif et ce gracircce au deacuteveloppement de lrsquoeacutelectronique de puissance

Ainsi il est plus eacuteconomique de convertir la THT ou UHT de lrsquoalternatif au continu de

transporter lrsquoeacutenergie eacutelectrique agrave lrsquoaide de deux lignes et de la reconvertir agrave lrsquoautre extreacutemiteacute

Des eacutetudes ont montreacute qursquoil eacutetait avantageux de recourir au courant continu lorsqursquoil

srsquoagissait de transporter de lrsquoeacutenergie eacutelectrique sur des distances supeacuterieures ou eacutegales agrave 500

km

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

14

CHAPITRE I

Lrsquoaccroissement eacutenorme de la demande de lrsquoeacutenergie eacutelectrique et les contraintes

eacuteconomiques de construire de nouveaux ouvrages conduisent agrave lrsquoexploitation des reacuteseaux

eacutelectriques preacutes de leurs limites de stabiliteacute et de seacutecuriteacute En effet lrsquoinstabiliteacute des reacuteseaux

eacutelectriques preacutesente un problegraveme majeur dans le bon fonctionnement de ces derniers autour du

monde Les perturbations ineacutevitables telles que les courts circuits les indisponibiliteacutes

momentaneacutees des lignes de transmission des geacuteneacuterateurs les transformateurs ainsi que les

pertes dans les lignes peuvent affecter le reacuteseau eacutelectrique agrave tout instant et lrsquoamener en dehors

de sa zone de stabiliteacute La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique est donc la proprieacuteteacute qui lui permet

de rester dans un eacutetat drsquoeacutequilibre pour des conditions de fonctionnement normales et de

retrouver un eacutetat drsquoeacutequilibre acceptable suite agrave une perturbation

I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique

Les reacuteseaux eacutelectriques (transport et distribution) ont pour rocircle drsquoacheminer lrsquoeacutenergie

des sites de production vers les lieux de consommation avec des eacutetapes de baisse du niveau

de tension dans des postes de transformation

Les reacuteseaux eacutelectriques ont pour fonction dinterconnecter les centres

de production tels que les centrales hydrauliques thermiquesetc avec les centres de

consommation (villes usines) [1]

I21) De la centrale aux abonneacutes

La tension agrave la sortie des grandes centrales est porteacutee agrave 400 000 volts (ou 400 kV) pour

limiter les pertes drsquoeacutenergies sous forme de chaleur dans les cacircbles des lignes eacutelectriques de

transport (ce sont les pertes par laquo effets de joule raquo) Ensuite la tension est progressivement

reacuteduite au plus preacutes de la consommation pour arriver aux diffeacuterents niveaux de tension

auxquels sont raccordeacutes les consommateurs (figure I1)

Centrale

De

Production

Poste de

Transformation

THT HT

Poste de

Transformation

MT BT

Poste de

Transformation

HT HT

Abonneacutes HT Abonneacutes BT Abonneacutes MT

Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique

Poste de

Transformation

HTMT

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

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CHAPITRE I

Les reacuteseaux publics drsquoeacutelectriciteacute (figure I2) sont constitueacutes drsquoun ensemble de

conducteurs et de postes eacutelectriques permettant drsquoacheminer lrsquoeacutenergie depuis les installations

de production jusqursquoaux installations de consommation

Les conducteurs sont les lignes aeacuteriennes ou les cacircbles souterrains (ou les cacircblages

courant en faccedilades drsquoimmeubles) desservant le territoire selon un scheacutema mailleacute ou

arborescent Pour des raisons tenant agrave des calculs technico-eacuteconomiques ils sont exploiteacutes agrave

diffeacuterents niveaux de tension

Les postes eacutelectriques sont situeacutes aux nœuds du maillage ou de lrsquoarborescence des

conducteurs Ils accueillent les transformateurs (pour le changement de niveau de tension) les

organes drsquoaiguillage et de manœuvre des flux et les eacutequipements de surveillance et de seacutecuriteacute

du reacuteseau [2]

Le but premier dun reacuteseau deacutenergie est de pouvoir alimenter la demande des

consommateurs Comme on ne peut encore stocker eacuteconomiquement et en grande quantiteacute

leacutenergie eacutelectrique il faut pouvoir maintenir en permanence leacutegaliteacute [3]

(I1)

Figure I2 Reacuteseaux publiques

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

16

CHAPITRE I

Le reacuteseau eacutelectrique est exploiteacute de maniegravere agrave assurer trois principaux objectifs

bull La distribution drsquoeacutelectriciteacute doit pouvoir ecirctre garantie et ce malgreacute les aleacuteas du reacuteseau

En effet celle-ci est un enjeu agrave la fois financier et de seacutecuriteacute pour les biens mateacuteriels

et des personnes Ainsi lrsquoopeacuterateur du reacuteseau doit ecirctre capable de faire face agrave ces aleacuteas

et drsquoeacuteviter les deacutegacircts potentiels ainsi que leurs propagations Cet enjeu de sucircreteacute de

fonctionnement en reacutegime normal et en reacutegime perturbeacute est un des premiers objectifs

bull Lrsquoonde de tension fait lrsquoobjet drsquoengagement contractuel que lrsquoopeacuterateur se doit de

ternir en respectant une regravegle drsquoeacutegaliteacute cest-agrave-dire une impartialiteacute entre clients en

conservant une continuiteacute de service maximale

bull Le dernier objectif drsquoexploitation est un objectif eacuteconomique lrsquoexploitation doit ecirctre

meneacutee de maniegravere optimale dans le but de reacuteduire les pertes ainsi que les coucircts de

maintenance et drsquoinvestissement Drsquoautre part lrsquoexploitation doit favoriser lrsquoouverture

du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute

I 3) Fonctionnent du reacuteseau eacutelectrique

Lrsquoeacutelectriciteacute produite par les centrales est drsquoabord achemineacutee sur de longues distances

dans des lignes agrave haute tension (HTB) geacutereacutees par RTE (Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute)

Elle est ensuite transformeacutee en eacutelectriciteacute agrave la tension HTA pour pouvoir ecirctre

achemineacutee par le reacuteseau de distribution Cette transformation intervient dans les postes

sources

Une fois sur le reacuteseau de distribution lrsquoeacutelectriciteacute haute tension HTA alimente

directement les clients industriels Pour les autres clients (particuliers commerccedilants

artisans) elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation avant

drsquoecirctre livreacutee

Au final la qualiteacute de lrsquoalimentation en eacutelectriciteacute des utilisateurs du reacuteseau est donc le

reacutesultat de la qualiteacute de tout ce parcours [4]

I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectriques

Dans les pays doteacutes drsquoun systegraveme eacutelectrique eacutelaboreacute le reacuteseau est structureacute en plusieurs

niveaux assurant des fonctions speacutecifiques propres et caracteacuteriseacutes par des tensions adapteacutees agrave

ces fonctions

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

17

CHAPITRE I

Traditionnellement les reacuteseaux eacutelectriques sont deacutecomposeacutes en trois sous-systegravemes la

geacuteneacuteration le transport et la distribution (figure I3) Chaque sous-systegraveme est relieacute par des

postes sources chargeacutes de lrsquoadeacutequation des niveaux de tension

Dans le contexte de ce paragraphe nous allons preacutesenter la structure et la topologie du

reacuteseau eacutelectrique Algeacuterien (les informations des paragraphes ci ndashdessous sont prises lors drsquoun

stage effectueacute agrave la SDO

I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie

I411) Reacuteseaux drsquoutilisation

Ces sont les reacuteseaux de basse tension (BT) qui alimentent les maisons lrsquoeacuteclairage

public les moteurs et les appareils domestiques Ce type de reacuteseau eacutelectrique doit preacutesenter

une continuiteacute de service permanente Geacuteneacuteralement la gamme de tension est de 220 volts agrave

380 volts

Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

18

CHAPITRE I

I412) Reacuteseaux de distribution

Ce sont les reacuteseaux de moyenne tension (MT) qui fournissent aux reacuteseaux

drsquoutilisation les puissances neacutecessaires demandeacutees Ils doivent observer des distances limiteacutees

de voisinage crsquoest pour cela que ces reacuteseaux se reacutealisent en souterrain dans les villes (En

Algeacuterie le niveau de tension de distribution de lrsquoeacutenergie est fixeacute agrave 10 kV)

I413) Reacuteseaux de reacutepartition

Ce sont les reacuteseaux HTMT (3010 kV) ils fournissent les puissances neacutecessaires

aux reacuteseaux de distribution relieacutes entre eux ils facilitent le secours mutuel entre reacutegions

I414) Reacuteseaux de transport

Ils assurent lrsquoalimentation de lrsquoensemble du territoire national gracircce agrave des

transits de puissances importantes et de tensions qui sont de 60 220 et 400 kV

I42) Topologie des reacuteseaux

Les reacuteseaux doivent assurer le transit de lrsquoeacutenergie eacutelectrique avec une seacutecuriteacute

suffisante cette seacutecuriteacute drsquoalimentation est augmenteacutee soit

Par les lignes aux appareillages plus solides

Par des circuits plus nombreux

I421) Reacuteseaux radiaux

Le principe de fonctionnement de reacuteseau radial est agrave une seule voie drsquoalimentation Ceci

signifie que tout point de consommation sur une telle structure ne peut ecirctre alimenteacute que par

un seul chemin eacutelectrique possible Il est de type arborescent Cette arborescence se deacuteroule agrave

partir des points drsquoalimentation qui sont constitueacutes par les postes de distribution publique

HTBHTA ou HTAHTA (reacutepartition) Ce scheacutema (figure I4) est particuliegraverement utiliseacute pour

la distribution de la MT en milieu rural En effet il permet facilement et agrave un moindre coucirct

drsquoacceacuteder agrave des points de consommation de faible densiteacute de charge (gtgt10 kVA) et largement

reacutepartis geacuteographiquement (gtgt 100 km2)

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

19

CHAPITRE I

I422) Reacuteseaux boucleacutes

Cette topologie (Figure I5) est surtout utiliseacutee dans les reacuteseaux de reacutepartition et

distribution MT Les postes de reacutepartition HT ou MT alimenteacutes agrave partir du reacuteseau THT sont

relieacutes entre eux pour former des boucles ceci dans le but drsquoaugmenter la disponibiliteacute

Cependant il faut noter que les reacuteseaux MT ne sont pas forcement boucleacutes [23]

1 Source

2 Poste MTHT

3 Poste MTBT

4 Consommateur

Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute

Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

20

CHAPITRE I

I423) Reacuteseaux mailleacutes

Cette topologie (Figure I6) est presque la norme pour les reacuteseaux de transport Tous les

centres de production sont lieacutes entre eux par des lignes THT au niveau des postes

drsquointerconnexion ce qui forme un maillage Cette structure permet une meilleure fiabiliteacute

mais neacutecessite une surveillance agrave lrsquoeacutechelle nationale voire continentale

On obtient ainsi une meilleure seacutecuriteacute mais agrave un prix plus chers [5]

I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques [6]

Lrsquointerconnexion entre les reacuteseaux de transport drsquoeacutelectriciteacute sert agrave faire passer lrsquoeacutenergie

drsquoun pays agrave un autre Leur rocircle premier est de permettre drsquoassurer la distribution drsquoeacutelectriciteacute

en cas de deacutefaillance soudaine sur le reacuteseau national en faisant appel agrave lrsquoeacutenergie produite et

transporteacutee par les pays voisins

Lrsquointerconnexion des reacuteseaux permet de rendre solidaires les pays voisins et de

diversifier les sources de production Ce foisonnement renforce la seacutecuriteacute

drsquoapprovisionnement et diminue le risque de panne geacuteneacuteraliseacutee

Les infrastructures existantes doivent ecirctre adapteacutees afin drsquoacheminer lrsquoeacutenergie

produite par les nouvelles sources renouvelables

Les infrastructures eacutenergeacutetiques doivent permettre en augmentant les eacutechanges

interreacutegionaux de favoriser la concurrence et drsquoameacuteliorer le fonctionnement du marcheacute

Source 1 Source 2 Source 3 Source 4

Source 5 Source 6

Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

21

CHAPITRE I

I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du Maghreb Arabe

Degraves le mois de juin 1974 bien avant la constitution de lrsquoUnion du Maghreb Arabe

(UMA) en 1989 les entreprises publiques drsquoeacutelectriciteacute des trois pays lrsquoOffice National

Marocain de lrsquoElectriciteacute (ONE) la Socieacuteteacute Nationale Algeacuterienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz

(SONELGAZ) la Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz (STEG) ont deacutecideacute la creacuteation

du Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute (Comelec) immeacutediatement enteacuterineacutee par le Conseil

Permanent Consultatif Maghreacutebin (CPCM) qui regroupe les ministres de lrsquoEconomie des trois

pays

Les compagnies des deux autres pays ont rejoint le Comiteacute Sonelec (Mauritanie) en

1975 et Gecol (Libye) en 1989 apregraves la constitution de lrsquoUMA formant ainsi le groupe

speacutecialiseacute le plus ancien de lrsquoUnion dont les missions consistent agrave promouvoir et coordonner

agrave lrsquoeacutechelle maghreacutebine et vis agrave vis des institutions internationales les relations sur le plan

technique eacuteconomique commercial industriel du management de la formation et des

relations sociales Dans ce cadre des actions concregravetes et efficaces ont eacuteteacute conduites en

commun

bull Renforcement des lignes drsquointerconnexion et deacuteveloppement des eacutechanges eacutelectriques

avec pour finaliteacute drsquoassurer une solidariteacute des reacuteseaux tout en eacutevitant les risques de

propagation drsquoincidents graves

bull Programmes drsquoeacutequipement et eacutetude de projets communs diffusion drsquoun scheacutema

directeur agrave long terme du reacuteseau maghreacutebin projets de station de pompage ou mecircme de

centrale nucleacuteaire

bull Elaboration et mise agrave jour permanente drsquoune carte du reacuteseau eacutelectrique maghreacutebin y

compris le reacuteseau de distribution impliquant lrsquoalimentation des villages frontaliers agrave partir du

reacuteseau le plus proche et dans les conditions technico - eacuteconomiques les plus favorables la

premiegravere action et probablement la plus symbolique a eacuteteacute lrsquoalimentation du village tunisien

martyre de Sakiet Sidi Youcef agrave partir du reacuteseau algeacuterien ou du village marocain de Figuig agrave

partir du reacuteseau algeacuterien agrave Beni Ounif

bull Utilisation commune des structures de formation eacutelectriques et gaziegraveres

bull Promotion de lrsquointeacutegration industrielle maghreacutebine de lrsquointervention des bureaux

drsquoeacutetudes et entreprises de travaux et de fabrication de mateacuteriel eacutelectrique du Maghreb agrave

travers notamment le renforcement de la fonction engineering [7]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

22

CHAPITRE I

I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique

La qualiteacute de cette eacutenergie deacutepend de celle de la tension aux points de raccordement

toutefois cette tension subit geacuteneacuteralement beaucoup de perturbations de deux origines

distinctes drsquoune part les perturbations de courant causeacutees par le passage dans les reacuteseaux

eacutelectriques des courants perturbateurs comme les courants harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et

reacuteactifs et drsquoautre part les perturbations de tension causeacutees par des tensions perturbatrices

comme les tensions harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et les creux de tension [8]

La qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique est consideacutereacutee comme une combinaison de la qualiteacute

de la tension et de la qualiteacute du courant Nous allons donc deacutefinir ces deux notions dans la

suite de ce paragraphe

I61) Qualiteacute de la tension

Dans la pratique lrsquoeacutenergie eacutelectrique distribueacutee se preacutesente sous la forme drsquoun ensemble

de tensions constituant un systegraveme alternatif triphaseacute qui possegravede quatre caracteacuteristiques

principales amplitude freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie [9]

I611) Amplitude

Lrsquoamplitude de la tension est un facteur crucial pour la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute Elle

constitue en geacuteneacuteral le premier engagement contractuel du distributeur drsquoeacutenergie

Habituellement lrsquoamplitude de la tension doit ecirctre maintenue dans un intervalle de plusmn 10

autour de la valeur nominale

Dans le cas ideacuteal les trois tensions ont la mecircme amplitude qui est une constante

Cependant plusieurs pheacutenomegravenes perturbateurs peuvent affecter lrsquoamplitude des tensions En

fonction de la variation de lrsquoamplitude on distingue deux grandes familles de perturbations

- Les creux de tension coupures et surtensions Ces perturbations se caracteacuterisent par des

variations importantes de lrsquoamplitude Elles ont pour principale origine des courts-circuits et

peuvent avoir des conseacutequences importantes pour les eacutequipements eacutelectriques

- Les variations de tension Ces perturbations se caracteacuterisent par des variations de

lrsquoamplitude de la tension infeacuterieure agrave 10 de sa valeur nominale Elles sont geacuteneacuteralement

dues agrave des charges fluctuantes ou des modifications de la configuration du reacuteseau

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

23

CHAPITRE I

I612) Freacutequence

Dans le cas ideacuteal les trois tensions sont alternatives et sinusoiumldales drsquoune freacutequence

constante de 50 ou 60 Hz selon le pays Des variations de freacutequence peuvent ecirctre provoqueacutees

par des pertes importantes de production de lrsquoicirclotage drsquoun groupe sur ses auxiliaires ou son

passage en reacuteseau seacutepareacute ou drsquoun deacutefaut dont la chute de tension reacutesultante entraicircne une

reacuteduction de la charge [9]

I613) Forme drsquoonde

La forme drsquoonde des trois tensions formant un systegraveme triphaseacute doit ecirctre la plus proche

possible drsquoune sinusoiumlde En cas de perturbations au niveau de la forme drsquoonde la tension

nrsquoest plus sinusoiumldale et peut en geacuteneacuteral ecirctre consideacutereacutee comme une onde fondamentale agrave

50Hz associeacutee agrave des ondes de freacutequences supeacuterieures ou infeacuterieures agrave 50 Hz appeleacutees

eacutegalement harmoniques Les tensions peuvent eacutegalement contenir des signaux permanents

mais non-peacuteriodiques alors deacutenommeacutes bruits

I614) Symeacutetrie

La symeacutetrie drsquoun systegraveme triphaseacute se caracteacuterise par lrsquoeacutegaliteacute des modules des trois

tensions et celle de leurs deacutephasages relatifs La dissymeacutetrie de tels systegravemes est

communeacutement appeleacute deacuteseacutequilibre [9]

I62) Qualiteacute du courant

La qualiteacute du courant est relative agrave une deacuterive des courants de leur forme ideacuteale et se

caracteacuterise de la mecircme maniegravere que pour les tensions par quatre paramegravetres amplitude

freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie Dans le cas ideacuteal les trois courants sont drsquoamplitude et

de freacutequence constantes deacutephaseacutes de 2π3 radians entre eux et de forme purement

sinusoiumldale

Le terme laquo qualiteacute du courant raquo est rarement utiliseacute car la qualiteacute du courant est

eacutetroitement lieacutee agrave la qualiteacute de la tension et la nature des charges Pour cette raison laquo la

qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique raquo est souvent reacuteduite agrave laquo la qualiteacute de la tension raquo [10]

Crsquoest lrsquoobjectif de ce meacutemoire ougrave le terme de laquo qualiteacute de lrsquoeacutenergie raquo srsquoapplique

uniquement agrave celle de la tension [13]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

24

CHAPITRE I

I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique

Le reacuteseau eacutelectrique peut ecirctre soumis agrave de multiples perturbations Ces deacutefauts qui

peuvent ecirctre mesureacutes gracircce agrave lrsquoutilisation de centrales de mesure peuvent endommager les

machines et fragiliser toutes les installations eacutelectriques

Il existe diffeacuterents types de perturbations les creux de tension les surtensions

passagegraveres les pheacutenomegravenes transitoires les deacuteseacutequilibres les distensions harmoniques ou

encore les entailles de commutations [11]

I71) Classification des perturbations eacutelectriques

I711) Creux de tension et coupures

Un creux de tension (figure I7) est une baisse brutale de la tension en un point drsquoun

reacuteseau drsquoeacutenergie eacutelectrique agrave une valeur comprise (par convention) entre 90 et 1 (CEI

61000-2-1 CENELEC EN 50160) ou entre 90 et 10 (IEEE 1159) drsquoune tension de

reacutefeacuterence (119880119903119890119891) suivie drsquoun reacutetablissement de la tension apregraves un court laps de temps compris

entre la demi-peacuteriode fondamentale du reacuteseau (10 ms agrave 50 Hz) et une minute

La tension de reacutefeacuterence est geacuteneacuteralement la tension nominale pour les reacuteseaux BT et la

tension deacuteclareacutee pour les reacuteseaux MT et HT

Une tension de reacutefeacuterence glissante eacutegale agrave la tension avant perturbation peut aussi ecirctre

utiliseacutee sur les reacuteseaux MT et HT eacutequipeacutes de systegraveme de reacuteglage (reacutegleur en charge) de la

tension en fonction de la charge Ceci permet drsquoeacutetudier (agrave lrsquoaide de mesures simultaneacutees dans

Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

25

CHAPITRE I

chaque reacuteseau) le transfert des creux entre les diffeacuterents niveaux de tension La meacutethode

habituellement utiliseacutee pour deacutetecter et caracteacuteriser un creux de tension est le calcul de la

valeur efficace laquo rms (12) raquo du signal sur une peacuteriode du fondamental toutes les demi-

peacuteriodes (recouvrement drsquoune demi-peacuteriode)

La figure (I8) montre les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension qui sont donc

bull sa profondeur ∆U (ou son amplitude U)

bull sa dureacutee ∆T deacutefinie comme le laps de temps

a) Origines des creux de tension et coupures

Les creux de tension et les coupures bregraveves sont principalement causeacutes par des

pheacutenomegravenes conduisant agrave des courants eacuteleveacutes qui provoquent agrave travers les impeacutedances des

eacuteleacutements du reacuteseau une chute de tension drsquoamplitude drsquoautant plus faible que le point

drsquoobservation est eacutelectriquement eacuteloigneacute de la source de la perturbation

Les creux de tension et les coupures bregraveves ont diffeacuterentes causes

bull des deacutefauts sur le reacuteseau de transport (HT) de distribution (BT et MT) ou sur

lrsquoinstallation elle-mecircme [9]

Les creux de tension et les coupures bregraveves sont causeacutes par des pheacutenomegravenes aleacuteatoires

Ces pheacutenomegravenes concernent soit le reacuteseau du distributeur soit le reacuteseau de lrsquoutilisateur [12]

Figure I8 Les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12)

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

26

CHAPITRE I

I712) Harmonique

Une harmonique (figure I9) est une composante sinusoiumldale drsquoune onde peacuteriodique ou

drsquoune quantiteacute posseacutedant une freacutequence qui est multiple entier de la freacutequence fondamentale

a) Inters harmoniques

Les inter-harmoniques sont des signaux de freacutequence non multiple de la freacutequence

fondamentale

b) Infra-harmoniques

Les infra harmoniques sont des signaux de freacutequence infeacuterieure agrave celle du fondamentale

c) Conseacutequences des harmoniques

Les courants harmoniques qui se propagent dans les reacuteseaux eacutelectriques deacuteforment

lrsquoallure du courant de la source et polluent les consommateurs alimenteacutes par les mecircmes

reacuteseaux On peut classer les effets engendreacutes par les harmoniques en deux types [8]

les effets instantaneacutes

les effets agrave terme

d) Les principales sources drsquoharmoniques

Ce sont des charges qursquoil est possible de distinguer selon leurs domaines industrielles

ou domestiques

Les charges industrielles

Eacutequipements drsquoeacutelectroniques de puissance variateurs de vitesse redresseurs agrave

diodes ou agrave thyristors onduleurs alimentations agrave deacutecoupage

Charges utilisant lrsquoarc eacutelectrique fours agrave arc machines agrave souder eacuteclairage

(lampes agrave deacutecharge tubes fluorescents) Les deacutemarrages de moteurs par

deacutemarreurs eacutelectroniques et les enclenchements de transformateurs de puissance

sont aussi geacuteneacuterateurs drsquoharmoniques (temporaires) [9]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

27

CHAPITRE I

I713) Surtensions

Ce pheacutenomegravene (figure I10) se produit lorsqursquoun composant eacutelectrique posseacutedant deux

bornes reccediloit une tension supeacuterieure agrave celle de la tension normale du circuit [13]

Les surtensions sont de trois natures

bull Temporaires (agrave freacutequence industrielle)

bull De manœuvre

bull Drsquoorigine atmospheacuterique (foudre)

Elles peuvent apparaicirctre

bull en mode diffeacuterentiel (entre conducteurs actifs phph ndash phneutre)

bull en mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) [10]

Figure I9 Harmoniques

Figure I10 Exemple de surtension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

28

CHAPITRE I

a) Origine ou causes des surtensions

Les orages sont des eacuteveacutenements tregraves habituels et aussi tregraves dangereux On estime que

sur notre planegravete se produisent simultaneacutement quelques 2000 orages et quenviron 100 coups

de foudre se deacutechargent sur la terre chaque seconde Au total cela repreacutesente environ 4000

orages quotidiens et 9 millions de deacutecharges atmospheacuteriques chaque jour

Au moment de lrsquoimpact la foudre provoque une impulsion de courant qui arrive agrave

atteindre des dizaines de milliers drsquoampegraveres Cette deacutecharge geacutenegravere une surtension dans le

systegraveme eacutelectrique qui peut provoquer des incendies la destruction de machines et la mort de

personnes [14]

I714) Variations et fluctuations de tension

Des variations rapides de tension reacutepeacutetitives ou aleacuteatoires (figure I11) sont provoqueacutees

par des variations rapides de puissance absorbeacutee ou produite par des installations telles que les

soudeuses fours agrave arc eacuteoliennes etc [15]

Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations

cycliques ou aleacuteatoires de lrsquoenveloppe drsquoune tension dont les caracteacuteristiques sont la

freacutequence de la variation et lrsquoamplitude

a) Origines des variations et fluctuations de tension

bull Les variations lentes de tension sont causeacutees par la variation lente des charges

connecteacutees au reacuteseau

bull Les fluctuations de tension sont principalement dues agrave des charges industrielles

rapidement variables comme les machines agrave souder les fours agrave arc les laminoirs

Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

29

CHAPITRE I

I715) Deacuteseacutequilibres

Dans un reacuteseau triphaseacute on a ideacutealement des amplitudes eacutegales de la tension et du

courant respectivement sur chacune des trois phases et un angle de phase de 120 degreacutes

Lorsque les tensions ou les courants preacutesentent une diffeacuterence drsquoamplitude il y a deacuteseacutequilibre

(figure I12) et cela peut causer des problegravemes pour les eacutequipements triphaseacutes brancheacutes au

reacuteseau Lrsquoimpact le plus courant du deacuteseacutequilibre est la surchauffe des eacutequipements et par

conseacutequent la deacutegradation de lrsquoisolation eacutelectrique et la reacuteduction de la dureacutee de vie

a) Origines de deacuteseacutequilibres

Les deacuteseacutequilibres de tension surviennent habituellement en preacutesence drsquoun deacuteseacutequilibre

des charges et de leurs appels de courant En effet toute charge triphaseacutee doit appeler un

courant identique sur chaque phase Quant aux charges monophaseacutees brancheacutees agrave un reacuteseau

triphaseacute on doit les reacutepartir le plus uniformeacutement possible entre les trois phases

De plus certains deacuteseacutequilibres de tension reacutesultent de lrsquoexploitation et de la nature des

eacutequipements du reacuteseau eacutelectrique [16]

I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations

La figure (I13) preacutesente une classification possible des diffeacuterents types de

perturbations Il est agrave noter qursquoaucune classification ne fait actuellement reacutefeacuterence et drsquoautres

notions peuvent ecirctre parfois utiliseacutees variations rapides de tension surtensions temporaires

etc Il faut noter eacutegalement que lrsquoimpact agrave long terme de ces diffeacuterents types de perturbations

sur la dureacutee de vie des appareils eacutelectriques reste aujourdrsquohui assez meacuteconnu Preacutecisons enfin

qursquoen langage courant le terme tension fait le plus souvent reacutefeacuterence agrave la valeur efficace de

Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

30

CHAPITRE I

lrsquoonde de tension ou agrave une moyenne de la valeur efficace sur une certaine dureacutee (pour une

onde imparfaitement peacuteriodique la valeur efficace nrsquoa de sens que localement pour un

intervalle de temps suffisamment court) et non agrave la valeur instantaneacutee de la tension (qui

oscille autour de 0 V avec une peacuteriode de 20 ms)

I72) Le systegraveme de protection

A lrsquoinstar des alternateurs des transformateurs et des lignes drsquoautres dispositifs

existent pour assurer non seulement un fonctionnement normal mais aussi la protection des

eacutequipements et du personnel drsquoexploitation du reacuteseau Cela englobe les transformateurs de

mesures les disjoncteurs les interrupteurs les sectionneurs les fusibles les eacuteclateurs et sont

directement relieacutes au reacuteseau Ces dispositifs permettent drsquointerrompre volontairement et agrave

Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

31

CHAPITRE I

tout moment la fourniture drsquoeacutenergie eacutelectrique mais aussi automatiquement agrave la survenance

drsquoune quelconque perturbation (deacutefaut) Les eacutequipements de controcircle associeacutes agrave ces dispositifs

ainsi que les relais de protection sont installeacutes dans des salles de controcircle [17]

I8) La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique de HT est une proprieacuteteacute dun systegraveme de puissance

qui lui permet de rester dans un eacutetat deacutequilibre dans des conditions normales de

fonctionnement et de retrouver un eacutetat acceptable deacutequilibre apregraves avoir eacuteteacute soumis agrave

une perturbation [18]

Une perturbation sur un reacuteseau peut ecirctre une manœuvre preacutevue comme lenclenchement

dune inductance shunt ou non preacutevue comme un court-circuit causeacute par la foudre entre une

phase et la terre par exemple Lors de la perturbation lamplitude de la tension aux diffeacuterents

jeux de barres du reacuteseau peut varier ainsi que la freacutequence La variation de la freacutequence est

due aux variations de la vitesse des rotors des alternateurs [19]

I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques

La stabiliteacute peut ecirctre eacutetudieacutee en consideacuterant la topologie du reacuteseau sous

diffeacuterents angles Lrsquoeacutetat de fonctionnement drsquoun reacuteseau eacutelectrique est deacutecrit selon des

grandeurs physiques telles que lamplitude et langle de phase de la tension agrave chaque bus et la

puissance active reacuteactive circulant dans chaque ligne et la vitesse de rotation de la

geacuteneacuteratrice synchrone Si elles ne sont pas constantes le reacuteseau eacutelectrique est consideacutereacute

comme eacutetant en perturbations [16]

La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee selon la nature de la perturbation

Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor

Stabiliteacute de la freacutequence

Stabiliteacute de la tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

32

CHAPITRE I

La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee en petite et grande amplitude de perturbation en

fonction de lrsquoorigine et de lampleur du deacutefaut Par rapport au temps deacutevaluation la

stabiliteacute peut ecirctre agrave courte ou agrave longue dureacutee tel qursquoil est deacutecrit dans la figure (I14)

I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire)

Dans un reacuteseau eacutelectrique la stabiliteacute de lrsquoangle du rotor est deacutefinie comme la capaciteacute

drsquoun ensemble de geacuteneacuteratrices synchrones interconnecteacutees de conserver le synchronisme

dans des conditions de fonctionnement normales ou apregraves une perturbation Un systegraveme

est instable si la diffeacuterence entre les angles rotoriques des geacuteneacuterateurs augmente

indeacutefiniment ou si loscillation transitoire provoqueacutee par une perturbation nest pas

suffisamment amortie dans le temps deacutevaluation

Lrsquoinstabiliteacute angulaire se manifeste sous forme drsquoun eacutecart croissant entre les angles

rotorique Une machine qui a perdu le synchronisme sera deacutebrancheacutee par une protection de

survitesse ou par une protection de perte de synchronisme ce qui met en danger lrsquoeacutequilibre

production consommation du systegraveme

Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique [18]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

33

CHAPITRE I

I8211) Stabiliteacute angulaire aux petites perturbations

Elle concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir le synchronisme en preacutesence

de petites perturbations comme une petite variation de la charge ou de geacuteneacuteration manœuvre

drsquoeacutequipement etc Lrsquoeacutevaluation de ce type de perturbation prend quelques secondes

a) La stabiliteacute statique

Apregraves le reacutegime transitoire ducirc agrave la perturbation le systegraveme entre dans le reacutegime

permanent Dans ce cas pour eacutetudier le systegraveme il faut eacutevaluer la stabiliteacute statique du reacuteseau

Le systegraveme nest pas stable si les contraintes de fonctionnement ne sont pas respecteacutees

Cet eacutetat est appeleacute lrsquoeacutetat instable ou leacutetat durgence

Dans un reacuteseau qui est dans leacutetat durgence les opeacuterateurs du centre de controcircle ont

suffisamment de temps pour ramener le systegraveme agrave leacutetat stable ou au reacutegime normal en

apportant des modifications suppleacutementaires [20]

b) Stabiliteacute dynamique

Si une perturbation mineure est effectueacutee sur le reacuteseau agrave partir dun reacutegime permanent

stable et que le reacuteseau retrouve son mode de fonctionnement normal en reacutegime permanent le

reacuteseau est dit dynamiquement stable Pour un reacuteseau deacutenergie eacutelectrique on entend par

perturbation mineure des manœuvres ou des opeacuterations normales sur le reacuteseau comme

lenclenchement dune inductance shunt ou des variations mineures de la charge

c) Stabiliteacute transitoire

Lorsquil y a une perturbation majeure sur le reacuteseau et que le reacuteseau retrouve son mode

de fonctionnement normal apregraves la perturbation alors le reacuteseau est dit transitoirement stable

Les perturbations majeures sont les courts-circuits les pertes de lignes les bris deacutequipements

majeurs comme les transformateurs de puissance et les alternateurs peuvent ecirctre tregraves graves

pouvant mecircme conduire agrave lrsquoeffondrement total du reacuteseau Si lrsquoinstabiliteacute se manifeste

directement suite agrave la perturbation (plus preacuteciseacutement dans la premiegravere La stabiliteacute transitoire

deacutepend de la relation non-lineacuteaire couples- angles Le pheacutenomegravene de la stabiliteacute transitoire

concerne les grandes perturbations telles que [15]

Les courts-circuits affectant un eacuteleacutement du reacuteseau notamment aux bornes des

machines

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

34

CHAPITRE I

La perte drsquoun ouvrage (eg une ligne de transmissionhellip)

La perte drsquoun groupe de production

Les conseacutequences de ces deacutefauts seconde qui suit lrsquoeacutelimination du deacutefaut) elle est

appeleacutee instabiliteacute de premiegravere oscillation (en anglais First Swing Instability) (cas 1 figure

I15) et elle srsquoeacutetend sur 3 agrave 5 secondes Elle peut reacutesulter de la superposition des effets de

plusieurs modes drsquooscillation lents exciteacutes par la perturbation provoquant ainsi une variation

importante de lrsquoangle de rotor au-delagrave de la premiegravere oscillation (instabiliteacute de multi

oscillations) (cas 2 figure I15) La gamme de temps associeacutee srsquoeacutetend de 10 agrave 20 secondes

[25]

I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire

En vue de son importance dans la planification la conception et lrsquoexploitation des

reacuteseaux drsquoeacutenergie eacutelectrique lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire reste un deacutefit majeur

pour les ingeacutenieurs pour eacuteviter tous eacuteveacutenement qui peut conduire vers un black out Les

solutions envisageables drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire se basent sur [8]

bull Augmentation de la constante drsquoinertie des geacuteneacuterateurs

bull Augmentation de la puissance active

bull Installation des protections et des appareils de coupure rapides

bull Implantation des valves rapides des turbines agrave gaz

bull Installation des reacutesistances drsquoamortissement

bull Utilisation des PSS

bull Controcircle rapide et flexible de lrsquoeacutecoulement de puissance

a- Stable

b- instable

Cas 1 instabiliteacute de premiegravere oscillation Cas 2 instabiliteacute de plusieurs oscillations

Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

35

CHAPITRE I

I822) Stabiliteacute de la freacutequence

La stabiliteacute de freacutequence concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir sa freacutequence

proche de la valeur nominale suite agrave un incident seacutevegravere ayant ou non conduit agrave un

morcellement du systegraveme La stabiliteacute de freacutequence est eacutetroitement lieacutee agrave lrsquoeacutequilibre global

entre la puissance active produite et consommeacutee [20]

I823) Stabiliteacute de tension

Dans des conditions de fonctionnement normales ou suite agrave une perturbation La

stabiliteacute de tension concerne la capaciteacute dun systegraveme de puissance agrave maintenir des tensions

acceptables en tous ses nœuds En fonctionnement normal lorsque nous connectons des

eacutequipements consommateurs agrave un reacuteseau eacutelectrique la tension au point de raccordement

tombe leacutegegraverement et la puissance totale consommeacutee augmente

Selon lrsquoamplitude de la perturbation on distingue la stabiliteacute de tension de

petites perturbations et celle de grandes perturbations [20]

Lrsquoinstabiliteacute reacutesultante peut se produire sous forme de chute progressive ou eacuteleacutevation de

la tension de quelques jeux de barres Les reacutesultats possibles de lrsquoinstabiliteacute de tension sont la

perte de la charge dans un secteur ou deacuteclenchement des lignes de transmission et mecircme

drsquoautres eacuteleacutements par leurs systegravemes de protection agrave des pannes en cascades Il est deacutemontreacute

que la majoriteacute des blackouts sont causeacutes par lrsquoinstabiliteacute de tension [8]

I8231) Instabiliteacute de la tension

On deacutefinit la stabiliteacute de la tension comme la capaciteacute de maintenir une tension de barre

constamment acceptable agrave chaque nœud du reacuteseau dans des conditions normales de

fonctionnement apregraves avoir subi une perturbation Leacutetat du reacuteseau est dit instable en tension

lorsquune perturbation un accroissement de la charge ou une modification de la condition du

reacuteseau entraicircne une chute de tension progressive et incontrocirclable de la tension aboutissent en

un effondrement geacuteneacuteraliseacute de la tension [16]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

36

CHAPITRE I

I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension

Les problegravemes drsquoapparition du pheacutenomegravene drsquoeacutecroulement de tension sont toujours lieacutes agrave

la difficulteacute de reacutegler la tension au dessus drsquoune certaine valeur appeleacutee tension critique

Geacuteneacuteralement lrsquoeffondrement de tension se produit dans les reacuteseaux eacutelectriques qui sont

fortement chargeacutes court-circuiteacutes etou ont un manque de puissance reacuteactive

I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites perturbations

La stabiliteacute de tension de petites perturbations concernes la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique

agrave maintenir la tension dans les limites permise en preacutesence de perturbations telles que une

variation faible de la charge de la production etc [18]

I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes perturbations

Elle est deacutefinie comme la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique agrave maintenir les tensions des

nœuds dans les limites de fonctionnement permise en preacutesence des grandes perturbations agrave

savoir la perte drsquoun eacutequipement de transport ou de production le court circuithellipetc [18]

Dans ce meacutemoire nous nous inteacuteressons seulement agrave la stabiliteacute de tension Une eacutetude

deacutetailleacutee sera preacutesenteacutee dans la section suivante

I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension

La plupart de ces changements ont des effets significatifs sur la production la

consommation et la transmission de puissance reacuteactive ainsi sur la stabiliteacute de tension Par

conseacutequent des mesures peuvent ecirctre utiliseacutees pour ameacuteliorer la stabiliteacute de tension tels que

- Un controcircle automatique des condensateurs shunts

- Un blocage des reacutegleurs en charge automatique

- Une nouvelle reacutepartition de la geacuteneacuteration

- Une replanification du fonctionnement des geacuteneacuterateurs et des nœuds de commande

- Une reacutegulation de tension secondaire

- Un plan de deacutelestage

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

37

CHAPITRE I

I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation

Dans la plupart du temps les sources drsquoeacutenergie eacutelectrique se trouvent loin des zones de

consommation Cette situation rend le transport de lrsquoeacutenergie reacuteactive tregraves difficile agrave cause des

pertes reacuteactives tregraves eacuteleveacutees Cette difficulteacute de transport drsquoeacutenergie reacuteactive augmente la

probabiliteacute drsquoapparition drsquoune instabiliteacute ou drsquoun effondrement de tension

I92) Charge appeleacutee trop importante

Lrsquoune des causes de lrsquoinstabiliteacute de tension correspond agrave une charge eacuteleveacutee Elle est

ducirce agrave lrsquoaugmentation croissante de la demande et agrave un large transfert drsquoeacutenergie entre

compagnies Une instabiliteacute de tension peut se produire en particulier lorsque la charge eacuteleveacutee

est plus importante que celle preacutevue et le risque est drsquoautant plus grand que la consommation

reacuteactive est eacutegalement plus grande que preacutevue [18]

I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport

Les planificateurs sont de plus en plus conscients des limites dutilisation des reacuteseaux de

transport et dinterconnexion La situation actuelle dans beaucoup de pays au monde est

caracteacuteriseacutee par les tendances suivantes

1 Augmentation de la consommation deacutelectriciteacute due agrave lindustrialisation agrave

lurbanisation et agrave la croissance de la population Avec laugmentation des transits

de puissance les reacuteseaux deviennent plus compliqueacutes agrave geacuterer subissent de grandes

variations de puissance et de grandes pertes Ceci fait que leur niveau de seacutecuriteacute

diminue

2 Contraintes eacutecologiques et administratives Le respect de lenvironnement joue un

rocircle important dans la socieacuteteacute actuelle et cest principalement pourquoi il est de

plus en plus difficile dobtenir des permis de construire pour de nouvelles lignes ou

pour limplantation de nouvelles centrales Dans laffirmative cela demande

plusieurs anneacutees

3 Contraintes opeacuterationnelles La demande de puissance a une croissance constante

mais geacuteographiquement irreacuteguliegravere Les centrales qui geacutenegraverent leacutenergie sont

souvent eacuteloigneacutees des charges importantes et la localisation des nouvelles centrales

deacutepend essentiellement dautorisations administratives et du respect de

lenvironnement

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

38

CHAPITRE I

Pour satisfaire la demande deacutenergie sous ces conditions contradictoires les services

publics font de plus en plus appel pour des problegravemes eacuteconomiques et dameacutelioration de la

seacutecuriteacute aux eacutechanges internationaux de puissance ce qui demande une interconnexion entre

des systegravemes preacutevus indeacutependants au deacutepart

Laugmentation du maillage associeacute au mode de transit libre de puissance agrave travers les

reacuteseaux deacuteveloppe des boucles de puissance et des lignes en parallegravele ce qui surcharge

certaines lignes avec pour conseacutequence de deacuteteacuteriorer le profil de tension et de diminuer la

stabiliteacute du reacuteseau Consideacuterant que les reacuteseaux de transport eacutelectrique repreacutesentent une

grande valeur eacuteconomique il faut essayer daller dans les directions suivantes

Ameacuteliorer lutilisation des eacutequipements existants en augmentant leur capaciteacute de

transfert de puissance Dun point de vue financier cela peut se reacuteveacuteler avantageux

Ameacuteliorer la flexibiliteacute des reacuteseaux car pouvoir changer rapidement leur

configuration permet une meilleure reacutepartition de la puissance particuliegraverement en cas de

perturbations ou de transferts de puissance impreacutevus [21]

I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Le transport de la puissance reacuteactive par les lignes eacutelectriques cause des pertes une

diminution de la stabiliteacute du reacuteseau et une chute de tension agrave son extreacutemiteacute Afin deacuteviter cela

de la compensation de puissance reacuteactive seacuterie ou shunt selon les cas est utiliseacute pour limiter

ce transport de puissance reacuteactive

Diffeacuterents appareils eacutelectriques peuvent servir agrave reacutealiser cette compensation (figure I16)

machines synchrones batteries de condensateurs inductance ou FACTS [22]

La compensation est une technique de la gestion drsquoeacutenergie reacuteactive afin drsquoameacuteliorer la

qualiteacute eacutenergeacutetique dans les reacuteseaux eacutelectriques agrave courant alternatif Elle peut se reacutealiser de

plusieurs maniegraveres ayant pour buts

La correction du facteur de puissance

Ameacutelioration de la reacutegulation de la tension

Equilibre des charges

Lrsquoaide au retour agrave la stabiliteacute en cas de perturbation [19]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

39

CHAPITRE I

En installant des dispositifs controcirclables comme le transport drsquoeacutenergie en courant

continu (High Voltage Direct Current HVDC) et les dispositifs FACTS (Flexible Alternating

Current Transmission System) Malgreacute le coucirct eacuteleveacute de cette solution mais vu lrsquoeacutevolution

reacutecente des reacuteseaux eacutelectriques et leurs contraintes cette solution est tregraves efficace

Lrsquoune des meacutethodes drsquoameacuteliorer la capaciteacute drsquoun systegraveme eacutelectrique agrave reacutesister contre les

grands incidents est drsquointeacutegrer des dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance (FACTS)

dans le reacuteseau de transport Lrsquoeacutetude lrsquoapport et lrsquoutilisation de ces dispositifs font lrsquoobjet de

ce meacutemoire

Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Compensation

traditionnelles

Les dispositifs FACTS

Compensateurs

synchrones Batteries de

condensateurs

Batteries de

condensateurs

HT et MT

Les inductances

les PSS (Power

System Stabiliser)

1er

geacuteneacuteration

2eme

geacuteneacuteration

3eme

geacuteneacuteratio

n

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

40

CHAPITRE I

I11) Conclusion

Ce chapitre nous a permis drsquoexposer des geacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriques en

mentionnant la structure et la topologie du reacuteseau ensuite on a parleacute sur lrsquointerconnexion entre

les pays du Maghreb et le reacuteseau Algeacuterien

Dans ce chapitre nous avons aussi preacutesenteacute les deacutefinitions et les caracteacuteristiques des

diffeacuterents types de stabiliteacute drsquoun systegraveme de puissance Le concept geacuteneacuteral de la stabiliteacute est

syntheacutetiseacute en trois groupes (stabiliteacute de lrsquoangle de rotor de la tension et de la freacutequence)

Les dispositifs FACTS sont capables de remplir diverses fonctions comme le maintien

de tension le controcircle des flux de puissance et aussi lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau

etc

Dans le chapitre suivant nous allons exposer le concept des FACTS le contexte

algeacuterien concernant ses dispositifs sera aussi abordeacute

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

41

CHAPITRE I

Chapitre 2

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

42

II1) Introduction

Avec le deacuteveloppement technologique et industriel que vie le monde entier la demande

en eacutenergie eacutelectrique est en augmentation continue et sans cesse Pour satisfaire ces besoins et

acheminer cette eacutenergie aux points de consommation disperseacutes sur un large espace

geacuteographique les reacuteseaux eacutelectriques ayant des capaciteacutes de transit limiteacute agrave cause des limites

thermique des lignes doivent seacutelargir et de nouvelles lignes dextension seront ajouteacutees Face

agrave ce problegraveme et devant les contraintes environnementale eacutecologique et eacuteconomique de

reconstructions de nouvelles lignes la compagnie ameacutericaine EPRI (Electric Power Research

Institue) a lanceacute en 1988 un projet drsquoeacutetude des systegravemes FACTS afin de mieux maicirctriser le

transit de puissance dans les lignes eacutelectriques et daugmenter leurs capaciteacutes de transfert Le

concept FACTS regroupe tous les dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance qui

permettent drsquoameacuteliorer lrsquoexploitation du reacuteseau eacutelectrique

Aussi ces reacuteseaux eacutelectriques de taille importantes seront confronteacutes par divers

problegravemes de fonctionnement agrave cause du controcircle traditionnel utilisant des systegravemes de

commande eacutelectromeacutecaniques de temps de reacuteponse lent par rapport agrave ces nouveaux systegravemes

FACTS agrave base dinterrupteurs statiques et de court temps de reacuteponse (moins dune seconde)

Aujourdhui cette technologie FACTS simpose pour les systegravemes eacutenergeacutetiques en

augmentant leurs capaciteacutes de transport en ameacuteliorant le controcircle des paramegravetres de ces

derniers donc leur assurer une flexibiliteacute du transfert de leacutenergie et ameacuteliorer sa stabiliteacute

Le concept FACTS (Flexible AC Transmission System) est neacute pour reacutepondre aux

diffeacuterentes difficulteacutes croissantes de transmission dans les reacuteseaux et surtout la maicirctrise de

transit de puissance (compensateur de puissance reacuteactive variateur de charge universelhellip)

ces dispositifs peuvent ameacuteliorer le comportement dynamique des reacuteseaux eacutelectriques [25]

II2) Le concept FACTS

Les problegravemes des reacuteseaux eacutenonceacutes ci ndashdessus devenant plus preacutesents drsquoanneacutee en

anneacutee EPRI (Electric Power Research Institute) qui repreacutesente un consortium deacutedieacute agrave la

recherche dans les reacuteseaux eacutelectriques et regroupant des compagnies drsquoeacutelectriciteacute ameacutericaines

a lanceacute en 1988 le concept FACTS (Flexible AC Transmission Systems) qui est un projet agrave

long terme La technologie FACTS utilise lrsquoeacutelectronique de puissance et plus particuliegraverement

des systegravemes agrave thyristors qui permettent drsquoobtenir des vitesses de commande nettement

supeacuterieures agrave celles des systegravemes meacutecaniques qui sont encore largement utiliseacutes et un niveau

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

43

de maintenance bien infeacuterieur car les systegravemes meacutecaniques srsquousent beaucoup plus rapidement

que les systegravemes statiques Parmi les systegravemes FACTS on cite [26]

Compensateur synchrone statique (lsquoSTATCOMrsquo Static Synchronous Compensator)

Static Synchronous Series Compensator (SSSC)

Le controcircleur de transit de puissance entre ligne IPFC (Interline Power Flow

Controller)

Face agrave la saturation des reacuteseaux de puissance les compagnies de distribution drsquoeacutenergie

eacutelectrique exploitent de plus en plus leurs reacuteseaux pregraves des limites de seacutecuriteacute (conduite aux

limites) Cette situation engendre des problegravemes drsquoexploitation notamment pour le controcircle

des flux de puissance le maintien drsquoun profil de tension acceptable la surveillance des reports

de chargehellipetc Agrave cet effet lrsquoaspect seacutecuriteacute prend une grande importance et des recherches

sont entreprises dans diffeacuterents pays pour trouver des moyens susceptibles drsquoameacuteliorer la

seacutecuriteacute et rendre lrsquoexploitation des reacuteseaux plus flexible

Ainsi plusieurs eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees pour connaitre les avantages lieacutes agrave lrsquoutilisation

des dispositifs FACTS dans les reacuteseaux pour

le support du profil de la tension

lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute statique et dynamique

lrsquoamortissement des oscillations subsynchrones

Ces avantages deacutecoulent principalement de lrsquoaugmentation des capaciteacutes de transit des

lignes existantes par un controcircle rigoureux des diffeacuterents variables du reacuteseau Pour fixer les

ideacutees nous pouvons prendre un exemple simple

Consideacuterons le transit de puissance sur une ligne agrave courant alternatif Cette ligne est

repreacutesenteacutee sur la figure (II1) les pertes eacutetant supposeacutees nulles la puissance transmise P est

fonction des amplitudes des tensions E1 et E2 aux extreacutemiteacutes de la ligne du deacutephasage 12057512

entre ces deux tensions et de lrsquoimpeacutedance x de la ligne comme le montre lrsquoeacutequation (II1)

1

Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif

x

p

1 2

119916120783

2 119916120784

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

44

119823 = 119812120783119812120784

119831 119852119842119847120517120783120784

Cette eacutequation montre que la puissance transmissible par une ligne est limiteacutee par les

paramegravetres eacutenonceacutes ci-dessus et pas forceacutement par sa limite thermique De plus il deacutecoule de

cette eacutequation que si lrsquoon peut reacutegler un deux ou les trois paramegravetres on controcircle alors le

transit de puissance dans la ligne [26]

Elle montre aussi quil est possible daugmenter la puissance transiteacutee entre deux

reacuteseaux soit en maintenant la tension des systegravemes soit en augmentant langle de transport

entre les deux systegravemes soit en reacuteduisant artificiellement limpeacutedance de la liaison En jouant

sur un ou plusieurs de ses paramegravetres les FACTS permettent un controcircle preacutecis des transits de

puissance reacuteactive une optimisation des transit de puissance active sur les installations

existantes et une ameacutelioration de la stabiliteacute dynamique du reacuteseau Ils permettent aussi aux

consommateurs industriels de reacuteduire les deacuteseacutequilibres de charges et de controcircler les

fluctuations de tensions creacuteeacutees par des variations rapides de la demande de puissance reacuteactive

et ainsi daugmenter les productions de reacuteduire les coucircts et dallonger la dureacutee de vie des

eacutequipements [27]

En effet les FACTS permettent de

ne pas transporter drsquoeacutenergie reacuteactive en la fournissant lagrave ougrave elle est demandeacutee

augmenter les puissances maximales transmissibles et donc les transferts de

puissance active

controcircler les flux de puissance pour la surcharge des lignes et le risque de

deacuteclenchement en cascade [26]

II21) Fonctionnement des FACTS

Un FACTS agit geacuteneacuteralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de

la puissance reacuteactive sur le reacuteseau Ceci a pour effet de modifier lamplitude de la tension agrave

son point de connexion et par conseacutequent la puissance active maximale transmissible

Les FACTS sont utiliseacutes aussi pour le filtrage des courants harmoniques et la

stabilisation de la tension Lordre de grandeur de la puissance dun FACTS va de

quelques MVA (Meacutega Volts Ampegraveres) agrave quelques centaines de MVA Ils sappliquent dans

deux secteurs principaux

(II1)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

45

Grand reacuteseaux de transmission

Pour ameacuteliorer le controcircle augmenter les capaciteacutes de transfert de puissance et assister

la reacutecupeacuteration du reacuteseau conseacutecutive agrave un deacutefaut dans les systegravemes de transmission AC

(Alternative Current)

Reacuteseaux Industriels

Pour ameacuteliorer la qualiteacute de la puissance fournie en un point preacutecis du reacuteseau AC en

preacutesence de fluctuations de charge eg compensation du flicker pour les fours agrave arc Gamme

de puissance infeacuterieure agrave celle dun reacuteseau de transmission

II22) Contexte algeacuterien

Depuis les anneacutees 2000 le deacuteveloppement du reacuteseau de transport drsquoeacutelectriciteacute fait partie

des prioriteacutes de lrsquoAlgeacuterie [26]

Le reacuteseau de transport algeacuterien est en phase drsquoexpansion car il doit reacutepondre agrave la forte

augmentation de la demande en eacutelectriciteacute (+ 5 agrave 7 par an) Les principaux besoins en

eacutelectriciteacute sont domestiques lieacutes

bull agrave lrsquoaccroissement de la population (celle-ci a plus que tripleacute en 50 ans et son

taux de croissance est actuellement estimeacute agrave 12 par an)

bull au changement des habitudes de consommation avec lrsquousage des appareils En

outre dans les anneacutees 90 peu drsquoinvestissements ont eacuteteacute entrepris sur le reacuteseau

eacutelectrique et celui-ci srsquoest deacutegradeacute

Au total depuis 2005 pregraves de 15 000 km de nouvelles lignes HT et THT ont eacuteteacute

reacutealiseacutes ou restent agrave construire

Le deacuteveloppement du reacuteseau de transport concerne agrave la fois le deacuteveloppement des

reacuteseaux hauts tension (60 et 220 000 Volts) et la creacuteation drsquoun reacuteseau agrave tregraves haute tension

(400 000 Volts)

Le deacuteveloppement du reacuteseau 400 000 Volts est mis en œuvre agrave la fois dans lrsquoaxe

bull Est-Ouest (interconnexions internationales avec le Maroc et la Tunisie)

bull Nord-Sud (raccordement des reacuteseaux du Sud jusqursquoalors le point trop isoleacute du reacuteseau

national)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

46

En 2002 un total de trois SVC (static var compensator) a eacuteteacute introduit dans le reacuteseau

national de la Sonelgaz un dispositif agrave la sous station de Naama et deux agrave Beacutechar (figure

II2)

Les trois SVC ont une classe identique -10+40Mvar agrave la tension 220 kV (figure II3) et

lrsquoune des plates- formes de ses trois SVC est montreacutee par la figure (II2) Le reacuteseau est

constitueacute drsquoune ligne de 500km sous une tension de 220kv Un seul circuit aeacuterien de la ligne

de transmission pour lrsquoalimentation de la charge eacuteloigneacutee dans la partie ouest du pays

Des productions locales de diesel et des turbines agrave gaz alimentent les charges locales de

Beacutechar depuis le deacutebut des anneacutees quatre vingt dix et elles ont eacuteteacute fermeacutees pendant lrsquoanneacutee

2002

Deux sous stations 22060 kV une intermeacutediaire (Naama) et une agrave la fin de la ligne

(Beacutechar) ont eacuteteacute eacutequipeacutees avec des SVC (figure II3) pour les objectifs suivants

bull Pour fournir au systegraveme de transmission le support en eacutenergie reacuteactive afin de

maintenir une tension stable pendant le fonctionnement normal et quotidien

bull Pour le rendement dynamique au cours du controcircle de la ligne 220 kV mise sous

tension ainsi pour le maintien drsquoune tension stable dans le systegraveme sous diverses

conditions drsquoexploitation En particulier pour preacutevenir lrsquoeffondrement de tension

(voltage collapse) et lrsquoinstabiliteacute du systegraveme pendant le transitoire et lrsquoeacutevolution

rapide des conditions de tension dans le systegraveme Les charges prisent hors reacuteseau

220 kV sont de lrsquoordre de 12 MVA agrave Naama et 35 MVA agrave Beacutechar

Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar [26]

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

47

II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS

La compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive au niveau des lignes de transmission permet la

reacutegulation du profil de la tension le long de ces lignes avec un bon controcircle de la puissance

active transmise Il est reconnu que la stabiliteacute peut ecirctre ameacutelioreacutee quelque soit son type si la

compensation reacuteactive du systegraveme de transmission varie rapidement Les meacutethodes de

compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive classiques se basent sur les batteries de condensateurs ou

les bobines fixes ou commandeacutees meacutecaniquement Ces meacutethodes sont non efficaces dans le

controcircle du reacuteseau eacutelectrique quand il est seacutevegraverement perturbeacute

Gracircce aux avanceacutees reacutecentes dans la technologie des IGBT et GTO le temps de reacuteaction

de ces dispositifs a diminueacute agrave quelques milli secondes Il est possible donc de reacutepondre agrave la

demande par lrsquoutilisation drsquoune compensation rapide en utilisant les dispositifs FACTS [31]

II3) Les dispositifs FACTS

Selon lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) la deacutefinition du terme

FACTS est la suivante Systegravemes de Transmission en Courant Alternatif comprenant des

dispositifs baseacutes sur leacutelectronique de puissance et dautres dispositifs statique utiliseacutes pour

accroicirctre la controcirclabiliteacute et augmenter la capaciteacute de transfert de puissance du reacuteseau

Avec leurs aptitudes agrave modifier les caracteacuteristiques apparentes des lignes les FACTS

sont capables daccroicirctre la capaciteacute du reacuteseau dans son ensemble en controcirclant les transits de

puissances Les dispositifs FACTS ne remplacent pas la construction de nouvelles lignes Ils

sont un moyen de diffeacuterer les investissements en permettant une utilisation plus efficace du

reacuteseau existant [28]

Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie [26]

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

48

II4) Classification des dispositifs FACTS

II41) Classification selon la geacuteneacuteration

Depuis les premiers compensateurs trois geacuteneacuterations de dispositifs FACTS ont vu le

jour Elles se distinguent par la technologie des semi-conducteurs et des eacuteleacutements de

puissance utiliseacutes

II411) Geacuteneacuteration I

Baseacutee sur les thyristors classiques Ceux-ci sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour enclencher

ou deacuteclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance reacuteactive dans les

transformateurs de reacuteglage

II412) Geacuteneacuteration II

Dite avanceacutee est neacutee avec lavegravenement des semi-conducteurs de puissance commander

agrave la fermeture et agrave louverture comme le thyristor GTO Ces eacuteleacutements sont assembleacutes pour

former les convertisseurs de tension ou de courant afin drsquoabsorber ou dinjecter des courants

(tensions) controcirclables dans le reacuteseau

II413) Geacuteneacuteration III

FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adapteacutee agrave chaque cas

Contrairement aux deux premiegraveres geacuteneacuterations celle-ci nutilisent pas des dispositifs

auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le reacuteseau

II42) Classification selon la cateacutegorie

Les dispositifs FACTS peuvent ecirctre classeacutes en trois cateacutegories figure (II4)

Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie

Dispositifs FACTS

Compensateurs shunt

Compensateurs seacuteries

Compensateurs hybrides

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

49

II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS

Le but de cette section est de donner une description bregraveve et de deacutefinir diffeacuterent shunt

seacuterie et combineacutes seacuterie-shunt dispositifs FACTS nous allons utiliser les termes et les

deacutefinitions drsquoIEEE [26]

a) Dispositifs FACTS Shunt

Compensateur statique de puissance reacuteactive (Static Var Compensator- SVC)

Un geacuteneacuterateur (ou absorbeur) statique drsquoeacutenergie reacuteactive shunt dont la sortie est ajusteacutee

en courant capacitif ou inductif afin de controcircler des paramegravetres speacutecifiques du reacuteseau

eacutelectrique typiquement la tension des nœuds Les sous-ensembles du SVC sont

Inductance Controleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Reactor-

TCR)

Une inductance placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele La valeur de

lrsquoinductance est continuellement changeacutee par lrsquoamorccedilage des thyristors

Condensateur Commuteacute par Thyristors (Thyristor-Switched

Capacitor- TSC)

Un condensateur placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele Les

thyristors fonctionnent en pleine conduction

Inductance Commuteacutee par Thyristors (Thyristor-Switched Reactor-

TSR)

Une inductance commuteacutee par thyristors dans le TSR les thyristors fonctionnent en

pleine conduction

Compensateur Statique Synchrone (Static Synchronous Compensator-

STATCOM)

Un geacuteneacuterateur synchrone fonctionnant comme un compensateur parallegravele de lrsquoeacutenergie

reacuteactive dont le courant capacitif ou inductif geacuteneacutereacute peut ecirctre controcircleacute seacutepareacutement de la

tension du systegraveme agrave courant alternatif

Geacuteneacuterateur Statique Synchrone (Static Synchronous Generator- SSG)

Un convertisseur de puissance statique agrave interrupteurs auto commuteacutes alimenteacute par une

source deacutenergie eacutelectrique approprieacutee et exploiteacute pour produire un ensemble ajustables de

tensions de sortie multi phases qui peut ecirctre coupleacute agrave un systegraveme de puissance alternatif dans

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

50

le but deacutechanger indeacutependamment la puissance controcirclable active et reacuteactive

Toutefois deux dispositifs particuliers peuvent ecirctre mis en eacutevidence

Systegraveme de Stockage par Batterie (Battery Energy Storage System-

BESS)

Un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie drsquoune source de nature chimique la conversion de la

tension de source est capable drsquoajuster rapidement lrsquoeacutenergie amont qui est fournit ou absorber

drsquoun systegraveme alternatif

Systegraveme de Stockage drsquoEacutenergie par Aimant Supraconducteur

(Superconducting Magnetic Energy Storage- SMES)

Un dispositif contenant des convertisseurs eacutelectroniques que rapidement injectent et ou

absorbent la puissance active et ou reacuteactive Le SMES sert principalement au controcircle

dynamique du flux de puissance dans les systegravemes eacutelectriques

Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var Generator

or Absorber- SVG)

Un dispositif eacutelectrique statique un eacutequipement ou un systegraveme qui est capable de tracer

un courant controcircleacute capacitif et ou inductif agrave partir dun systegraveme de puissance eacutelectrique et

ainsi geacuteneacuterer ou absorber la puissance reacuteactive Geacuteneacuteralement consideacutereacute pour consister en

connexion shunt Inductance controcircleacutee par thyristors etou condensateur commuteacute par

thyristors

Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var System- SVS)

Une combinaison de diffeacuterent compensateurs de puissance reacuteactive statiques et

meacutecaniquement commuteacutes dont les sorties sont coordonneacutes

Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Braking

Resistor- TCBR)

Une reacutesistance commuteacutee par thyristors et connecteacutee en parallegravele qui est controcircleacutee pour

aider le systegraveme de puissance agrave se stabiliser ou de minimiser lacceacuteleacuteration des puissances

drsquoune uniteacute geacuteneacuteratrice lors dune perturbation

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

51

b) Dispositifs FACTS seacuteries

La compensation seacuterie peut ecirctre utiliseacutee dans les systegravemes eacutenergeacutetiques pour la

commande du flux drsquoeacutenergie en reacutegime permanent En cas de lignes de transport avec une

capaciteacute thermique suffisante la compensation peut soulager des surcharges eacuteventuelles

sur drsquoautres lignes parallegraveles

Controcircleur de transit de puissance entre lignes (Interline Power Flow Controller-

IPFC)

Une combinaison de deux ou plusieurs compensateurs statiques seacuterie synchrone qui sont

relieacute entre eux via une liaison commune agrave courant continu pour faciliter lrsquoeacutecoulement

bidirectionnel de la puissance active entre les bornes alternatives des SSSC et sont controcircleacutes

pour fournir une compensation reacuteactive indeacutependante pour lrsquoeacutecoulement de puissance ajusteacute

dans chaque ligne et maintenir la distribution de lrsquoeacutecoulement de puissance reacuteactive deacutesireacute

entre les lignes

Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (Thyristor Controlled Series

Capacitor- TCSC)

Un compensateur agrave reacuteactance capacitif qui consiste en une seacuterie de condensateurs en

parallegravele avec des inductances commandeacutees par thyristor afin de pouvoir assurer une variation

homogegravene de la reacuteactance capacitive

Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (Thyristor Switched Series

Capacitor- TSSC)

Compensateur agrave reacuteactance capacitive qui est constitueacute drsquoun banc de capaciteacute seacuterie

shunteacute par une inductance commuteacutee par thyristor pour fournir un controcircle pas agrave pas de la

reacuteactance capacitive seacuterie

Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Series

Reactor- TCSR)

Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute de lrsquoinductance seacuterie shunteacute par

une inductance commandeacutee par thyristor afin de fournir une reacuteactance inductive seacuterie

leacutegegraverement variable

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

52

Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (Thyristor Switched Series Reactor-

TSSR)

Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute drsquoune inductance seacuterie shunteacutee par

une inductance commuteacutee par thyristor afin de fournir un controcircle pas agrave pas de la reacuteactance

inductive seacuterie

Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (Static Synchronous Series

Compensator- SSSC)

Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par

lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur Le SSSC agit sur le courant de ligne en inseacuterant une

tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou inductive Un

SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une ligne voire drsquoen

inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun condensateur ou

drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait que la tension

injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC preacutesente lrsquoavantage

de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante indeacutependamment du courant

c) Dispositifs FACTS hybrides (seacuterie ndashparallegravele)

Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (Unified Power Flow Controller- UPFC)

Une combinaison entre un STATCOM et un SSSC coupleacutes via une liaison agrave courant

continu pour permettre un eacutecoulement bidirectionnel de la puissance active entre la sortie du

SSSC et celle du STATCOM

Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Phase

Shifting Transformer- TCPST)

Transformateur deacutephaseur ajusteacute par un thyristor afin de fournir un angle de phase

rapidement variable Ce dispositif est eacutegalement appeleacute reacutegulateur drsquoangle de phase

commandeacute par thyristor (TCPAR -Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)

Reacutegulateur de puissance interphases (Interphase Power Controller- IPC)

Un controcircleur de la puissance active et reacuteactive connecteacute en seacuterie et comprenant dans

chaque phase des branches inductives et capacitives soumises agrave des tensions deacutephaseacutees

seacutepareacutement Les puissances active et reacuteactive peuvent ecirctre reacutegleacute indeacutependamment en ajustant

les deacutecalages de phase et ou les impeacutedances de branche agrave laide des commutateurs

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

53

meacutecaniques ou eacutelectroniques Dans le cas particulier ougrave lrsquoimpeacutedance inductive et capacitive

forment une paire conjugueacutee chaque terminal de lIPFC est une source passive de courant

deacutependant de la tension agrave lautre borne

d) Autres dispositifs FACTS

Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled voltage

Limiter- TCVL)

Une varistance agrave oxyde meacutetallique commuteacutee par thyristor utiliseacutee pour limiter la

tension agrave ses bornes durant les conditions transitoires

Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Voltage

Regulator- TCVR)

Un Transformateur commandeacute par thyristor qui peut fournir une tension variable dans

une phase avec un control continu

La figure (II5) preacutesente les diffeacuterents dispositifs qui peuvent controcircler certains variables

du systegraveme eacutelectrique

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

54

Dans la section qui suit nous allons deacutevelopper la preacutesentation du STATCOM et du

SSSC Il srsquoagit des dispositifs FACTS qui nous inteacuteresse particuliegraverement dans cette eacutetude et

que nous devons traiter pour une meilleure compreacutehension de la suite de ce meacutemoire

II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors

a) Dispositifs FACTS Shunt

Compensateur synchrone statique(STATCOM)

Un compensateur synchrone statique est constitueacute drsquoun convertisseur agrave source de

tension drsquoun transformateur de couplage et de la commande Dans cette application la source

drsquoeacutenergie agrave courant continue peut ecirctre remplaceacutee par un condensateur agrave courant

FACTS

Shunt

Thyristors GTO

Series

Thyristors GTO

Hybrides

Serie-Shunt

Autres FACTS

TCSC

TSSSC

GCSC

TCSR

IPFC

TSSR

SSSC

STATCOM

SSG

BESS

SMES SVC

TCR

TSC

TCBR

SVS

TSR

UPFC

TCPST

IPC

TCVR

TCPAR

TCPSR

TCVL

Figure II5 Classification des dispositifs FACTS

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

55

continue de sorte que lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie en reacutegime permanent entre le compensateur

statique et le systegraveme ca peut ecirctre uniquement reacuteactif comme illustreacute par la figure (II6)

119868119902 (est le courant de sortie du convertisseur) perpendiculaire agrave la tension du convertisseur

119881119894 (Lrsquoamplitude de la tension du convertisseur) et donc la sortie reacuteactive du convertisseur

sont reacuteglables [27]

Le convertisseur STATCOM

Produit les ondes rectangulaires de tension triphaseacutee eacutequilibreacutee Un compensateur

statique pouvant geacuteneacuterer ou absorber une puissance reacuteactive Il sagit du STATCOM

(Compensateur Statique) qui a connu jusqursquoagrave preacutesent sous diffeacuterents appellations

1 ASVC (Advanced Static Var Compensator)

2 STATCON (Static Condenser)

3 SVG (Static Var Generator)

4 SVC light (ABB)

5 SVC plus (SIEMENS)

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

nrsquoest que dans les anneacutees 90 que ce type de compensateur a connu un essor important gracircce

aux deacuteveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [27]

Le STATCOM possegravede plusieurs avantages par rapport aux compensateurs

conventionnels

La vitesse de reacuteaction la reacuteponse en moins drsquoun cycle agrave des variations de la

tension

Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

56

Lorsque la tension est basse il peut produire plus de puissance reacuteactive

notamment au moment ougrave lrsquoon a besoin drsquoune puissance reacuteactive consideacuterable

pour empecirccher la chute tension

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

utiliser pour reacutesoudre ce problegraveme des compensateurs multi-niveaux agrave commande MLI ou

encore installer des filtres

Le rocircle du STATCOM est drsquoeacutechanger de lrsquoeacutenergie reacuteactive avec le reacuteseau Pour ce

faire lrsquoonduleur est coupleacute au reacuteseau par lrsquointermeacutediaire drsquoune inductance qui est en geacuteneacuteral

lrsquoinductance de fuite du transformateur de couplage

Lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie reacuteactive se fait par le controcircle de la tension de sortie de

lrsquoonduleur 119881119904ℎ dont laquelle est en phase avec la tension du reacuteseau (Figure II7) Le

fonctionnement peut ecirctre deacutecrit de la faccedilon suivante

Si la tension 119881119904ℎ est infeacuterieure agrave la tension V le courant circulant dans lrsquoinductance est

deacutephaseacute de-π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant inductif (figure

II7a)

Si la tension119881119904ℎ est supeacuterieur agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est deacutephaseacute

de +π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant capacitif (figure II7b)

Si la tension 119881119904ℎ est eacutegale agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est nul et par

conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutechange drsquoeacutenergie

Lrsquoavantage de ce dispositif est de pouvoir eacutechanger de lrsquoeacutenergie de nature inductive ou

capacitive uniquement agrave lrsquoaide drsquoune inductance Contrairement au SVC il nrsquoy a pas

drsquoeacuteleacutement capacitif qui puisse provoquer des reacutesonances avec des eacuteleacutements inductifs du

119881119904ℎ

119881119904ℎ

119868119904ℎ V

V

a) Courant inductif b) Courant capacitif

Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM

119868119904ℎ

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

57

reacuteseau La caracteacuteristique statique de ce convertisseur est donneacutee par la figure (II8) Ce

dispositif a lrsquoavantage contrairement au SVC de pouvoir fournir un courant constant

important mecircme lorsque la tension V diminue

Le STATCOM permet le mecircme controcircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce

dispositif est capable de deacutelivrer la puissance reacuteactive mecircme si la tension au jeu de barres

(nœud de connexion) est tregraves faible dapregraves sa caracteacuteristique on constate que le courant

maximal du STATCOM est indeacutependant de la tension du nœud

Pour un STATCOM ideacuteal nayant pas des pertes actives leacutequation (II2) deacutecrit le

transfert de puissance reacuteactive dans le reacuteseau eacutelectrique [5]

119876119904ℎ =|⋁ 2

119896 |

Xshminus

|Vk||Vsh|

Xshcos( 120579119896 minus 120579119904ℎ) =

|⋁ 2119896 |minus

Xsh

|Vk||Vsh|

Xsh

Si |119881119896| gt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne positive et le STATCOM absorbe la puissance reacuteactive

Si |119881119896| lt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne neacutegative et le STATCOM fournie la puissance reacuteactive

Deacutepassement

transitoire en

fonctionnement

Deacutepassement

transitoire en

fonctionnement

Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM

119868119904ℎ

119868119898119886119909 119868119898119894119899

Capacitif Inductif

V

(II2)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

58

b) Dispositifs FACTS Seacuteries

Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC)

Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par

lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur (figure II9) Le SSSC agit sur le courant de ligne en

inseacuterant une tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou

inductive Un SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une

ligne voire drsquoen inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun

condensateur ou drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait

que la tension injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC

preacutesente lrsquoavantage de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante

indeacutependamment du courant [26]

Ce type de compensateur seacuterie (Compensateur Synchrone Statique Seacuterie) est le plus

important dispositif de cette famille Il est constitueacute drsquoun onduleur triphaseacute coupleacute en seacuterie

avec la ligne eacutelectrique agrave laide dun transformateur Ce dispositif possegravede des avantages si

lrsquoon compare avec le TCSC

Elimination des composants passifs (inductance et capaciteacutes)

Une aptitude symeacutetrique dans les deux modes (inductif et capacitif)

Son rocircle est drsquointroduire une tension triphaseacutee agrave la freacutequence du reacuteseau en seacuterie avec la

ligne de transport

Figure II9 Scheacutema de base du SSSC

Transformateur

seacuterie

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

59

Nous pouvons dans ce cas reacutegler continuellement la valeur apparente de la capaciteacute ou

de lrsquoinductance ainsi introduite dans la ligne Lrsquoavantage de ce dispositif est de ne pas

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

Cela eacutevite lapparition des oscillations dues agrave la reacutesonance avec les eacuteleacutements inductifs du

reacuteseau La caracteacuteristique statique drsquoun Compensateur Synchrone Statique Seacuterie est preacutesenteacutee

par la figure (II10)

Si lon utilise un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie le SSSC peut agrave ce moment lagrave eacutechanger

de la puissance active avec la ligne eacutelectrique Ceci peut contribuer agrave ameacuteliorer la stabiliteacute du

reacuteseau Dans ce cas la tension 119881119887 nrsquoest pas obligatoirement en quadrature avec le courant de

ligne

Principe de fonctionnement de SSSC

Le SSSC injecte en seacuterie une tension alternative avec une amplitude et un angle de

phase reacuteglable dans la ligne de transport agrave lrsquoaide drsquoun transformateur seacuterie Le SSSC peut

produire ougrave absorber de la puissance reacuteactive suivant la commande de convertisseur statique

il permet drsquoassurer une compensation shunt indeacutependante agrave la ligne de transport Il fourni ou

absorbe la puissance reacuteactive neacutecessaire localement et produit de la puissance active comme

reacutesultat de lrsquoinjection en seacuterie drsquoune tension [21]

Le principe de fonctionnement peut ecirctre expliqueacute par la figure (II11)

Figure II10 Caracteacuteristique statiques du SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

60

Le SSSC deacutelivre une tension triphaseacutee 119881119904119890 agrave la freacutequence du reacuteseau en quadrature (

90 ) avec le courant de la ligne et controcirclable afin daugmenter ou diminuer la tension agrave

travers la ligne repreacutesenteacutee par sa reacuteactance 119883119897 selon le mode de compensation capacitif ou

inductif respectivement (figure II12) mais comme la reacuteactance de la ligne ne varie pas

reacuteellement cest le courant dans la ligne qui sera affecter par cette variation et par

conseacutequence les puissances correspondante

Ideacutealement la tension 119881119904119890 est agrave 90 du courant de la ligne ce qui fait quaucun eacutechange

de la puissance active nrsquoest entre le reacuteseau et le SSSC Pratiquement il y a toujours une petite

composante de cette tension 119881119904119890 en phase avec le courant 119868119897 qui geacutenegravere une petite quantiteacute de

la puissance active pour couvrir les pertes dans le convertisseur

On peut expliquer les diffeacuterents modes de compensation capacitive et inductive en ce

reacutefeacuterant aux diagrammes vectoriels de la figure (II13) qui suit en admettant le scheacutema

eacutequivalent dun SSSC installeacute dans un reacuteseau eacutelectrique simple repreacutesenteacute sur la figure (II12)

Figure II11 Principe de fonctionnement de SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

61

bull

Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du

reacuteseau

Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du

reacuteseau (eacutetat deacutequilibre) la tension au borne de la reacuteactance effective 119881119909119890119891119891

est eacutegale agrave la tension aux bornes de la ligne de transport sans compensation

la ougrave le degreacute de compensation K est nul K = 119881119902

119881119894 x 100 avec 119883119902 =

119881119902

119868119894

Dans le mode de compensation inductif le courant de la ligne 119868119897 diminue en

augmentant le degreacute de compensation K de 0 agrave 100 Du diagramme (b)

on voit que pour maintenir 119881119904 119881119903 et constants la variation dans

lamplitude de 119881119904119890 se reacutepercute directement sur la tension 119881119897 et chaque

Figure II12 Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple

Figure II13 Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

62

augmentation dans 119881119904119890 entraicircne une diminution dans 119881119897 et par conseacutequence

dans le courant 119868119897

En mode capacitif le courant dans la ligne augmente avec laugmentation du

niveau de compensation la tension 119881119904119890 injecteacutee en anti-phase avec la tension

119881119897 (- 90deg en arriegravere du courant 119868119897 ) force la tension 119881119897 agrave augmenter pour

garder langle de charge constant ainsi que les tensions aux extreacutemiteacutes de la

ligne (figure II12c) [37]

II6) Coucirct des dispositifs FACTS [29]

Mis agrave part les avantages techniques apporteacutes par les FACTS drsquoautres critegraveres lieacutes au

coucirct doivent ecirctres pris en consideacuteration dans la deacutecision drsquoinstaller un dispositif Sur le plan

eacuteconomique le critegravere geacuteneacuteralement adopteacute dans lrsquoeacutevaluation des beacuteneacutefices obtenus par un

FACTS est que lrsquoaccroissement des revenues doit exceacuteder les coucircts drsquoexploitations de

maintenance et drsquoamortissement de lrsquoinstallation

Le coucirct drsquoune installation FACTS deacutepend principalement des facteurs tels que

Les performances requises

La puissance de lrsquoinstallation

Le niveau de tension du systegraveme

La technologie du semi-conducteur utiliseacute

Controcircleurs FACTS Coucirct (US$)

Condensateur Shunt 8$Kvar

Condensateur Seacuterie 20$ Kvar

SVC 40$Kvar

TCSC 40$Kvar

STATCOM 50$Kvar

UPFC Partie Seacuterie 50$Kvar

UPFC Partie Shunt 50$Kvar

Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

63

II7) Synthegravese des dispositifs FACTS

Les diffeacuterents dispositifs FACTS preacutesenteacutes dans ce chapitre possegravedent tous leurs propres

caracteacuteristiques tant en reacutegime permanent quen reacutegime transitoire Chaque type de dispositif

sera donc utiliseacute pour reacutepondre agrave des objectifs bien deacutefinis Des consideacuterations eacuteconomiques

entreront eacutegalement dans le choix du type dinstallation agrave utiliser Le tableau (II2) syntheacutetise

les principaux beacuteneacutefices techniques des nouvelles technologies de FACTS Le nombre +

est proportionnel agrave lefficaciteacute du dispositif

II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie

des dispositifs FACTS [29]

A Les avantages des dispositifs FACTS

Controcircle le transit de la puissance active

Augmente la seacutecuriteacute des systegravemes eacutenergeacutetiques (augmentation de la limite de la

stabiliteacute transitoire amortissement des oscillations hellip)

Reacuteduit le transit de lrsquoeacutenergie reacuteactive

Optimise les puissances geacuteneacutereacutees donc reacuteduit le coucirct de production de lrsquoeacutenergie

Agir comme filtre actif

Ameacutelioreacutee lrsquointerconnexion et lrsquoeacutechange eacutenergeacutetique

Dispositif

Controcircle du

transit de

puissance

Controcircle

de la

tension

Stabiliteacute

transitoire

Stabiliteacute

statique

STATCOM + +++ ++ ++

SSSC ++ + +++ ++

IPFC +++ ++ +++ ++

Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS [14]

+ Petite ++ Moyenne +++Forte

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

64

B Les inconveacutenients

Lrsquointroduction des harmoniques du reacuteseau eacutelectrique ce qui le rend pollueacute cest-agrave- dire le

signal sera tendu et non sinusoiumldale Il rend le reacuteseau vulneacuterable agrave la surtension ducirce aux

commutations reacutepeacutetitives

C Les contraintes des dispositifs FACTS

Les dispositifs FACTS sont consideacutereacutes comme des solutions pour aider les systegravemes

eacutelectriques mais ils preacutesentent des inconveacutenients en plus qursquoils ne sont pas une solution

universelle ils existent plusieurs contraintes pour que ces dispositifs soient efficaces et

rentables [30]

o Le choix du FACTS

o Le choix du modegravele du FACTS

o Choix de la localisation des FACTS

o Protection pour les FACTS et pour le reacuteseau

o Interactions entre les dispositifs FACTS et les autres eacuteleacutements

Nous avons deacutecideacute pour la suite de notre travail de ne pas eacutetudier lrsquoimpact de chaque

cateacutegorie des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique Notre choix srsquoest porteacute sur lrsquoeacutetude du

Compensateur Statique Synchrone (STATCOM) et du Conpensateur statique seacuterie

synchrone (SSSC)Il nous a sembleacute raisonnable drsquoessayer drsquoanalyser lrsquoimpact de la

compensation shunt et de la compensation seacuterie de faccedilon seacutepareacutee avant de regrouper lrsquoeacutetude

de ces concepts FACTS agrave lrsquoaide de la compensation hybride

II9) Conclusion

Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre en premier lieu le concept FACTS ainsi nous

avons donneacute une bregraveve description et des deacutefinitions des divers types de dispositifs FACTS

Cette description est adopteacutee comme classification universelle des systegravemes FACTS La

plupart dentre eux sont deacutejagrave en service dans la pratique Si aujourdhui les FACTS sont encore

peu utiliseacutes par rapport agrave leur potentiel les eacutevolutions techniques de leacutelectronique de

puissance vont rendre les solutions FACTS de plus en plus compeacutetitives face aux

renforcements des reacuteseaux le contexte algeacuterien a eacuteteacute abordeacute ainsi que la conception et le

fonctionnement des 2 dispositifs retenus pour cette eacutetude

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

65

Nous avons choisi deacutetudier le STATCOM et le SSSC comme dispositifs FACTS pour

controcircler et ameacuteliorer la tension et la puissance reacuteactive Le chapitre suivant (chapitre III) sera

deacutedieacute agrave la modeacutelisation des systegravemes FACTS

66

Chapitre 3

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

67

Dans le but drsquoeacutetudier lrsquoimpact des FACTS sur lrsquoameacutelioration de tension des reacuteseaux

eacutelectriques des modegraveles approprieacutes sont neacutecessaires agrave deacutevelopper Nous tenons agrave mentionner

que plusieurs logiciels incorporent ces modegraveles Dans ce chapitre nous allons preacutesenter les

modegraveles matheacutematiques du STATCOM et du SSSC retenus au chapitre II

III1) Introduction

Pour pouvoir observer limpact des dispositifs FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique il est

neacutecessaire de les repreacutesenter par des modegraveles Ceux-ci sont ensuite inteacutegreacutes dans des

programmes de calcul permettant de simuler leurs effets sur lensemble du systegraveme

Plusieurs modegraveles de FACTS ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes tant pour des reacutegimes de

fonctionnement stationnaire que dynamique Certains modegraveles sont speacutecifiques agrave un type de

dispositif alors que dautres plus geacuteneacuteraux sont utiliseacutes pour repreacutesenter plusieurs FACTS

Dans le cadre de ce meacutemoire et plus preacuteciseacutement le chapitre quatre cest lrsquoimpact des

dispositifs FACTS sur le reacuteseau de transport qui est eacutetudieacute Dans ce contexte nous nous

restreignons agrave leacutetude de lrsquoeffondrement de tension et plus particuliegraverement aux effets des

FACTS sur la stabiliteacute des tensions

La modeacutelisation des FACTS est effectueacutee sur la base des eacuteleacutements utiliseacutes dans les

calculs de lrsquoeacutecoulement de puissance Ce sont plus particuliegraverement les geacuteneacuterateurs les

charges les eacuteleacutements shunt ainsi que les lignes et les transformateurs

III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS [26]

III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs

Les geacuteneacuterateurs sont des eacuteleacutements qui permettent la conversion de leacutenergie (meacutecanique

photonique chimique) vers une forme eacutelectrique Ils peuvent fournir ou consommer de

leacutenergie active ou reacuteactive et ils peuvent maintenir un niveau de tension deacutesireacutee

Un geacuteneacuterateur peut ecirctre consideacutereacute comme une source de puissance active et reacuteactive qui

peut maintenir une tension de consigne Agrave cause de facteurs comme la limite thermique du

rotor celle du stator et la limite de stabiliteacute au reacutegime permanent le fonctionnement dun

geacuteneacuterateur est limiteacute en puissance active ainsi quen puissance reacuteactive Ainsi un geacuteneacuterateur

peut ecirctre modeacuteliseacute dans le calcul drsquoeacutecoulement de puissance par le scheacutema de la figure (III1)

Dans lrsquoanalyse de lrsquoeacutecoulement de puissance les geacuteneacuterateurs sont modeacuteliseacutes comme des

injecteurs de courants La puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur est reacutegleacutee agrave travers le

controcircle de la turbine qui doit ecirctre dans les limites de la capaciteacute du systegraveme turbine

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

68

geacuteneacuterateur La tension est lieacutee principalement agrave lrsquoinjection de la puissance reacuteactive au jeu de

barres de production et comme le geacuteneacuterateur doit fonctionner dans les limites de sa courbe de

capaciteacute reacuteactive il nrsquoest pas possible de reacutegler la tension en dehors de certaines limites

admissibles

Avec

Si Puissance apparente complexe

PGi Puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i

QGi Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i

V i Tension complexe au nœud i

δi Deacutephasage de la tension au nœud i

Les limites de production des geacuteneacuterateurs sont deacutefinies par

PGimin le PGi le PGimax

QGimin le QGi le QGimax

Dans les calculs de transit de puissance la puissance PGi est prise constante et la

tension V i peut ecirctre maintenue en module agrave une valeur consigne constante La phase δi et la

puissance reacuteactive quand agrave elles deacutependent de leacutetat du reacuteseau Lorsque QGi deacutepasse une de ces

limites sa valeur est fixeacutee agrave cette valeur limite et la tension ne peut plus ecirctre controcircleacutee Le

nœud nest plus consideacutereacute comme geacuteneacuterateur mais comme une charge

120575119894

119878119894 i 119881 119894

119875119866119894 119876119866119894

119876119866119894

Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur

(III1)

(III2)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

69

III22) Modegraveles des charges [26]

Les charges repreacutesentent les consommateurs connecteacutes au reacuteseau (figure III2) Elles

correspondent agrave des injections neacutegatives aux nœuds Les charges sont modeacuteliseacutees par des

puissances constantes indeacutependantes de la tension nodale

SLi = PLi + j QLi

Ougrave

SLi La puissance complexe de la charge

PLi La puissance active

QLi La puissance reacuteactive

La puissance reacuteactive QLi peut ecirctre positive ou neacutegative selon que la charge est de nature

inductive ou capacitive respectivement

III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt [26]

Dans la plupart des cas les eacuteleacutements shunt sont des dispositifs destineacutes agrave la

compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive et la tenue de la tension chaque eacuteleacutement connecteacute au

reacuteseau sera modeacuteliseacute par des admittances 1199101198940 de la forme

1199101198940 = 1198921198940 + 1198951198871198940

Le symbole geacuteneacuteral repreacutesentant un eacuteleacutement shunt est donneacute agrave la figure III3a La

susceptance 1198871198940 peut ecirctre inductive ou capacitive Dans le premier cas leacuteleacutement consomme de

la puissance reacuteactive (fig III3b) alors quil en fournit au systegraveme dans le second (fig III3c)

Les modegraveles des dispositifs FACTS preacutesenteacute dans la section suivante sont baseacutes sur une

(III3)

Figure III2 Modegravele des charges

PLi QLi

i

(III4)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

70

simple modification des eacuteleacutements approprieacutes de 119884

III24) Modegraveles de la ligne [26]

Les lignes sont deacutefinies par leur scheacutema en 120587 (figure III4) qui caracteacuterise en geacuteneacuteral les

lignes moyennes dont les paramegravetres sont la reacutesistance r la reacuteactance 119909 = 119871 ω et la

susceptance b =119862120596 Dans le cas des lignes longues on peut toujours se ramener agrave un scheacutema

eacutequivalent en 120587 Les lignes de transport sont modeacuteliseacutees par leur scheacutema en 120587 classique dans

lequel la conductance transversale est neacutegligeacutee

La matrice dadmittance nodale dune ligne reliant un nœud i agrave un nœud k est donneacute par

lrsquoeacutequation (III5)

Y = (

yik+

yik0

2

minusyik

minusyik yik + yik0

2

)

Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt a) symbole b) eacuteleacutement

inductif c) eacuteleacutement capacitif

c) eacuteleacutement capacitif

(III5)

i 119909119894119896 119903119894119896 k

119887119894119896119900

2

119887119894119896119900

2

Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

71

Ougrave ladmittance longitudinale yik vaut

yik = 1

rik + j 120013ik

Avec

rik Reacutesistance longitudinale de la ligne

120013ik Reacuteactance longitudinale de la ligne

Ladmittance transversale correspondant aux effets capacitifs seacutecrit

yik0 = j119887ik0

Avec

119887ik0 Sousceptance transversale de la ligne

III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques [32]

Chaque nœud est caracteacuteriseacute par quatre variables Pi Qi Vi θi Si on connaicirct deux des

quatre variables nous permettent de deacuteterminer les deux autres agrave partir des eacutequations

principales de leacutecoulement de puissance En pratique le problegraveme se pose autrement Pour

cela il faut classifier les nœuds du systegraveme comme suit (Tableau III1)

Nœud de charge (P-Q) Pour ce type de nœuds on associe geacuteneacuteralement les charges

Ces derniegraveres sont caracteacuteriseacutees par la consommation des puissances active et reacuteactive

On peut aussi associer des geacuteneacuterateurs avec des puissances active et reacuteactive fixeacutees

Les variables agrave deacuteterminer sont le module et la phase de la tension

Nœud geacuteneacuterateur (P-V) Pour ce type de nœuds on associe les centrales de

production On speacutecifie la puissance active et le module de la tension Les variables agrave

deacuteterminer sont la phase de la tension et la puissance reacuteactive

Nœud bilan (slack bus) Pour ce type de nœud on associe la centrale de production la

plus puissante Dans un nœud k (nœud de reacutefeacuterence ou slack bus) on speacutecifie la phase

et le module de la tension Les valeurs agrave deacuteterminer sont les puissances actives et

reacuteactives

(III6)

(III7)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

72

III26) Modegraveles du transformateur

Les transformateurs sont repreacutesenteacutes par leur impeacutedance connecteacutee en seacuterie avec un

transformateur ideacuteal (figure III5) Le rapport de transformation est reacuteel pour un

transformateur classique alors quil est complexe dans le cas dun transformateur deacutephaseur

De maniegravere geacuteneacuterale le rapport de transformation complexe μik

est deacutefini par

μik

=Ui

Um

avec

Ui Tension complexe au nœud i

Um Tension complexe au nœud m

III27) Modegraveles de la machine synchrone

Nœuds Puissances actives Puissances reacuteactives Module de Tension Lrsquoangle de phase

Nœud (PQ) Connue Connue Inconnue Inconnue

Nœud (PV) Connue Inconnue Connue Inconnue

Nœud (slack

bus)

Inconnue Inconnue Connue Connue

Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme

(III8)

Si i

Ii Im

Um

119898

119903119894119896 Ik

Uk

119909119894119896

Ui μik 1

119896

Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

73

(III10)

La fem de la machine synchrone est donneacutee par la relation suivante

Ersquo = 119881119904+119903119886119868119904+j119883119889119868119904

Ersquo fem transitoire de la machine synchrone

119881119904 Tension aux bornes de la machine

119868119904 courant de la machine

119903119886 Reacutesistance statorique de la machine

119883119889 Reacuteactance transitoire de la machine

La repreacutesentation de la machine synchrone utiliseacutee pour la solution du reacuteseau et le diagramme

de phase sont scheacutematiseacutes dans la figure suivante

Les composantes de la tension 119881119904 aux bornes de la machine suivant les axes d-q sont

119881119889 = 119864prime119889 minus 119903119868119889 minus 119883prime

119902 119868prime119902

119881119902 = 119864prime119902 minus 119903119868119902 + 119883prime119889 119868prime119889

III28) Modeacutelisation du STATCOM

(III9)

Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone

(III11)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

74

(III12)

(III13)

Le STATCOM appartient agrave la deuxiegraveme geacuteneacuteration des dispositifs FACTS Selon

lIEEE Le STATCOM est un moyen de compensation dynamique connecteacute en parallegravele au

systegraveme eacutelectrique il est baseacute sur lrsquoinjection drsquoun courant AC controcircleacute agrave travers un

transformateur de couplage La structure de base drsquoun STATCOM ayant le scheacutema qui est

montreacute par la figure (III7) [33]

En geacuteneacuteral la tension du STATCOM 119881119904ℎest injecteacutee en phase avec la tension 119881119903 de la

ligne et dans ce cas il n y a pas deacutechange de leacutenergie active avec le reacuteseau mais seulement la

puissance reacuteactive qui sera injecteacutee (ou absorbeacutee) par le STATCOM Le STATCOM a le

mecircme rocircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce dispositif capable de deacutelivrer la

puissance reacuteactive mecircme si la tension de jeu de barre de connexion est faible Avec

lhypothegravese dun STATCOM ideacuteal (convertisseur sans pertes) la contrainte de fonctionnement

que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas eacutechanger la puissance active avec le reacuteseau

La tension du STATCOM est donneacute par

119864119904ℎ = 119881119904ℎ(119888119900119904120575119904ℎ + 119895119904119894119899120575119904ℎ)

Le courant injecteacutee par le STATCOM est donneacute par

119868119904ℎ =119881119904ℎ minus 119881119894

119895119883119894

Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

75

(III14)

(III15)

(III16)

(III17)

La puissance de transmission entre les deux systegravemes peut ecirctre repreacutesenteacutee par

La puissance active transmis

119875 = 119881119894119881119904ℎ

119883 119904119894119899(120575119894minus120575119904ℎ)

La puissance reacuteactive transmis

119876 =119881119894

2

119883minus

119881119894119881119904ℎ

119883 cos (120575119894120575119904ℎ)

Ougrave 119881119894119881119904ℎ est la tension aux nœuds (120575119894120575119904ℎ) lrsquoangle entre la tension et X impeacutedance de la

ligne Apregraves lrsquoexeacutecution de quelques opeacuterations complexes les eacutequations de puissance active

et reacuteactive sont obtenues comme suit

119875119904ℎ = 1198811198942119892119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ) + 119887119904ℎ119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ))

119876119904ℎ = minus1198811198942119887119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ) minus 119887119904ℎ119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ))

Avec 119892119904ℎ + 119895119887119904ℎ = 1119885119904ℎ

frasl

119892119904ℎ Conductance eacutequivalente du STATCOM

119887119904ℎ Susceptance eacutequivalente du STATCOM

119885119904ℎ Impedance eacutequivalente du STATCOM

III29) Modeacutelisation du SSSC

Le SSSC peut acqueacuterir un eacuteleacutement de stockage drsquoeacutenergie pour une compensation de la

puissance active momentaneacutement qui reacutesulte dans un maintien efficace de la stabiliteacute du

reacuteseau eacutelectrique Un SSSC est donc modeacuteliseacute comme une source de tension en seacuterie la figure

(III8) montre un SSSC inseacutereacute dans un reacuteseau agrave deux machines et son diagramme vectoriel des

tensions [33]

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

76

(III18)

(III19)

(III20)

(III21)

(III22)

(III23)

A partir du diagramme vectoriel on peut voir que la tension injecteacutee en seacuterie controcircle

directement la tension agrave travers lrsquoinductance X de la ligne qui en la augmentant reacutesulte en

une augmentation dans la valeur du courant et par conseacutequence une augmentation dans la

puissance transmissible agrave travers la ligne Ce fonctionnement est similaire agrave une compensation

seacuterie par un condensateur Si on eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant

de la ligne on obtient le mecircme reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un

condensateur

119880= -j119883119862 119868

Avec 119883119862 qui repreacutesente la reacuteactance capacitive du condensateur Mais comme le SSSC

est une source de tension il peut alors maintenir une tension constante puisque il controcircle

indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC peut augmenter ou diminuer le

flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant la tension injecteacutee en seacuterie agrave la

ligne Comme le SSSC est une source reacuteactive la tension geacuteneacutereacutee est perpendiculaire au

courant de la ligne ce courant est

119868 =1198801minus119880119902minus1198802

119895119883

119920 =120783

119947119935(( 119880120783 minus 119880120784) minus 119880119954

(119880120783minus119880120784)

|119880120783minus119880120784|)

119920 =119947(119880120783minus119880120784)

119935(120783 minus

119880119954

|119880120783minus119880120784|)

Cette eacutequation montre qursquoagrave lrsquoabsence du SSSC la chute de tension agrave travers X

est ( 1198801

minus 1198802

) Si on prend 1198802 Comme reacutefeacuterence du SSSC

1198802

= U2

et

Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

77

(III24)

(III25)

1198801=1198801(119888119900119904120575 + 119895119904119894119899120575)

Si on prend par consideacuteration que

|119880120783

minus 119880120784

| = radic119880120783120784 + 119932120784

120784 minus 120784119932120783119932120784119940119952119956120633

Ce qui nous donne la puissance agrave travers la ligne

P = 11988011198802119904119894119899120575

119883(1 minus

119880119902

radic11988012+1198802

2minus211988011198802119888119900119904120575

)

Par conseacutequent la puissance transmise P est une fonction de la tension injecteacutee La

puissance transmise en fonction de lrsquoangle δ

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

78

III3) Conclusion

Dans ce chapitre nous avons modeacuteliseacute les diffeacuterents composants du reacuteseau eacutelectrique agrave

savoir les lignes de transport les transformateurs et les charge les machines

synchroneshellipetc

Des modegraveles simplifieacutes de deux diffeacuterents types de FACTS agrave savoir le STATCOM et le

SSSC baseacute sur la modification de la matrice admittance 119884 et suitable pour lrsquoeacutetude du controcircle

du power flow et la reacutegulation de la tension ont eacuteteacute deacutemontreacutees dans ce chapitre Les deux

modegraveles ont eacuteteacute observeacutes dans la litteacuterature Agrave cet effet une bregraveve preacutesentation des approches

existantes agrave des modegraveles de ces deux dispositifs FACTS ont eacuteteacute fournis Les modegraveles

seacutelectionneacutes sont faciles agrave impleacutementer dans les logiciels du power flow comme le PSAT Au

chapitre suivant crsquoest lrsquoimpact du STATCOM et du SSSC sur lrsquoeffondrement de tension qui

sera analyseacute

79

Chapitre 4

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

80

IV1) Introduction

Le transfert de puissance au travers drsquoun reacuteseau eacutelectrique srsquoaccompagne de chutes de

tension entre les points de production et ceux de consommation Dans des conditions

normales de fonctionnement ces chutes de tension sont de lrsquoordre de quelque pour cents de la

tension nominale Une des preacuteoccupations des planificateurs et des exploitants est de srsquoassurer

que les tensions aux diffeacuterents jeux de barres du reacuteseau demeurent malgreacute tout dans des

limites prescrites speacutecialement dans des conditions de forte charge etou suite agrave des incidents

plausibles Dans certaines circonstances cependant dans les secondes ou dans les minutes qui

suivent lrsquoapparition drsquoune perturbation les tensions peuvent deacutecroitre de maniegravere

catastrophique agrave tel point que la puissance ne peut plus ecirctre achemineacutee correctement aux

consommateurs et que lrsquointeacutegriteacute du systegraveme peut ecirctre mise en danger

Le meacutecanisme qui sous-tend cet affaissement des tensions est lrsquoinstabiliteacute de tension et

la catastrophe qui en reacutesulte est lrsquoeffondrement de tension [34]

En termes simples lrsquoinstabiliteacute de la tension provient drsquoun comportement des charges

qui tend agrave ramener la consommation de puissance de celles-ci au-delagrave de ce que peuvent

fournir ensemble le reacuteseau de transport et les geacuteneacuterateurs

Dans de nombreux reacuteseaux agrave travers le monde lrsquoinstabiliteacute de tension est consideacutereacutee

comme une source majeure de deacutefaillance au moins aussi importante que les surcharges

thermiques drsquoeacutequipements (et le risque associeacute de deacuteclenchements en cascade) ou lrsquoinstabiliteacute

angulaire (perte de synchronisme entre geacuteneacuterateurs) connues depuis plus longtemps

Plusieurs facteurs contribuent agrave cet eacutetat de fait

- comme on le sait la construction de nouvelles lignes eacutelectriques est de

plus en plus difficile souvent retardeacutee et parfois impossible

- la concentration de la production dans ces centrales de plus en plus

puissantes a diminueacute le nombre de points tenus en tension dans le reacuteseau et

augmenteacute les distances eacutelectriques entre centres de production et de consommation

Certes lrsquoeacutemergence de la production deacutecentraliseacutee va quelque peu inverser cette

tendance en rapprochant producteurs et consommateurs Encore faut ndashil que ces

sources drsquoeacutenergie fournissent les services auxiliaires que sont la reacutegulation de

tension et la mise agrave disposition drsquoune reacuteserve de puissance reacuteactive

- lrsquousage massif de condensateurs shunt pour soutenir le profil de tension

permet de transporter de plus grandes quantiteacutes de puissance mais rapproche le point

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

81

drsquoinstabiliteacute des plages de fonctionnement normal

- lrsquoinstabiliteacute de tension est souvent deacuteclencheacutee par la perte

drsquoeacutequipements de transport et ou de production incidents dont la probabiliteacute

drsquoapparition est relativement eacuteleveacutee (compareacutee par exemple agrave celle du court-circuit

triphaseacute consideacutereacute en stabiliteacute transitoire angulaire)

- lrsquoouverture du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute incite agrave faire fonctionner les

reacuteseaux plus pregraves de leurs limites physiques pour des raisons de rentabiliteacute

eacuteconomique Plus encore que par le passeacute il est donc neacutecessaire drsquoeacutevaluer ces

limites en particulier vis ndashagrave vis du risque drsquoinstabiliteacute de tension

IV2) Outils de simulation

Plusieurs outils de simulation ont eacuteteacute utiliseacutes dans lrsquoanalyse et lrsquoeacutetude des reacuteseaux

eacutelectriques tels que (Matlab EMTP Etap PowerWorld PSAThellip etc) Ces logiciels

permettent de nous renseigner sur les diffeacuterents facteurs drsquoun reacuteseau eacutelectrique et agrave simuler les

diffeacuterents cas pour avoir les paramegravetres du reacuteseau Ces derniers utilisent les mecircmes

concepts Dans ce meacutemoire le logiciel PSAT est utiliseacute pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de

tension drsquoun reacuteseau de transport

PSAT est un logiciel librement distribueacutes conccedilu par Federico Milano baseacute sur

MATLAB pour lanalyse et lrsquooptimisation des reacuteseaux eacutelectriques Lrsquointerface graphique

interactive du PSAT permet agrave lrsquoutilisateur drsquoeffectuer les fonctions statiques et dynamiques

suivantes [35]

Calcul drsquoeacutecoulement de puissance (Power Flow- PF)

Calcul drsquoeacutecoulement de puissance Optimal (Optimal Power Flow- OPF)

Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation Power Flow- CPF)

Analyse de la stabiliteacute de petites perturbations (Small Signal Stability Analysis-

SSSA)

Simulation temporelle (Time Domaine Simulation- TDS)

Analyse transitoire drsquoeacutelectromagneacutetique (Electro Magnetic Transient Analysis-

EMT)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

82

Interface graphique (Graphical User Interface- GUI)

Eacutediteur de reacuteseau graphique (Graphical Network Editor- GNE)

Toutes les opeacuterations de PSAT peuvent ecirctre reacuteparties en deux genres drsquoanalyse

- La premiegravere analyse est de reacutesoudre les problegravemes de lrsquoeacutecoulement de puissance

Cette application srsquoeffectue dans une page de commande ou un eacutediteur comme

montre la figure (IV1)

- La seconde analyse est drsquoimplanter le reacuteseau agrave eacutetudier en utilisant une bibliothegraveque

de Simulink qui contient de nombreux modegraveles pour lrsquoimplantation des systegravemes

eacutelectriques comme montreacute dans la figure (IV2)

IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques

La deacutefinition et les types de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques sont repreacutesenteacutes dans le

chapitre I

Durant les derniegraveres deacutecennies la stabiliteacute de tension dans les systegravemes dalimentation

est devenue un vaste champ de recherches Les pheacutenomegravenes dinstabiliteacute en tension peuvent

srsquoeacutetendre dans une plage de temps allant de quelques secondes agrave quelques heures et ont eacuteteacute

eacutetudieacutes en utilisant une varieacuteteacute de modegraveles statiques et dynamiques y compris les reacutegulateurs

et les dispositifs eacutelectroniques de puissance

Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

83

Les sujets pertinents pour le marcheacute de leacutelectriciteacute et pour les techniques optimales

deacutecoulement de puissance sont geacuteneacuteralement les pheacutenomegravenes drsquoeffondrement de tension

reacutesultant des variations de charge et des opeacuterations de commutation Lrsquoeffondrement de

tension est geacuteneacuteralement la conseacutequence de laugmentation de la charge dans les systegravemes

caracteacuteriseacutes par des conditions de chargement lourd et ou lorsque survient une modification

dans le systegraveme comme une ligne hors service Le reacutesultat est geacuteneacuteralement que le point de

fonctionnement actuel qui est stable laquodisparaicirctraquo et le systegraveme transitoire suivant conduit agrave

une rapide irreacutecupeacuterable baisse de tension

IV31) Facteur de charge et les directions de puissance [34]

Loutil analytique le plus accepteacute pour lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes de lrsquoeffondrement de

tension est la theacuteorie de la bifurcation qui est une theacuteorie matheacutematique geacuteneacuterale capable de

classer les instabiliteacutes drsquoeacutetudier le comportement du systegraveme dans le voisinage

drsquoeffondrement ou des points instables et de donner une information quantitative sur les

actions correctives pour eacuteviter les conditions critiques

Dans la theacuteorie de la bifurcation il est supposeacute que les eacutequations du systegraveme deacutependent

dun ensemble de paramegravetres avec des variables deacutetat comme suit

0 = 119891 (120013 λ)

avec

119891 Eacutequation de lrsquoeacutecoulement de puissance

120013 Variables deacutependantes

120582 Facteur de charge

Alors les proprieacuteteacutes de la stabiliteacute instabiliteacute sont eacutevalueacutees en variant lsquolsquolentementrsquorsquo les

paramegravetres Dans ce meacutemoire le paramegravetre utiliseacute pour eacutetudier la proximiteacute du systegraveme de

lrsquoeffondrement de tension est le soi-disant facteur de charge 120582 (120582 isin ℛ) ce qui modifie les

puissances du geacuteneacuterateur et la charge comme suit

(IV1)

1198751198661 = (1 + 120582)(1198751198660 + 119875119878)

1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)

1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)

(IV2)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

84

Avec

1198751198660 Puissance active du geacuteneacuterateur

1198751198710 Puissance active de la charge

119875119878 Fourniture de lrsquooffre (Supply bids)

119875119863 Demande drsquooffre (Demand bids)

Les puissances qui multiplient λ sont appeleacutees les puissances de direction Les eacutequations

(IV2) diffegraverent du modegravele geacuteneacuteralement utiliseacute dans lanalyse du calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) cest-agrave-dire

Ougrave le facteur de charge touche uniquement les variables puissances PS et PD Dans les

diagrammes typiques de bifurcation les tensions sont traceacutees en fonction de λ cest agrave dire la

mesure de la capaciteacute de charge du systegraveme obtenant ainsi les courbes V(p)

Les indices 0 1 et 2 deacutenotent le cas de base le premier point et le deuxiegraveme point de

directions des puissances respectivement

IV 32) Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation

power flow- CPF) [34]

Les techniques du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance sont largement

reconnues comme un outil preacutecieux pour deacuteterminer les courbes V(P) du systegraveme de

puissance et permettent destimer les conditions de chargement maximal et des solutions

laquocritiquesraquo (par exemple saddle-node et limites induites de points de bifurcation) Malgreacute que

les grands systegravemes neacutecessitent un calcul numeacuterique exigeant le CPF nest pas affecteacutee par

des instabiliteacutes numeacuteriques En fait il est capable de deacuteterminer la partie stable et instable des

courbes V(p) et peut fournir des informations suppleacutementaires telles que les facteurs de

sensibiliteacute de la solution actuelle agrave leacutegard des paramegravetres pertinents

Dun point de vue matheacutematique le CPF est une technique dhomotopie et permet

dexplorer la stabiliteacute des eacutequations du systegraveme eacutelectrique en faisant varier un paramegravetre du

systegraveme qui dans les eacutetudes de stabiliteacute statique et dynamique typique de tension est le

paramegravetre de charge λ De maniegravere geacuteneacuterale le CPF consiste en un pas preacutedicteur reacutealiseacute par

le calcul du vecteur tangent et un pas correcteur qui peut ecirctre obtenu soit par lintermeacutediaire

PG2 = (PG0 + λPS)

PL2 = (PL0 + λPD)

PL2 = (PL0 + λPD)

(IV3)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

85

dun parameacutetrage local ou agrave une intersection perpendiculaire

a) Pas preacutedicteur

Au point deacutequilibre geacuteneacuterique p la relation suivante sapplique

Et le vecteur tangent peut ecirctre approximeacute par

Agrave partir de lrsquoeacutequation (IV4) et (IV5) on a

Agrave ce point un pas de grandeur k de controcircle doit ecirctre choisi pour deacuteterminer la quantiteacute Δ120013119901

et Δ120582119901 avec une normalisation afin deacuteviter de grands pas quand 120591119901 est grand

Δ120582119901 ≜ 119896

120591119901 Δ120013119901 ≜

119896 120591119901

120591119901

Ougrave ∙ est la norme euclidienne et 119896 = plusmn1 Le signe de k deacutetermine lrsquoaugmentation ou la

diminution de 120582 La figure (IV3) preacutesente une repreacutesentation graphique du pas preacutedicteur

119891(120013 p λp) = 0 rArr d119891

dλ|

p= D120013 119891|p

d120013

dλ|

p+

d119891

dλ|

p= 0 (IV4)

120591p = d120013

dλ|

p asymp

Δ 120013 p

∆λp

(IV5)

120591119901 = minus D120013 119891|pminus1

part119891

partλ|

p

∆120013p = 120591119901 ∆λp

(IV6)

(IV7)

(120013119901 120582119901)

120591119901

119891(120013 120582) = 0

(120013119875 + ∆120013119875 120582119875 + ∆120582119875)

Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance

pas preacutedicteur obtenu par les moyens de la tangente

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

86

b) Pas correcteur

Pour le pas correcteur lrsquoensemble des eacutequations n+1 est reacutesolu

119891(120013 λ) = 0

120578(120013 λ) = 0

Ougrave la solution de 119891 doit ecirctre dans le collecteur de bifurcation et 120578 est une eacutequation

additionnelle pour garantir un ensemble non singulier au point de bifurcation Pour le choix de

120578 il yrsquoa deux options lrsquointersection perpendiculaire et la parameacutetrisation locale

Dans le cas de lrsquointersection perpendiculaire dont la repreacutesentation est donneacutee par la figure

(IV2) lrsquoexpression de 120578 devient (eacutequation IV9)

Tandis que pour la parameacutetrisation locale soit le paramegravetre 120582 soit la variable 120013119894 est forceacutee

drsquoecirctre une valeur fixe

(120013119901 120582119901)

119891(120013 120582) = 0

(120013119888 120582119888)

(120013119888 minus (120013119875 + ∆120013119875 ) 120582119888 minus (120582119875 + Δ120582119901 ) )

120578 (120013 λ) = [Δ120013p

Δλp]

T

[120013c minus (120013p + Δ120013p)

λc minus (λp minus Δλp)] = 0

ppcx )(

(IV8)

(IV9)

(IV10)

Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas

correcteur obtenu par les moyens dintersection perpendiculaire

P

900

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

87

Ou

pipici xxxx )(

Le choix pour que la variable soit fixe deacutepend du collecteur de bifurcation de 119891 comme

crsquoest preacutesenteacute agrave la figure (IV5)

IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE 39 nœuds

IV41) Preacutesentation du reacuteseau

Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds est un reacuteseau de transport standard IEEE New England

39 nœuds sera utiliseacute pour les diffeacuterents sceacutenarios de nos simulations Ce reacuteseau repreacutesente

une simplification du reacuteseau de transport de la reacutegion Nouvelle Angleterre (nord-est des Etats-

Unis) Il srsquoagit donc drsquoune partie drsquoun reacuteseau reacuteel ameacutericain Ce reacuteseau fonctionne agrave 100

kV et comporte 10 geacuteneacuterateurs (119875119866119905119900119905119886119897119890= 619 Gw 119876119866119905119900119905119886119897119890= 113 Gvar) et 39 nœuds dont

19 nœuds de charge et 48 lignes Un scheacutema complet de ce reacuteseau est preacutesenteacute par la figure

IV6) [36]

Les donneacutees des jeux de barres ainsi que les caracteacuteristiques des branches sont

indiqueacutees dans lrsquoannexe A1

Le reacuteseau de transport IEEE-39 nœuds est constitueacute de 3 reacutegions (figure IV7) Chaque

reacutegion contient des nœuds PV et des nœuds PQ ainsi des geacuteneacuterateurs synchrones

(IV11)

Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas

correcteur obtenu par les moyens de la parameacutetrisation locale

λ

Correcteur

Correcteur

x

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

88

En utilisant la technique du CPF la stabiliteacute de tension est eacutetudieacutee Le comportement du

systegraveme test consideacutereacute avec et sans les dispositifs FACTS sous diffeacuterentes conditions de

charge est eacutetudieacute Lrsquoemplacement des FACTS est deacutetermineacute agrave travers le CPF

Un modegravele classique PQ est utiliseacute pour les charges Les limites des geacuteneacuterateurs sont

ignoreacutees Lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension est effectueacutee en commenccedilant agrave partir dun point

de fonctionnement stable initiale et en augmentant ensuite les charges par le facteur 120582 jusqursquoagrave

atteindre le point de singulariteacute de la lineacutearisation de lrsquoeacutecoulement de puissance

Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

89

Lorganigramme de la stabiliteacute de tension avec les FACTS en utilisant la meacutethode CPF

est illustreacute par la figure (IV8)

De la figure (IV8) on peut observer que les eacutequations des dispositifs FACTS sont

ajouteacutees dans les eacutequations de lrsquoeacutecoulement de puissance Les nouvelles eacutequations de

lrsquoeacutecoulement de puissance sont ensuite utiliseacutees dans le pas correcteur du processus CPF

Zone I

Noeuds (PQ) 4 5 6

7 8 910 11 12 13

14

Noeuds (PV) 31 32 39

Zone II

Noeuds(PQ) 1 2 3 17 18 25 26

27

Noeuds(PV) 3037

Zone III

Noeuds (PQ) 15 16 19 20 21 22 23 24

28 29

Noeuds (PV) 3334353638

Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds

Reacuteseau IEEE 39-nœuds

Geacuteneacuterateurs synchrones

30 31323334353637

3839

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

90

IV5) Emplacement du STATCOM

Fixer le nombre des points du CPF

Reacutesoudre les eacutequations de

lrsquoeacutecoulement de puissance de

charge avec les FACTS

Reacutesoudre les eacutequations de

lrsquoeacutecroulement de charge avec les

FACTS

Nombres des points de CPF

Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS

Lire les donneacutees

Pas preacutedicteur dans la meacutethode

CPF

Creacuteer les eacutequations de lrsquoeacutecoulement

de puissance avec les eacutequations du

FACTS

La courbe PV

complegravete

Fin

Deacutebut

Pas correcteur dans la meacutethode

CPF

Non

Oui

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

91

IV5) Emplacement du STATCOM

Drsquoapregraves le profil de tension (figure IV9) ainsi une preacutesentation des nœuds critiques sur

la figure (IV10) et leurs courbes V(p) obtenues par la meacutethode du CPF illustreacutee aux figures

(IV11 IV12 IV13) nous implanterons le STATCOM sur le nœud de charge le plus fragile

du reacuteseau de transport Le point de chargement maximal ou le point de bifurcation quand la

matrice jacobienne est singuliegravere survient agrave 120640=22806 pu

Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone

Reacuteseau IEEE 39-nœuds

Zone I

Les noeuds fragiles

875641214

le noeud le plus critique 8

Zone II

Les noeuds fragiles

3181727

le noeud le plus critique 3

Zone III

Les noeuds fragiles

1516242128

le noeud le plus critique 15

Figure IV9 Profil des tensions du reacuteseau IEEE 39-nœuds

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

92

Le calcul du CPF sur le reacuteseau seul (crsquoest ndash agrave dire sans y inseacuterer le STATCOM) a

montreacute que le nœud concerneacute est le nœud 8 de la zone 1

IV51) Impact du STATCOM

Apregraves la deacutetermination du nœud fragile du reacuteseau consideacutereacute et qui a besoin drsquoecirctre

soutenus les valeurs nominales (the ratings) du STATCOM doivent ecirctre choisies il est agrave

Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de

base)

0 05 1 15 2 25

065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

X 228

Y 07822

Lambda(pu)

Tensio

ns(pu)

Zone 3

V15

V16

V21

V24

V28

Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme

(eacutetat de base)

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

115

12

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu

)

Zone 2

V3

V17

V18

V27

Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1

du systegraveme (eacutetat de base)

0 05 1 15 2 250

02

04

06

08

1

12

14

X 228

Y 06766

Lambda (pu)

Tensio

ns(p

u)

Zone 1

V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

93

preacutevoir que par lintroduction du STATCOM aux nœuds critiques le profil de tension sera

plat et le facteur de charge du systegraveme va augmenter

Les gestionnaires des reacuteseaux eacutelectriques imposent une toleacuterance de plusmn 5 sur la tension

du reacuteseau de transport pour garantir une qualiteacute de distribution de lrsquoeacutelectriciteacute Nous

prendrons donc 119880119898119894119899 = 095pu et 119880119898119886119909 = 105 pu (soit respectivement 95KV et 105 KV

pour notre reacuteseau de transport de 100KV nominal) On obtient les valeurs nominales de la

puissance reacuteactive du STATCOM par [21]

119876119898119886119909 = 119868119871119898119886119909 lowast 119880119898119886119909

Et

119876119898119898119894119899 = 119868119888119898119886119909 lowast 119880119898119894119899

Drsquoougrave 119883119878119871 = 119880max minus 119880119898119894119899

119868119871119898119886119909minus 119868119888119898119886119909

Avec

119868119871119898119886119909 Courant inductif maximum

119868119888119898119886119909 Courant capacitif maximum

119880119898119886119909 119880119898119894119899 tension limites en reacutegulation

119883119878119871 ∶ Pente de la caracteacuteristique statique dans la zone de fonctionnement en reacutegulation

Quand le STATCOM est connecteacute au nœud 8 on observe drsquoapregraves la figure (IV14) que

les nœuds les plus fragiles de la zone 1 ont un profil de tension plus plat que lrsquoeacutetat de base et

introduire le STATCOM va augmenter le facteur de charge agrave la valeur maximale Comme

attendu le point de bifurcation pour le STATCOM placeacute au nœud 8 survient agrave une valeur de

charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 231 pu Sa puissance reacuteactive capacitive calculeacutee drsquoapregraves les

eacutequations IV12 et IV13 est de ndash 380 Mvar + 420 Mvar pour une puissance de base de

100MVA

(IV12)

(IV13)

(IV14)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

94

IV511) Profils des tensions et les pertes de puissances dans le

systegraveme

Les profils des tensions du cas de base et du systegraveme avec le STATCOM sont illustreacutes

agrave la figure (IV15) Il est eacutevident agrave partir de cette figure que le STATCOM fournit un meilleur

profil de tension au point drsquoeffondrement de tension compareacute agrave lrsquoeacutetat de base Cela est ducirc au

fait que le STATCOM est installeacute au nœud le plus faible

Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV16)

et la figure (IV17) respectivement Lrsquoaugmentation des pertes au voisinage du point

drsquoeffondrement est faible dans le cas du STATCOM placeacute au nœud 8

Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Ten

sion

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 8

Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

X 2315

Y 07441

Lambda(pu)

Tensio

ns(p

u

Zone STATCOM au 8

V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

95

La figure (IV18) illustre le paramegravetre de charge pour diffeacuterents emplacements du

STATCOM sur les nœuds les plus critiques des 3 zones selon les courbes V(p) des figures

(IV11 IV12 et IV13)

Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives

avec STATCOM au nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Zone 1 avec STATCOM au noeud 8

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 8

Figure IV17 Profils de pertes de

puissances reacuteactives avec STATCOM au

nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 1 avec STATCOM au noeud 8

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 8

Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM

[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

225

226

227

228

229

23

231

232

233

234

Base STATACOM aunœud 08

STATACOM aunœud 03

STATACOM aunœud 15

22806

23164232

234

Paramegravetre de charge(pu)

Paramegravetre decharge(pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

96

Puisque notre but agrave travers la recherche de lrsquoemplacement ideacuteal du dispositif

STATCOM est drsquoaugmenter la stabiliteacute de tension c-agrave-d maximiser le facteur de charge 120582 du

systegraveme tous en controcirclant la tension et minimisant les pertes des puissances actives et

reacuteactives nous placcedilons le mecircme STATCOM sur ces diffeacuterents nœuds fragiles et nous

observons lrsquoimpact qursquoil peut apporter

Le STATCOM placeacute sur le nœud 3 de la zone 2 et le nœud 15 de la zone 3 offre le

maximum du facteur de charge (voir figure IV18)

Les courbes V(p) avec le STATCOM sur les nœuds 3 et 15 sont illustreacutes sur les figures

(IV19) et (IV20) ainsi leurs profils des tensions sont illustreacutes sur les figures (IV21) et

(IV22)

Drsquoapregraves ces figures on constate une leacutegegravere ameacutelioration de tension sur les nœuds 2 3 et

4 pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3

Pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 15 on remarque sur les profils des

tensions une leacutegegravere baisse de tension sur les nœuds 5 6 7 8 9 11 et 13 et une ameacutelioration

pour les nœuds 15 16 17 18 et 20

Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au

nœud 03

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

115

12

Lambda(pu)

Tensio

n (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

X 2325

Y 08385

V3

V17

V18

V27

Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au

nœud 15

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

X 234

Y 07461

Lambda(pu)

Tensio

ns(p

u)

Zone 3 avec STATCOM au noeud 15

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

97

Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV23)

et la figure (IV24) respectivement pour le STATCOM au nœud 3 et les figures (IV25) et

(IV26) pour le STATCOM au nœud 15 Lrsquoaugmentation des pertes actives et reacuteactives au

voisinage du point drsquoeffondrement est grande dans le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3

et 15 presque pour tous les nœuds

Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme

avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 3

Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme

avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns(p

u)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 15

Figure IV23 Profils de pertes de puissances

actives avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 03

Figure IV24 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 03

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

98

IV512) Synthegravese

Les diffeacuterents emplacements du STATCOM preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE

39 nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV27) et

(IV28) syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du STATCOM Notre choix du nœud 8

comme un nœud fragile qui avait besoin drsquoecirctre soutenu est raisonnable vu lrsquoapport qursquoil a

fourni (figure IV28)

Figure IV25 Profils de pertes de puissance actives

avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 15

Figure IV26 Profils de pertes de puissance

reacuteactives avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 3 avec STATCOM au noeud 15

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 15

Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les

diffeacuterents emplacements du STATCOM [Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

0

20

40

60

80

100

Base STATCOMau 08

STATCOMau 03

STATCOMau 15

404 354 418 415

895298

738

9261 9249

Pertes de puissancesactives (pu)

Pertes de puissancesreacuteactives (pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

99

IV6) Emplacement du SSSC

Comme nous lrsquoavons deacutejagrave signaleacute dans le chapitre 2 Un SSSC fonctionne sans la

preacutesence drsquoune source de tension externe Il opegravere comme une source de tension en seacuterie agrave la

ligne Cette source geacutenegravere une tension en quadrature avec et controcircleacutee seacutepareacutement du courant

qui passe agrave travers la ligne dont le but drsquoaugmenter ou de diminuer la tension injecteacute en seacuterie

dans la ligne et par conseacutequence controcircler le flux de puissance qui passe agrave travers la ligne

Son fonctionnement est similaire agrave une compensation seacuterie par un condensateur Si on

eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant de la ligne on obtient le mecircme

reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un condensateur

119880119902 = minus119895 119883119888119868

Avec

119883119888 Reacuteactance capacitive du condensateur

(IV15)

Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du STATCOM

[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

07846081614

073999

0

02

04

06

08

1

12

1 5 10 15 20 25 30 35

Zone 1 (08)

Zone 2 (03)

Zone 3 (15)

Base

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

100

Mais comme le SSSC est une source de tension il peut alors maintenir une tension

constante puisque il la controcircle indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC

peut augmenter ou diminuer le flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant

la tension injecteacutee en seacuterie agrave la ligne

Dans nos simulations nous avons reacutegleacute la tension injecteacutee entre ses limites ainsi le taux de

compensation du SSSC

IV61) Impact du SSSC

Drsquoapregraves la figure (IV6) et la figure (IV9) le nœud 8 le plus fragile est alimenteacute par trois

lignes 8-5 8-7 et 8-9 Donc pour seacutelectionner lrsquoemplacement du SSSC nous allons nous baser

sur lrsquoaugmentation maximale de la puissance au point de lrsquoeffondrement [34] Les figures

(IV29) et (IV30) montrent clairement que les puissances actives et reacuteactives sur la ligne 15

(8-9) sont maximales au point de lrsquoeffondrement de tension

Apregraves lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 15 les figures (IV31) (IV32) et (IV33)

montrent les courbes V(p) des 3 zones le point de bifurcation pour le SSSC inseacutereacutee sur la

ligne 15 survient agrave une valeur de charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 239 pu Nous pouvons

remarquer que les courbes V(p) gardent toujours la partie infeacuterieure (partie instable) de la

courbe

Figure IV29 Puissances actives

maximales au point drsquoeffondrement

0 05 1 15 2-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Lambda (pu)

Puis

sance a

ctives (

pu

X 228

Y -08897

X 228

Y 4079

X 228

Y 7041

PBUS05 BUS08

PBUS07 BUS08

PBUS08 BUS09

Figure IV30 Puissances reacuteactives

maximales au point drsquoeffondrement

0 05 1 15 2-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

Lambda (pu)

Puis

sances r

eacuteactives(p

u)

X 228

Y 1762

X 228

Y -05669

X 228

Y -4221

QBUS05 BUS08

QBUS07 BUS08

QBUS08 BUS09

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

101

Les profils des tensions des pertes actives et reacuteactives sont illustreacutes sur les figures

(IV34) (IV35) (IV36) respectivement

Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC

sur la ligne 15

0 05 1 15 2 25065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

115

X 239

Y 07389

Lambda (pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 2 avec SSSS sur la ligne 15

V3

V17

V18

V27

Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec

SSSC sur la ligne 15

0 05 1 15 2 250

02

04

06

08

1

12

14

X 239

Y 06732

Lambda(pu)

Tensio

n(p

u)

Zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15

0 05 1 15 2 2505

06

07

08

09

1

11

12

X 239

Y 06487

Lambda (pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 avec SSSC sur la ligne 15

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

102

Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tens

ions

(pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 15

Figure IV35 Profils de pertes de

puissances actives avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 15

Figure IV36 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

103

Drsquoapregraves ces reacutesultats nous pouvons conclure que le SSSC inseacutereacute sur la ligne 15 de la

zone 1 nrsquoa pas ameacutelioreacute les profils de tension les pertes actives et reacuteactives au point

drsquoeffondrement de tension

Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion pour le SSSC nous allons le placeacute dans

la zone 3 ougrave se trouve le 2egraveme nœud fragile drsquoapregraves la courbe de la figure IV9 qui est le nœud

15

Nos simulations nous en permettent de trouver 2 situations critiques lors de

lrsquoeffondrement de tension sur la ligne 45 (22- 35) et la ligne 48 (29- 38) leurs puissances

actives et reacuteactives au point drsquoeffondrement sont illustreacutees par les figures (IV37) et (IV38)

IV611) SSSC inseacutereacute sur la ligne 45

Nous avons inseacutereacute le SSSC sur la ligne 45 entre le nœud 22 et le nœud 35 la courbe

V(p) de la zone 3 (zone drsquoinsertion du SSSC) les profils de tensions les pertes actives et

reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV39) (IV40) (IV41) et (IV42) respectivement

Figure IV37 Puissances actives

maximales au point drsquoeffondrement de la

zone 3

0 05 1 15 2-20

-15

-10

-5

0

5

X 228

Y -1513

Lambda (pu)

Puis

sances a

ctives (

pu)

Zone 3 Etat de base

X 228

Y -1895

PBUS22 BUS35

PBUS29 BUS38

Figure IV38 Puissances reacuteactives

maximales au point drsquoeffondrement de la

zone 3

0 05 1 15 2-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

X 2281

Y -3841

Lambda (pu)

puis

sances r

eacuteactives (

pu)

Zone 3 Etat de base

X 2281

Y -945Q

BUS22 BUS35

QBUS29 BUS38

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

104

Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 45 les profils des tensions sont meilleurs par apport

agrave ceux du SSSC sur la ligne 15 de la zone 1

IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48

Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion du SSSC sur notre reacuteseau de transport

nous allons lrsquoinseacutereacute sur la ligne 48 entre le nœud 29 et le nœud 38 la courbe V(p) les profils

de tensions les pertes actives et reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV43) (IV44)

(IV45) et (IV46) respectivement

Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme

avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV41 Profils de pertes de puissances

actives avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV42 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec

SSSC sur la ligne 45

0 05 1 15 2 25065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

115

X 234

Y 07265

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 SSSC sur la ligne 45

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

105

Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 les profils des tensions ne sont pas meilleurs

par apport au cas du SSSC sur la ligne 45 mais pour les pertes reacuteactives lrsquoinsertion sur la

ligne 48 est meilleure que pour lrsquoinsertion sur la ligne 45

Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec

SSSC sur la ligne 48

0 05 1 15 2 25

065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

X 2306

Y 0704

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 avec SSSC sur la ligne 48

V15

V16

V21

V24

V28

Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme

avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 48

Figure IV46 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Petes reacuteactiv

es (pu)

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48

Figure IV45 Profils de pertes de puissances

actives avec SSSC sur la ligne 48

Figure (IV45) Profils de pertes de puissance

actives avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pertes activ

es (pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 48

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

106

IV613) Synthegravese

Les diffeacuterents emplacements du SSSC preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE 39

nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV47) et (IV48)

syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du SSSC

Lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 45 de la zone 3 nous a fourni des meilleurs reacutesultats au

point drsquoeffondrement

Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC

[Extrait de lrsquoannexe B1 B3]

222

224

226

228

23

232

234

236

238

24

Base SSSC agrave laligne 15

SSSC agrave laligne 45

SSSC agrave laligne 48

22806

239

234

23

Paramegravetre de charge(pu)

Paramegravetre de charge(pu)

Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents

emplacements du SSSC [Extrait de lrsquoannexe B1 B3]

0

20

40

60

80

100

120

Base SSSC agrave laligne 15

SSSC agrave laligne 45

SSSC agrave laligne 48

404 466 402 363

89529810482

8381 8211

Pertes Actives (pu)

Pertes Reactives (pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

107

IV7) Conclusion

Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre une eacutetude de lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute des

reacuteseaux eacutelectriques en y inseacuterant deux systegravemes FACTS le STATCOM (Static Synchronous

Compensator) et le SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Le reacuteseau utiliseacute pour

les simulations est le reacuteseau de transport IEEE_39 nœuds Lrsquoanalyse des performances du

reacuteseau porte sur le support du profil de tension lrsquoaugmentation de la stabiliteacute en tension et la

diminution des pertes actives et reacuteactives et ce pour lrsquoeffondrement de tension Le

programme utiliseacute est un logiciel de calcul drsquoeacutecoulement de puissance (PF) et le calcul

continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) [PSAT]

Les tests effectueacutes ont montreacute plusieurs reacutesultats inteacuteressants Tout drsquoabord le systegraveme

FACTS shunt (le STATCOM) assure une stabilisation globale du reacuteseau En effet dans tous

les cas le STATCOM tend soit agrave stabiliser tous les nœuds soit en agrave stabiliser certains sans

affecter les autres En tout eacutetat de cause ce systegraveme nrsquoa jamais deacutestabiliseacute un nœud quel qursquoil

soit En fait le STATCOM ameacuteliore les performances du reacuteseau eacutelectrique (surtout en termes

de stabiliteacute et de soutien de tension) en fournissant de la puissance reacuteactive dans la zone de

charge Ceci doit ecirctre nuanceacute en ce qui concerne le compensateur seacuterie Si celui ndashci peut avoir

un bon comportement local crsquoest-agrave-dire dans la zone ougrave il est implanteacute en augmentant le

paramegravetre de charge il peut deacutestabiliser certains nœuds du reacuteseau Cette deacutestabilisation risque

drsquoecirctre importante Pour ecirctre efficace un SSSC doit ecirctre implanteacute sur une ligne preacutesentant des

puissances maximales au point drsquoeffondrement

Les reacutesultats obtenus pour la stabiliteacute de tension restent valables pour le support du

profil de tension On peut toutefois noter que la stabiliteacute drsquoun nœud ne deacutepend pas

uniquement de son niveau de tension crsquoest-agrave-dire qursquoun nœud agrave tension eacuteleveacutee peut malgreacute

tout ecirctre instable

Gracircce agrave lrsquoinsertion de ces deux systegravemes FACTS on pourra suivant les cas eacuteviter un

effondrement de tension du reacuteseau Les FACTS ont donc un apport beacuteneacutefique en termes de

seacutecuriteacute du reacuteseau

108

Conclusion geacuteneacuterale

Conclusion geacuteneacuterale

109

Le deacuteveloppement de leacutelectronique de puissance a permet dameacuteliorer la gestion des

reacuteseaux eacutelectriques en introduisant un nouveau concept par les systegravemes de transmission de

leacutenergie agrave courant alternatif flexible appeleacutee FACTS avec lesquels le controcircle du flux de

puissance active et reacuteactive ainsi que laugmentation des capaciteacutes de charge des lignes sont

atteints et performeacutes par linjection des tension (ou courant) des convertisseur conccedilus avec des

interrupteurs statiques modernes commandeacutees en ouverture et en fermeture tels que les GTO

IGBT concernant la nouvelle geacuteneacuteration de ces systegravemes FACTS

Dans le contexte de lrsquoinsertion des systegravemes FACTS dans les reacuteseaux eacutelectriques nous

avons orienteacute nos travaux vers lrsquoeacutetude de la stabiliteacute de tension en reacutegime statique

speacutecialement lrsquoemplacement optimal des dispositifs FACTS en utilisant le calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance

Nous avons dans ce cadre choisi drsquoeacutetudier le comportement de deux dispositifs FACTS

qui sont

le Compensateur Statique Synchrone le STATCOM (Static Synchronous

Compensator)

le Conpensateur statique seacuterie synchrone le SSSC (Static Synchronous Series

Compensator

Ces dispositifs ont eacuteteacute choisis comme base de deacutepart en vue de lrsquoeacutetude ulteacuterieure de

systegravemes FACTS plus complexes

Lrsquoimpact des systegravemes FACTS sur lrsquoeffondrement de tension a eacuteteacute meneacute agrave bien agrave lrsquoaide

de deux logiciels le PSAT et le MATLAB et deux modegraveles FACTS ont eacuteteacute utiliseacutes Pour les

simulations statiques nous avons utiliseacute le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds le facteur de

charge a eacuteteacute calculeacute par la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF)

Cette technique a montreacute ses capaciteacutes agrave surmonter les problegravemes de la singulariteacute de la

matrice jacobienne rencontreacutes dans les algorithmes standards de calcul de lrsquoeacutecoulement de

puissance

Les simulations statiques ont montreacute lrsquoapport incontestable des FACTS dans

lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute de tension Le systegraveme FACTS shunt le STATCOM stabilise le

reacuteseau de faccedilon globale alors que le SSSC a un meilleur comportement local Lrsquoimplantation

Conclusion geacuteneacuterale

110

du SSSC doit ecirctre faite sur une ligne preacutesentant des puissances maximales au point de

lrsquoeffondrement Ces reacutesultats sont eacutegalement valables en ce qui concerne le support du profil

de tension Les FACTS ameacuteliorent le niveau de seacutecuriteacute du reacuteseau car on pourra gracircce agrave leur

insertion et suivant les cas eacuteviter lrsquoeffondrement de tension

Nous pouvons maintenant eacutenoncer quelques perspectives ayant pour objectif de

compleacuteter ce que nous avons preacutesenteacute dans ce rapport de meacutemoire

bull Comparaison entre tous les types des FACTS et leur impact sur le pheacutenomegravene de

lrsquoeffondrement de tension

bull Lorsque les compensations shunt et seacuterie seront bien connues nous pourrons alors nous

inteacuteresser aux deacutephaseurs commandeacutes par thyristors et agrave lrsquoUPFC le compensateur

universel qui reacuteunit agrave lui seul les fonctions FACTS de compensation shunt et seacuterie et de

deacutephasage

bull Pour les besoins de la deacutetermination de lrsquoemplacement optimal des FACTS nous

proposons pour un futur travail de deacutevelopper un programme baseacute sur les meacutethodes

heuristiques qui simule lrsquoemplacement optimal des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique

bull Le raccordement des eacutenergies renouvelables aux reacuteseaux intelligents dits laquosmart

gridsraquo lrsquoun des deacutefis des eacutenergies renouvelables telles que lrsquoeacuteolien ou le solaire reacuteside

dans le risque drsquointerruption de leur production dont la stabiliteacute est menaceacutee par leur

caractegravere aleacuteatoire Les systegravemes FACTS apportent une solution agrave ce problegraveme de

capaciteacute et de stabiliteacute du reacuteseau lequel integravegre une part croissante deacutenergie

renouvelable

111

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112

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115

Annexes

116

117

A Donneacutees du reacuteseau IEEE 39 nœuds

Lines Power

rating

(MVA)

Voltage

Rating

(kV)

Frequence

rating

(Hz)

Trnasfo-

magnitude

Resistance

(pu)

Reactance

(pu)

Supstance

1-2 100 100 60 000000 000350 004110 069870

1-39 100 100 60 000000 00010 002500 075000

1-39 100 100 60 000000 000200 005000 037500

2-3 100 100 60 000000 000130 001510 025720

2-25 100 100 60 000000 000700 000860 014600

3-4 100 100 60 000000 000130 002130 022140

3-18 100 100 60 000000 000110 001330 021380

4-15 100 100 60 000000 000080 001280 013420

4-14 100 100 60 000000 000080 001290 013820

5-6 100 100 60 000000 000020 000260 004340

5-8 100 100 60 000000 000080 001120 014760

6-7 100 100 60 000000 000060 000920 011300

6-11 100 100 60 000000 000070 000820 013890

7-8 100 100 60 000000 000040 000460 007800

8-9 100 100 60 000000 000230 003630 038040

9-39 100 100 60 000000 000100 002500 120000

10-11 100 100 60 000000 000040 000430 007290

10-13 100 100 60 000000 000040 000430 007290

13-14 100 100 60 000000 000090 001010 017230

14-15 100 100 60 000000 000180 002170 036600

15-16 100 100 60 000000 000090 000940 017100

16-17 100 100 60 000000 000070 000890 013420

16-19 100 100 60 000000 000160 001950 030400

16-21 100 100 60 000000 000080 001350 025480

16-24 100 100 60 000000 000030 000590 006800

17-18 100 100 60 000000 000070 000820 013190

17-27 100 100 60 000000 000130 001730 032160

21-22 100 100 60 000000 000080 001400 025650

22-23 100 100 60 000000 000060 000960 018460

23-24 100 100 60 000000 000220 003500 036100

25-26 100 100 60 000000 000320 003230 051300

26-27 100 100 60 000000 000140 001470 023960

26-28 100 100 60 000000 000430 004740 078020

26-29 100 100 60 000000 000570 006250 102900

28-29 100 100 60 000000 000140 001510 024900

2-30 100 100 60 102500 000000 001810 000000

6-31 100 100 60 107000 000000 002500 000000

6-31 100 100 60 107000 000000 005000 000000

10-32 100 100 60 107000 000000 002000 000000

12-11 100 100 60 100600 000160 004350 000000

12-13 100 100 60 100600 000160 004350 000000

19-20 100 100 60 106000 000070 001380 000000

19-33 100 100 60 107000 000070 001420 000000

20-34 100 100 60 100900 000090 001800 000000

22-35 100 100 60 102500 000000 001430 000000

23-36 100 100 60 100000 000050 002720 000000

25-37 100 100 60 102500 000060 002320 000000

29-38 100 100 60 102500 000080 001560 000000

118

Ndeg du geacuteneacuterateur

H (sec)

119877119886 119883prime119889 119883prime119902 119883119889 119883119902 119879prime119889119900 119879prime119902119900 119883119897

1 50000 0 00006 0008 002 0019 7 07 0003

2 303 0 00697 0170 0295 0282 656 15 0035

3 353 0 00531 00876 02495 0237 57 15 00304

4 286 0 00436 0166 0262 0258 569 15 00295

5 260 0 0132 0166 067 062 54 044 0054

6 348 0 005 00814 0254 0241 73 04 00224

7 264 0 0049 0186 0295 0292 566 15 00322

8 243 0 0057 00911 02920 0280 67 041 0028

9 345 0 0057 00587 02106 0205 479 196 00298

10 420 0 0031 0008 01 0069 102 0 00125

Ndeg du geacuteneacuterateur

119870119860 119879119860 119881119877119872119868119873 119881119877119872119860119883 119870119864 119879119864 119870119865 119879119865 1198621 1198622

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2 62 005 -10 10 -0633 0405 057 05 066 088

3 50 006 -10 10 -00198 05 008 10 013 034

4 50 006 -10 10 -00525 05 008 10 008 0314

5 400 002 -100 -100 -10 0785 003 10 007 091

6 50 002 -10 10 -00419 0417 00754 1246 0064 0251

7 400 002 -65 65 -10 073 003 10 053 074

8 50 002 -10 10 -0047 0528 00854 126 0072 0282

9 400 002 -105 105 -10 14 003 10 062 085

10 50 006 -10 10 -00485 025 004 1 008 026

Annexe A1 Donneacutees du reacuteseau IEEE 39-nœud

119

B Reacutesultats du power flow avec le PSAT

POWER FLOW REPORT

P S A T 219

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail federicomilanoucdie

website faraday1ucdiepsathtml

File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeb_d_Ieee39

Date 09-Jun-2017 153332

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 337

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

120

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 098837 -066635 0 0 0 0

BUS02 091007 -052232 0 0 0 0

BUS03 077924 -068701 0 0 73428 005473

BUS04 065385 -074122 0 0 114019 41959

BUS05 066496 -062088 0 0 0 -044217

BUS06 067682 -055724 0 0 0 0

BUS07 063518 -07578 0 0 53315 19155

BUS08 063731 -080455 0 0 119035 40135

BUS09 088016 -076257 0 0 0 0

BUS10 072414 -036303 0 0 0 0

BUS11 070043 -042663 0 0 0 0

BUS12 063569 -043042 0 0 019383 20067

BUS13 070204 -042245 0 0 0 0

BUS14 067659 -057193 0 0 0 0

BUS15 069422 -062942 0 0 72972 3489

BUS16 076104 -052743 0 0 75116 073656

BUS17 076356 -060644 0 0 0 0

BUS18 076264 -066831 0 0 3603 068411

BUS19 091709 -024485 0 0 0 0

BUS20 089167 -031561 0 0 155065 23488

BUS21 077199 -035331 0 0 62482 26224

BUS22 088171 -006877 0 0 0 0

BUS23 086321 -008056 0 0 56439 19292

BUS24 07756 -051796 0 0 70372 -21025

BUS25 093695 -045068 0 0 5108 10763

BUS26 083005 -050209 0 0 31697 038766

121

BUS27 077377 -062834 0 0 64079 17217

BUS28 086833 -029065 0 0 46976 062938

BUS29 090865 -013955 0 0 64649 061342

BUS30 10475 -04087 58254 95686 0 0

BUS31 098193 0 133488 175863 020979 01049

BUS32 098303 010972 151461 187014 0 0

BUS33 099716 -000678 147267 10807 0 0

BUS34 10123 -008336 118373 79733 0 0

BUS35 10492 017356 151459 157144 0 0

BUS36 10635 031043 13049 101381 0 0

BUS37 10278 -013919 125829 6659 0 0

BUS38 10265 018789 193404 113176 0 0

BUS39 103 -074024 233017 127501 251753 57009

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -07402

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 000039

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098206

e1d_Syn_2 000015

delta_Syn_3 011009

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098313

e1d_Syn_3 000028

delta_Syn_4 -00064

omega_Syn_4 1

122

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000032

delta_Syn_5 -008265

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000057

delta_Syn_6 017388

omega_Syn_6 1

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 031077

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 00003

delta_Syn_8 -013886

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000027

delta_Syn_9 018826

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000028

delta_Syn_10 -040867

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

123

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098193

vr1_Exc_2 10001

vr2_Exc_2 -1179

vf_Exc_2 098246

vm_Exc_3 098303

vr1_Exc_3 10012

vr2_Exc_3 -07868

vf_Exc_3 09835

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079795

vf_Exc_4 099744

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030385

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10492

vr1_Exc_6 10706

vr2_Exc_6 -067176

vf_Exc_6 10496

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10855

vr2_Exc_7 -031913

vf_Exc_7 10638

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073425

vf_Exc_8 1028

124

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57287

tg2_Tg_2 57287

tg3_Tg_2 43538

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

125

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

tg3_Tg_10 19

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 233017

p_Syn_1 233017

q_Syn_1 127501

vf_Syn_2 098246

pm_Syn_2 133489

p_Syn_2 133488

q_Syn_2 175863

vf_Syn_3 09835

pm_Syn_3 151461

p_Syn_3 151461

q_Syn_3 187014

vf_Syn_4 099744

pm_Syn_4 147267

p_Syn_4 147267

q_Syn_4 10807

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 118373

126

p_Syn_5 118373

q_Syn_5 79733

vf_Syn_6 10496

pm_Syn_6 151462

p_Syn_6 151459

q_Syn_6 157144

vf_Syn_7 10638

pm_Syn_7 13049

p_Syn_7 13049

q_Syn_7 101381

vf_Syn_8 1028

pm_Syn_8 125829

p_Syn_8 125829

q_Syn_8 6659

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 193404

p_Syn_9 193404

q_Syn_9 113176

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 58254

p_Syn_10 58254

q_Syn_10 95686

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

127

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -29402 20187 005093 -003257

BUS01 BUS39 2 14701 -10093 000582 -023653

BUS01 BUS39 3 14701 -10093 000582 -023653

BUS02 BUS03 4 83713 76933 020549 22022

BUS02 BUS25 5 -5537 18564 029017 023195

BUS03 BUS04 6 15723 44591 004916 069085

BUS03 BUS18 7 -07493 097723 000298 -0091

BUS04 BUS05 8 -40818 -009527 003119 044062

BUS04 BUS14 9 -57969 -033235 006305 095555

BUS05 BUS06 10 -111502 -18364 005774 073114

128

BUS05 BUS08 11 70371 17427 00953 12716

BUS06 BUS07 12 95297 33531 01339 20045

BUS06 BUS11 13 -75986 -083911 008922 097932

BUS07 BUS08 14 40642 -056691 001668 016022

BUS08 BUS09 15 -091415 -42695 010425 14208

BUS09 BUS39 16 -10184 -56903 003659 -018671

BUS10 BUS11 17 7823 34845 005605 056551

BUS10 BUS13 18 73231 32305 004896 048928

BUS13 BUS14 19 71513 16135 00984 10223

BUS14 BUS15 20 1193 -069671 000707 -008669

BUS15 BUS16 21 -61113 -4099 010049 095887

BUS16 BUS17 22 51209 -045295 00319 032762

BUS16 BUS19 23 -102938 -39142 033316 38445

BUS16 BUS21 24 -75106 041206 007824 11706

BUS16 BUS24 25 -10399 -18394 000228 00046

BUS17 BUS18 26 43783 -019098 002304 019313

BUS17 BUS27 27 071071 -058958 000167 -016774

BUS21 BUS22 28 -13837 -3381 027167 4578

BUS22 BUS23 29 10372 15681 000291 -009404

BUS23 BUS24 30 83187 33043 023923 35628

BUS25 BUS26 31 15326 27558 004095 001147

BUS26 BUS27 32 57848 2892 008598 07485

BUS26 BUS28 33 -3195 -031065 006372 013951

BUS26 BUS29 34 -42678 -022476 015083 087458

BUS28 BUS29 35 -79563 -10795 011934 10905

BUS02 BUS30 36 -58254 -74984 0 20702

BUS06 BUS31 37 -65695 -25408 0 61999

BUS06 BUS31 38 -65695 -25408 0 61999

BUS10 BUS32 39 -151461 -6715 0 119864

129

BUS12 BUS11 40 -007516 -099262 000397 010795

BUS12 BUS13 41 -011868 -10141 000418 011357

BUS19 BUS20 42 38649 -17168 001672 032972

BUS19 BUS33 43 -144918 -60419 02349 47652

BUS20 BUS34 44 -116584 -43953 01789 3578

BUS22 BUS35 45 -151459 -95271 0 61873

BUS23 BUS36 46 -129283 -35713 012071 65668

BUS25 BUS37 47 -124678 -22077 011512 44514

BUS29 BUS38 48 -189592 -38828 038127 74347

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 29911 -20513 005093 -003257

BUS39 BUS01 2 -14643 077281 000582 -023653

BUS39 BUS01 3 -14643 077281 000582 -023653

BUS03 BUS02 4 -81658 -54911 020549 22022

BUS25 BUS02 5 58272 -16244 029017 023195

BUS04 BUS03 6 -15231 -37683 004916 069085

BUS18 BUS03 7 075229 -10682 000298 -0091

BUS05 BUS04 8 4113 053589 003119 044062

BUS14 BUS04 9 58599 12879 006305 095555

BUS06 BUS05 10 112079 25676 005774 073114

BUS08 BUS05 11 -69418 -047112 00953 12716

BUS07 BUS06 12 -93958 -13486 01339 20045

BUS11 BUS06 13 76878 18184 008922 097932

BUS08 BUS07 14 -40476 072713 001668 016022

130

BUS09 BUS08 15 10184 56903 010425 14208

BUS39 BUS09 16 1055 55035 003659 -018671

BUS11 BUS10 17 -77669 -2919 005605 056551

BUS13 BUS10 18 -72742 -27412 004896 048928

BUS14 BUS13 19 -70529 -059119 00984 10223

BUS15 BUS14 20 -11859 061002 000707 -008669

BUS16 BUS15 21 62118 50579 010049 095887

BUS17 BUS16 22 -5089 078056 00319 032762

BUS19 BUS16 23 106269 77587 033316 38445

BUS21 BUS16 24 75888 075852 007824 11706

BUS24 BUS16 25 10422 1844 000228 00046

BUS18 BUS17 26 -43553 038412 002304 019313

BUS27 BUS17 27 -070903 042184 000167 -016774

BUS22 BUS21 28 141087 7959 027167 4578

BUS23 BUS22 29 -10343 -16621 000291 -009404

BUS24 BUS23 30 -80794 025853 023923 35628

BUS26 BUS25 31 -14917 -27443 004095 001147

BUS27 BUS26 32 -56988 -21435 008598 07485

BUS28 BUS26 33 32587 045016 006372 013951

BUS29 BUS26 34 44187 10993 015083 087458

BUS29 BUS28 35 80756 21701 011934 10905

BUS30 BUS02 36 58254 95686 0 20702

BUS31 BUS06 37 65695 87407 0 61999

BUS31 BUS06 38 65695 87407 0 61999

BUS32 BUS10 39 151461 187014 0 119864

BUS11 BUS12 40 007913 11006 000397 010795

BUS13 BUS12 41 012285 11277 000418 011357

BUS20 BUS19 42 -38482 20465 001672 032972

BUS33 BUS19 43 147267 10807 02349 47652

131

BUS34 BUS20 44 118373 79733 01789 3578

BUS35 BUS22 45 151459 157144 0 61873

BUS36 BUS23 46 13049 101381 012071 65668

BUS37 BUS25 47 125829 6659 011512 44514

BUS38 BUS29 48 193404 113176 038127 74347

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1443043

REACTIVE POWER [pu] 1212158

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1402543

REACTIVE POWER [pu] 31686

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 405

REACTIVE POWER [pu] 895298

Annexe B1 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds (eacutetat de base)

132

CONTINUATION POWER FLOW REPORT

P S A T 218

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail FedericoMilanouclmes

website httpwwwuclmesareagseeWebFederico

File Cworkworkpsat 216psat 218psattestsPFE _2017PFE_SEVersion 2PFE_SESimulation

STATCOM_version 2b_d_Ieee39satatcomN08

Date 18-Jun-2017 183446

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 500

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

133

BUS01 09982 -053682 0 0 0 0

BUS02 093356 -040526 0 0 0 0

BUS03 083248 -056145 0 0 74588 005559

BUS04 075506 -060782 0 0 115819 42622

BUS05 078731 -051917 0 0 0 -061985

BUS06 079546 -047221 0 0 0 0

BUS07 07767 -061636 0 0 54157 19458

BUS08 07846 -06495 0 1e-005 120915 093843

BUS09 094102 -062322 0 0 0 0

BUS10 081535 -031761 0 0 0 0

BUS11 080223 -03697 0 0 0 0

BUS12 074304 -037112 0 0 019689 20384

BUS13 079549 -036353 0 0 0 0

BUS14 076855 -047744 0 0 0 0

BUS15 075482 -05163 0 0 74124 35441

BUS16 080356 -042235 0 0 76302 074819

BUS17 080696 -049169 0 0 0 0

BUS18 08103 -054653 0 0 36599 069492

BUS19 093308 -015476 0 0 0 0

BUS20 089997 -022503 0 0 157514 23859

BUS21 080567 -026193 0 0 63469 26638

BUS22 090079 000883 0 0 0 0

BUS23 088298 -000265 0 0 57331 19597

BUS24 081562 -041378 0 0 71484 -21357

BUS25 095503 -033343 0 0 51887 10933

BUS26 085531 -038802 0 0 32198 039379

BUS27 080829 -050935 0 0 6509 17489

BUS28 08815 -018388 0 0 47718 063932

134

BUS29 091752 -003447 0 0 6567 062311

BUS30 10475 -029318 58951 82418 0 0

BUS31 098195 0 134949 126708 021311 010655

BUS32 098304 0104 153273 141443 0 0

BUS33 099716 008297 149029 9774 0 0

BUS34 10123 000838 119789 75294 0 0

BUS35 10493 024882 153272 14353 0 0

BUS36 10635 038446 132051 93699 0 0

BUS37 10278 -002369 127335 58893 0 0

BUS38 10265 029432 195718 107923 0 0

BUS39 103 -06063 235805 99174 255729 5791

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -060625

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 000039

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098204

e1d_Syn_2 000015

delta_Syn_3 010437

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098312

e1d_Syn_3 000029

delta_Syn_4 008336

omega_Syn_4 1

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000032

135

delta_Syn_5 000911

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000058

delta_Syn_6 024915

omega_Syn_6 1

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 03848

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 00003

delta_Syn_8 -002336

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000028

delta_Syn_9 02947

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000028

delta_Syn_10 -029314

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098195

136

vr1_Exc_2 099998

vr2_Exc_2 -11788

vf_Exc_2 098233

vm_Exc_3 098304

vr1_Exc_3 10011

vr2_Exc_3 -078672

vf_Exc_3 09834

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079793

vf_Exc_4 099742

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030384

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10493

vr1_Exc_6 10705

vr2_Exc_6 -067175

vf_Exc_6 10496

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10855

vr2_Exc_7 -031913

vf_Exc_7 10638

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073424

vf_Exc_8 10279

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

137

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57229

tg2_Tg_2 57229

tg3_Tg_2 43494

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

138

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

tg3_Tg_10 19

ist_Statcom_1 4

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 235805

p_Syn_1 235805

q_Syn_1 99174

vf_Syn_2 098233

pm_Syn_2 13495

p_Syn_2 134949

q_Syn_2 126708

vf_Syn_3 09834

pm_Syn_3 153273

p_Syn_3 153273

q_Syn_3 141443

vf_Syn_4 099742

pm_Syn_4 149029

p_Syn_4 149029

q_Syn_4 9774

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 119789

139

p_Syn_5 119789

q_Syn_5 75294

vf_Syn_6 10496

pm_Syn_6 153274

p_Syn_6 153272

q_Syn_6 14353

vf_Syn_7 10638

pm_Syn_7 132051

p_Syn_7 132051

q_Syn_7 93699

vf_Syn_8 10279

pm_Syn_8 127335

p_Syn_8 127335

q_Syn_8 58893

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 195718

p_Syn_9 195718

q_Syn_9 107923

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 58951

p_Syn_10 58951

q_Syn_10 82418

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

140

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

vref_Statcom_1 1087

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -28037 16564 004173 -016258

BUS01 BUS39 2 14018 -082822 000477 -026649

BUS01 BUS39 3 14018 -082822 000477 -026649

BUS02 BUS03 4 85352 60288 016491 17143

BUS02 BUS25 5 -54854 23382 028801 022363

BUS03 BUS04 6 15487 28864 002097 020373

BUS03 BUS18 7 -063723 13726 000397 -009632

BUS04 BUS05 8 -4203 -14955 002777 036443

BUS04 BUS14 9 -58512 -008406 004804 069451

141

BUS05 BUS06 10 -114092 -13397 004257 05262

BUS05 BUS08 11 71784 009964 006653 084029

BUS06 BUS07 12 97568 16469 009295 13554

BUS06 BUS11 13 -79267 038477 006971 0728

BUS07 BUS08 14 42481 -16543 001373 011035

BUS08 BUS09 15 -074523 -34437 004342 03998

BUS09 BUS39 16 -078866 -38435 001309 -084056

BUS10 BUS11 17 81006 19153 004175 040109

BUS10 BUS13 18 72267 32265 003778 035886

BUS13 BUS14 19 70483 18322 007572 074431

BUS14 BUS15 20 10733 030933 000404 -016363

BUS15 BUS16 21 -63432 -30711 007799 071062

BUS16 BUS17 22 50068 -056869 002747 02623

BUS16 BUS19 23 -10422 -32119 029317 33425

BUS16 BUS21 24 -76042 085882 007274 10625

BUS16 BUS24 25 -10319 -16082 000166 -001185

BUS17 BUS18 26 43215 -062084 002043 015313

BUS17 BUS27 27 06578 -021016 000089 -019797

BUS21 BUS22 28 -140238 -28675 025194 42217

BUS22 BUS23 29 10514 15365 000274 -010306

BUS23 BUS24 30 84048 27448 022283 32842

BUS25 BUS26 31 16596 25876 003759 -004213

BUS26 BUS27 32 59316 24294 007946 066838

BUS26 BUS28 33 -32111 -013633 006074 008103

BUS26 BUS29 34 -43183 -005718 014609 079232

BUS28 BUS29 35 -80436 -085668 011761 1067

BUS02 BUS30 36 -58951 -6548 0 16938

BUS06 BUS31 37 -66409 -19488 0 43334

BUS06 BUS31 38 -66409 -19488 0 43334

142

BUS10 BUS32 39 -153273 -51418 0 90025

BUS12 BUS11 40 -005903 -1078 000342 009294

BUS12 BUS13 41 -013786 -096038 000276 007506

BUS19 BUS20 42 39641 -13164 001576 031072

BUS19 BUS33 43 -146793 -52379 022361 4536

BUS20 BUS34 44 -118031 -4013 017582 35164

BUS22 BUS35 45 -153272 -86257 0 57273

BUS23 BUS36 46 -130892 -30649 01159 63049

BUS25 BUS37 47 -126217 -15664 01118 43229

BUS29 BUS38 48 -191925 -33962 037929 73961

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 28454 -1819 004173 -016258

BUS39 BUS01 2 -13971 056173 000477 -026649

BUS39 BUS01 3 -13971 056173 000477 -026649

BUS03 BUS02 4 -83702 -43145 016491 17143

BUS25 BUS02 5 57734 -21145 028801 022363

BUS04 BUS03 6 -15277 -26826 002097 020373

BUS18 BUS03 7 06412 -14689 000397 -009632

BUS05 BUS04 8 42307 18599 002777 036443

BUS14 BUS04 9 58993 077857 004804 069451

BUS06 BUS05 10 114517 18659 004257 05262

BUS08 BUS05 11 -71119 074065 006653 084029

BUS07 BUS06 12 -96638 -029146 009295 13554

BUS11 BUS06 13 79964 034323 006971 0728

143

BUS08 BUS07 14 -42344 17647 001373 011035

BUS09 BUS08 15 078866 38435 004342 03998

BUS39 BUS09 16 080175 3003 001309 -084056

BUS11 BUS10 17 -80589 -15142 004175 040109

BUS13 BUS10 18 -71889 -28677 003778 035886

BUS14 BUS13 19 -69726 -10879 007572 074431

BUS15 BUS14 20 -10693 -047297 000404 -016363

BUS16 BUS15 21 64212 37817 007799 071062

BUS17 BUS16 22 -49793 083099 002747 02623

BUS19 BUS16 23 107152 65544 029317 33425

BUS21 BUS16 24 76769 020366 007274 10625

BUS24 BUS16 25 10336 15963 000166 -001185

BUS18 BUS17 26 -43011 077397 002043 015313

BUS27 BUS17 27 -065692 001218 000089 -019797

BUS22 BUS21 28 142758 70892 025194 42217

BUS23 BUS22 29 -10486 -16395 000274 -010306

BUS24 BUS23 30 -8182 053938 022283 32842

BUS26 BUS25 31 -1622 -26297 003759 -004213

BUS27 BUS26 32 -58521 -17611 007946 066838

BUS28 BUS26 33 32719 021736 006074 008103

BUS29 BUS26 34 44644 08495 014609 079232

BUS29 BUS28 35 81612 19236 011761 1067

BUS30 BUS02 36 58951 82418 0 16938

BUS31 BUS06 37 66409 62821 0 43334

BUS31 BUS06 38 66409 62821 0 43334

BUS32 BUS10 39 153273 141443 0 90025

BUS11 BUS12 40 006245 1171 000342 009294

BUS13 BUS12 41 014062 10354 000276 007506

BUS20 BUS19 42 -39483 16271 001576 031072

144

BUS33 BUS19 43 149029 9774 022361 4536

BUS34 BUS20 44 119789 75294 017582 35164

BUS35 BUS22 45 153272 14353 0 57273

BUS36 BUS23 46 132051 93699 01159 63049

BUS37 BUS25 47 127335 58893 01118 43229

BUS38 BUS29 48 195718 107923 037929 73961

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1460172

REACTIVE POWER [pu] 102682

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1424692

REACTIVE POWER [pu] 288773

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 35479

REACTIVE POWER [pu] 738047

Annexe B2 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du

STATCOM au nœud 8 (Zone 1)

145

POWER FLOW REPORT

P S A T 219

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail federicomilanoucdie

website faraday1ucdiepsathtml

File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeteste ssscb_d00

Date 09-Jun-2017 153006

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 336

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 099097 -068975 0 0 0 0

BUS02 091781 -05429 0 0 0 0

BUS03 079734 -070717 0 0 75617 005636

BUS04 066326 -076185 0 0 117417 43209

BUS05 066473 -064183 0 0 0 -044187

146

BUS06 067567 -057647 0 0 0 0

BUS07 063172 -078416 0 0 54904 19726

BUS08 063378 -083261 0 0 122583 41331

BUS09 087869 -078891 0 0 0 0

BUS10 072734 -037936 0 0 0 0

BUS11 070208 -044367 0 0 0 0

BUS12 063793 -044818 0 0 019961 20665

BUS13 070846 -044069 0 0 0 0

BUS14 069215 -059233 0 0 0 0

BUS15 07407 -064955 0 0 75147 3593

BUS16 081822 -05593 0 0 77354 075851

BUS17 080501 -063045 0 0 0 0

BUS18 079536 -068866 0 0 37104 07045

BUS19 093754 -029105 0 0 0 0

BUS20 090167 -036109 0 0 159687 24188

BUS21 087 -041123 0 0 64345 27006

BUS22 10049 -018383 0 0 0 0

BUS23 095617 -018974 0 0 58121 19867

BUS24 084024 -055252 0 0 7247 -21652

BUS25 094412 -04701 0 0 52603 11084

BUS26 08466 -05244 0 0 32642 039922

BUS27 0802 -06492 0 0 65988 1773

BUS28 087316 -031212 0 0 48376 064814

BUS29 091081 -015774 0 0 66575 06317

BUS30 10475 -042699 5993 9148 0 0

BUS31 098193 0 137349 178813 021605 010802

BUS32 098303 010582 155818 187617 0 0

BUS33 099716 -005013 151503 95238 0 0

BUS34 10123 -012399 121778 74705 0 0

147

BUS35 10492 -014155 155816 166126 0 0

BUS36 10635 017417 134243 63977 0 0

BUS37 10278 -015159 129449 64436 0 0

BUS38 10265 017894 198968 113339 0 0

BUS39 103 -076593 23972 128843 259257 58709

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -076589

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 00004

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098206

e1d_Syn_2 000016

delta_Syn_3 01062

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098313

e1d_Syn_3 000029

delta_Syn_4 -004973

omega_Syn_4 1

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000033

delta_Syn_5 -012326

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000059

delta_Syn_6 -014122

omega_Syn_6 1

148

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 017452

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 000031

delta_Syn_8 -015125

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000028

delta_Syn_9 017933

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000029

delta_Syn_10 -042696

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098193

vr1_Exc_2 10001

vr2_Exc_2 -1179

vf_Exc_2 098247

vm_Exc_3 098303

vr1_Exc_3 10012

vr2_Exc_3 -07868

149

vf_Exc_3 09835

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079793

vf_Exc_4 099741

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030384

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10492

vr1_Exc_6 10706

vr2_Exc_6 -067177

vf_Exc_6 10497

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10854

vr2_Exc_7 -03191

vf_Exc_7 10637

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073425

vf_Exc_8 1028

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

150

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57296

tg2_Tg_2 57296

tg3_Tg_2 43545

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

151

tg3_Tg_10 19

vcs_Sssc_1 024834

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 23972

p_Syn_1 23972

q_Syn_1 128843

vf_Syn_2 098247

pm_Syn_2 137351

p_Syn_2 137349

q_Syn_2 178813

vf_Syn_3 09835

pm_Syn_3 155818

p_Syn_3 155818

q_Syn_3 187617

vf_Syn_4 099741

pm_Syn_4 151503

p_Syn_4 151503

q_Syn_4 95238

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 121778

p_Syn_5 121778

q_Syn_5 74705

vf_Syn_6 10497

pm_Syn_6 155819

p_Syn_6 155816

q_Syn_6 166126

152

vf_Syn_7 10637

pm_Syn_7 134243

p_Syn_7 134243

q_Syn_7 63977

vf_Syn_8 1028

pm_Syn_8 129449

p_Syn_8 129449

q_Syn_8 64436

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 198968

p_Syn_9 198968

q_Syn_9 113339

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 5993

p_Syn_10 5993

q_Syn_10 9148

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

153

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

v0_Sssc_1 024834

pref_Sssc_1 -65

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -30454 19186 005128 -003514

BUS01 BUS39 2 15227 -095928 000595 -023441

BUS01 BUS39 3 15227 -095928 000595 -023441

BUS02 BUS03 4 85484 71305 019364 20591

BUS02 BUS25 5 -56521 19983 030072 02429

BUS03 BUS04 6 16592 48844 005583 079567

BUS03 BUS18 7 -086611 013058 000137 -011907

BUS04 BUS05 8 -40971 039838 003086 043458

BUS04 BUS14 9 -60412 -063061 006702 10172

BUS05 BUS06 10 -114034 -15612 005995 075982

BUS05 BUS08 11 72754 19668 010307 13807

BUS06 BUS07 12 98009 356 014314 21465

BUS06 BUS11 13 -77454 -1037 009353 10297

BUS07 BUS08 14 41674 -055909 00177 017236

154

BUS08 BUS09 15 -093637 -42784 010612 14517

BUS09 BUS39 16 -10425 -57301 003733 -016642

BUS10 BUS11 17 79843 37573 005898 059683

BUS10 BUS13 18 75975 26941 004921 049144

BUS13 BUS14 19 74265 099622 010083 10471

BUS14 BUS15 20 12175 -16987 001532 -000336

BUS15 BUS16 21 -63125 -52883 011043 10493

BUS16 BUS17 22 53385 093664 003081 030328

BUS16 BUS19 23 -106504 -28279 028885 3285

BUS16 BUS21 24 -79033 -21786 007988 11662

BUS16 BUS24 25 -094316 -30262 000444 004057

BUS17 BUS18 26 46012 064426 002338 018941

BUS17 BUS27 27 07065 -001089 000102 -019408

BUS21 BUS22 28 -144177 -60454 02571 42727

BUS22 BUS23 29 090684 49468 001558 007174

BUS23 BUS24 30 84057 39679 021112 30663

BUS25 BUS26 31 16131 24983 003604 -004873

BUS26 BUS27 32 59739 2273 008058 068314

BUS26 BUS28 33 -32701 -010726 006433 013216

BUS26 BUS29 34 -4391 -001791 015431 089643

BUS28 BUS29 35 -81721 -088757 012378 11369

BUS02 BUS30 36 -5993 -71751 0 1973

BUS06 BUS31 37 -67594 -2422 0 64646

BUS06 BUS31 38 -67594 -2422 0 64646

BUS10 BUS32 39 -155818 -64515 0 123103

BUS12 BUS11 40 -008249 -098751 000391 010623

BUS12 BUS13 41 -011712 -1079 000469 012744

BUS19 BUS20 42 39856 -11624 001542 030405

BUS19 BUS33 43 -149249 -49505 022544 45733

155

BUS20 BUS34 44 -119985 -38853 017926 35853

BUS22 BUS35 45 -155816 -15265 0 13477

BUS23 BUS36 46 -133266 -10795 009776 53183

BUS25 BUS37 47 -128261 -18513 011877 45923

BUS29 BUS38 48 -194987 -35705 039812 77634

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 30966 -19537 005128 -003514

BUS39 BUS01 2 -15167 072488 000595 -023441

BUS39 BUS01 3 -15167 072488 000595 -023441

BUS03 BUS02 4 -83548 -50713 019364 20591

BUS25 BUS02 5 59528 -17554 030072 02429

BUS04 BUS03 6 -16034 -40887 005583 079567

BUS18 BUS03 7 086747 -024965 000137 -011907

BUS05 BUS04 8 4128 003621 003086 043458

BUS14 BUS04 9 61082 16479 006702 10172

BUS06 BUS05 10 114633 2321 005995 075982

BUS08 BUS05 11 -71723 -058609 010307 13807

BUS07 BUS06 12 -96578 -14135 014314 21465

BUS11 BUS06 13 78389 20668 009353 10297

BUS08 BUS07 14 -41497 073145 00177 017236

BUS09 BUS08 15 10425 57301 010612 14517

BUS39 BUS09 16 10798 55637 003733 -016642

BUS11 BUS10 17 -79253 -31605 005898 059683

BUS13 BUS10 18 -75483 -22027 004921 049144

156

BUS14 BUS13 19 -73257 005086 010083 10471

BUS15 BUS14 20 -12022 16953 001532 -000336

BUS16 BUS15 21 64229 63376 011043 10493

BUS17 BUS16 22 -53077 -063336 003081 030328

BUS19 BUS16 23 109393 61129 028885 3285

BUS21 BUS16 24 79832 33448 007988 11662

BUS24 BUS16 25 09476 30668 000444 004057

BUS18 BUS17 26 -45779 -045485 002338 018941

BUS27 BUS17 27 -070548 -018318 000102 -019408

BUS22 BUS21 28 146748 103181 02571 42727

BUS23 BUS22 29 -089126 -48751 001558 007174

BUS24 BUS23 30 -81946 -090159 021112 30663

BUS26 BUS25 31 -1577 -2547 003604 -004873

BUS27 BUS26 32 -58934 -15898 008058 068314

BUS28 BUS26 33 33345 023942 006433 013216

BUS29 BUS26 34 45453 091434 015431 089643

BUS29 BUS28 35 82958 20245 012378 11369

BUS30 BUS02 36 5993 9148 0 1973

BUS31 BUS06 37 67594 88866 0 64646

BUS31 BUS06 38 67594 88866 0 64646

BUS32 BUS10 39 155818 187617 0 123103

BUS11 BUS12 40 00864 10937 000391 010623

BUS13 BUS12 41 012181 12065 000469 012744

BUS20 BUS19 42 -39702 14665 001542 030405

BUS33 BUS19 43 151503 95238 022544 45733

BUS34 BUS20 44 121778 74705 017926 35853

BUS35 BUS22 45 155816 166126 0 13477

BUS36 BUS23 46 134243 63977 009776 53183

BUS37 BUS25 47 129449 64436 011877 45923

157

BUS38 BUS29 48 198968 113339 039812 77634

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1484574

REACTIVE POWER [pu] 1164575

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1444346

REACTIVE POWER [pu] 326439

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 40229

REACTIVE POWER [pu] 838136

Annexe B3 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du

SSSC agrave la linge 45 (Zone 3)

Page 2: Mémoire - pmb.univ-saida.dz

Tout drsquoabord nous remercions Dieu le tout puissant

de nous avoir donneacute le courage et la patience durant

toutes ces anneacutees drsquoeacutetudes

Nous tenons agrave exprimer notre profonde

gratitude et nos reconnaissance envers

Dr BEKRIOL de nous avoir dabord proposeacute ce

thegraveme pour le suivi continuel tout le long de la

reacutealisation de ce meacutemoire et pour les conseils qursquoelle

nrsquoa cesseacute de nous donner et les remarques

Nos remercicircments vont aussi au Professeur

MEZIANER de lrsquouniversiteacute Dr Moulay el Tahar

pour avoir accepteacute de preacutesider ce jury de soutenance

et au Dr BOUANANEA drsquoavoir accepteacute

drsquoexaminer ce travail

Nos remerciements seacutetendent eacutegalement agrave tous nos

enseignants drsquoeacutelectrotechnique de lrsquouniversiteacute de

Saida durant nos anneacutees drsquoeacutetudes

Nous remercions eacutegalement Monsieur KAYED Y

chef de service eacutelectrique de la cimenterie de Saida

et ses eacuteleacutements et speacutecialement Aissa et Habib

Remerciements

Les systegravemes FACTS (Flexible AC Transmission Systems) sont pressentis pour

lrsquoameacutelioration des performances des reacuteseaux eacutelectriques de transport et drsquointerconnexion De

nombreuses eacutetudes ont eacuteteacute faites sur ces systegravemes concernant lrsquoaugmentation de la vitesse de

controcircle des paramegravetres des lignes (tension impeacutedance et deacutephasage) Les compensations

shunt et seacuterie utilisant des systegravemes drsquoeacutelectronique de puissance sont des concepts FACTS et

permettent aux reacuteseaux drsquoecirctre plus flexibles La compensation shunt reacutealise de preacutefeacuterence le

support de la tension alors que la compensation seacuterie est employeacutee pour reacuteduire lrsquoimpeacutedance

des lignes et donc pour augmenter la capaciteacute de transfert de puissance ainsi que pour

ameacuteliorer la reacutepartition des transits de puissance dans le reacuteseau aussi bien que les stabiliteacutes

statiques et dynamiques

La contribution principale de ce meacutemoire est lrsquoimpact de deux systegravemes FACTS le

STATCOM (Compensateur Statique Synchrone) et le SSSC (Static Synchronous Series

Compensator) sur lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance pour un reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds

Mots cleacutes FACTS STATCOM SSSC effondrement de tension calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance

Reacutesumeacute

من لها لما الماضية القليلة السنوات خلال سريعا تطورا شهدت التي المجالات من ( FACTS ) المرنة النقل أنظمة

قدرة

سرعة وقد تم القيام بالعديد من الدراسات على هذه الأنظمة لزيادة الكهربائية تحسين أداء شبكات النقل على كبيرة

الممانعة وزاوية الطور( الجهدالسيطرة على معاملات الخطوط )

على SSSC و STATCOMنظمة النقل المرنة أنموذجان من تأثيرھو المذكرة ھذه في ساسىى الأالهد ف

القدرة قباستخدام تقنية الحساب المستمر لتدف توترمشكلة انهيار ال

القدرة قالحساب المستمر لتدف توترال انهيار STATCOM SSSCالمرنة النقل أنظمة ةمفتاحی كلمات

ملخص

Table des matiegraveres

Contexte de lrsquoeacutetude et eacutetat de lrsquoart

I1) Introduction 13

I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique 14

I21) De la centrale aux abonneacutes 14

I 3) Fonctionnement du reacuteseau eacutelectrique 16

I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectrique 16

I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie 17

I411) Reacuteseaux drsquoutilisation 17

I412) Reacuteseaux de distribution 18

I413) Reacuteseaux de reacutepartition 18

I414) Reacuteseaux de transport 18

I42) Topologie des reacuteseaux

I421) Reacuteseaux radiaux

I422) Reacuteseaux boucleacutes

I423) Reacuteseaux mailleacutes

18

18

19

20

Liste des figures 03

Liste des tableaux 05

Liste des acronymes 06

Liste des symboles 08

Introduction geacuteneacuterale 09

Table des matiegraveres

Chapitre I

I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques 20

I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du

Maghreb Arabe

21

I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique 22

I61) Qualiteacute de la tension 22

I611) Amplitude 22

I612) Freacutequence 23

I613) Forme Drsquoonde 23

I614) Symeacutetrie 23

I62) Qualiteacute du courant 23

I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique 24

I71) Classification des perturbations eacutelectriques 24

I711) Creux de tension et coupures 24

a) Origines de creux de tension et coupures 25

I712) Harmonique 26

a) Inters harmoniques 26

b) Infra-harmoniques 26

c) Conseacutequences des harmoniques 26

d) Les principales sources drsquoharmoniques 26

I713) Surtensions 27

a) Origine ou causes des surtensions 28

I714) Variations et fluctuations de tension 28

a) Origines des variations et fluctuations de tension 28

I715) Deacuteseacutequilibres 29

a) Origines de Deacuteseacutequilibres 29

I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations 29

I72) Le system de protection 30

I8) La Stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31

I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31

I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 31

I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire) 32

I8211) Stabiliteacute Angulaire Aux Petites Perturbations 33

I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

transitoire

34

I822) Stabiliteacute de la freacutequence 35

I823) Stabiliteacute de tension 35

I8231) Instabiliteacute de la tension 35

I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension 36

I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites

perturbations

36

I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes

perturbations

36

I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension 36

I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation 37

I92) Charge appeleacutee trop importante 37

I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport 37

I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 38

I11) Conclusion 40

Le concept des FACTS

II1) Introduction 42

II2) Le concept FACTS 42

II21) Fonctionnement des FACTS

II22) Contexte algeacuterien

44

45

II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS 47

II3) Les dispositifs FACTS 47

II4) Classification des dispositifs FACTS 48

II41) Classification selon la geacuteneacuteration 48

II411) Geacuteneacuteration I 48

II412) Geacuteneacuteration II 48

II413) Geacuteneacuteration III 48

II42) Classification selon la cateacutegorie 48

II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS 49

a) Dispositifs FACTS Shunt 49

Compensateur statique de puissance reacuteactive (SVC) 49

Compensateur statique synchrone ( STATCOM) 49

Geacuteneacuterateur statique synchrone (SSG) 49

Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (SVG) 50

Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (SVS) 50

Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (TCBR) 50

b) Dispositifs FACTS seacuteries 51

Controcircleur de transit de puissance entre lignes (IPFC) 51

Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (TCSC) 51

Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (TSSC) 51

Chapitre II

Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (TCSR) 51

Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (TSSR) 52

Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (SSSC) 52

c) Dispositifs FACTS hybrides 52

Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (UPFC) 52

Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (TCPST) 52

Reacutegulateur de puissance interphases (IPC) 52

d) Autres dispositifs FACTS 53

Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVL) 53

Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVR) 53

II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors 54

Compensateur synchrone statique(STATCOM) 54

Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC) 58

II6) Coucirct des dispositifs FACTS 62

II7) Synthegravese des dispositifs FACTS 63

II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie des

dispositifs FACTS

63

II9) Conclusion 64

Modeacutelisation du systegraveme eacutetudieacute de la charge au reacuteseau complet

III1) Introduction 67

III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS 67

III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs 67

III22) Modegraveles des charges 69

III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt 69

III24) Modegraveles de la ligne 70

Chapitre III

III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques 71

III26) Modegraveles du transformateur 72

III27) Modeacutelisation de la machine synchrone 73

III28) Modeacutelisation du STATCOM 74

III29) Modeacutelisation du SSSC 75

III3) Conclusion 78

IV1) Introduction 80

IV2) Outils de simulation 81

IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 82

IV31) Facteur de charger et les directions de puissance 83

IV32) Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance 84

IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE39 nœuds 87

IV41) Preacutesentation du reacuteseau 87

IV5) Emplacement du STATCOM 91

IV51) Impact du STATCOM 92

IV511) Profils des tensions et les pertes de puissance dans le

systegraveme

94

IV512) Synthegravese 98

IV6) Emplacement du SSSC 99

IV61) Impact du SSSC 100

IV611) SSSC inseacutereacute sur la linge 45 103

IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 104

IV613) Synthegravese 106

IV7) Conclusion 107

Chapitre IV

Ameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau de transport par les FACTS

Conclusion geacuteneacuterale 109

Bibliographies 112

Annexes 116

Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique 14

Figure I2 Reacuteseaux publique 15

Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique 17

Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial 19

Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute 19

Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute 20

Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension 24

Figure I8 Paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12) 25

Figure I9 Harmoniques 27

Figure I10 Exemple de surtension 27

Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension 28

Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension 29

Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques 30

Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique 32

Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps 34

Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 39

Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif 43

Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar 46

Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie 47

Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie 48

Figure II5 Classification des dispositifs FACTS 54

Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM 55

Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM 56

Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM 57

Liste des figures

Figure II9 Scheacutema de base du SSSC 58

Figure II10

Figure II11

Figure II12

Figure II13

Caracteacuteristique statiques du SSSC

Principe de fonctionnement de SSSC

Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple

Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du

SSSC

59

60

61

61

Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur 68

Figure III2 Modegravele des charges 69

Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt 70

Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport 70

Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur 72

Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone 73

Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM 74

Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation 76

Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT 82

Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink 82

Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas preacutedicteur) 85

Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas correcteur) 86

Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas correcteur obtenu

par les moyens de la parameacutetrisation locale

87

Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds 88

Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds 89

Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS 90

Figure IV9 Profile de tension du reacuteseau IEEE 39-nœuds 91

Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone 91

Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1 du systegraveme (eacutetat de base) 92

Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme (eacutetat de base) 92

Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de base 92

Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8 94

Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8 94

Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 8 95

Figure IV17 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 8 95

Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM 95

Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 03 96

Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 15 96

Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 15 97

Figure IV23 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV24 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV25 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 15 98

Figure IV26 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 15 98

Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents

emplacements du STATCOM

98

Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du

STATCOM

99

Figure IV29 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement 100

Figure IV30 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement 100

Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge15 102

Figure IV35 Profils de pertes de puissance actives avec SSSC sur la ligne 15 102

Figure IV36 Profils de pertes de puissance reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15 102

Figure IV37 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103

Figure IV38 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103

Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge 45 104

Figure IV41 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV42 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge48 105

Figure IV45 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV46 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC 106

Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents emplacements du

SSSC

106

Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS 62

Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS 63

Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme 72

Liste des tableaux

kV Kilovolt

Hz Hertz

THT Tregraves haute tension

UHT Ultra haute tension

Km Kilomegravetre

HTB Haute tension

RTE Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute

HTA Moyenne tension

BT Basse tension

SDO Socieacuteteacute de distribution de lrsquoouest

UMA Union du Maghreb Arabe

ONE Office National Marocain de lrsquoElectriciteacute

STEG Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz

Comelec Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute

IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Eacutelectriciteacute et en Eacutelectronique

CEI Commission eacutelectrotechnique internationale

119880119903119890119891 Tension de reacutefeacuterence

ms Mili-seconde

rms Root means square

pu Systegraveme de valeur relative (Per unit )

CPF Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance

GW Geacutegawatts

PSAT Power System Analysis Toolbox

AC Alternative Current (Courant altenatif)

IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Electriciteacute et en Electronique

Liste des acronymes

∆U Diffeacuterence de tension

∆T Diffeacuterence de temps

FACTS Flexible Alternating Current Transmission System

STATCOM Compensateur Statique Synchrone

SSSC

GTO

Compensateur Statique seacuterie synchrone

Gate Turn Off

119881119904 Tension de la source

119881119903 Tension de la charge

119868119898119886119909 Courant maximal

119868119898119894119899 Courant minimal

MLI Modulation par largeur dimpulsion

119881119904ℎ Tension (shunt) injecteacutee par le STATCOM

119876119904ℎ Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le STATCOM

119876119903 Puissance reacuteactive demandeacutee par la charge

119868119904ℎ Courant (shunt) injecteacute par le STATCOM

119881119904119890 Tension (seacuterie) injecteacute par le SSSC

119883119897 Reacuteactance de la ligne de transport

X Reacuteactance totale du reacuteseau

119883119890119891119891 Reacuteactance effective

V Tension de source

B Susceptance

119883119886 Reacuteactance seacuterie limitant les transitoires

119868119902 Composante du courant de la ligne sur lrsquoaxe q

119868prime119902 Composante du courant fourni par le compensateur shunt sur lrsquoaxe q

119881119904119902 Composante de la tension de la source sur lrsquoaxe q

119883119894 Angle de commutation

119868119897 Courant de ligne

λ Facteur de charge

Liste des symboles

Introduction geacuteneacuterale

INTRODUCTION GENERALE

9

Aujourdrsquohui la consommation de leacutenergie eacutelectrique et le sceacutenario des systegravemes

dalimentation est hautement complexe et interconnecteacute il y a un grand besoin

dameacuteliorer lutilisation deacutenergie eacutelectrique tout en conservant sa fiabiliteacute et sa seacutecuriteacute

Lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecoulement de puissance et la stabiliteacute dans le langage du systegraveme

eacutelectrique est la solution de leacutetat deacutequilibre des reacuteseaux Habituellement une centrale nest

pas situeacutee agrave proximiteacute du centre de charge mais elle peut ecirctre loin du centre de distribution

en raison de circonstances diverses Pour reacutepondre agrave la demande de puissance sans

cesse croissante les services publics preacutefegraverent sappuyer sur la production de

leacutelectriciteacute deacutejagrave existante au lieu de construire de nouvelles lignes de transmission qui

sont limiteacutees par des contraintes diverses

Les reacuteseaux eacutelectriques jusquagrave ces derniegraveres anneacutees sont controcircleacutes

meacutecaniquement malgreacute lutilisation de la microeacutelectronique des ordinateurs et des

moyens rapides de teacuteleacutecommunication dans le controcircle des reacuteseaux la derniegravere action dans

ces systegravemes de commande est prise avec des dispositifs meacutecaniques ayant un temps

de reacuteponse plus au moins long et avec lesquels laction damorccedilage et de reacuteamorccedilage

ne peut ecirctre reacutepeacutetitivement exeacutecuteacute agrave une freacutequence eacuteleveacutee

Les eacuteleacutements proposeacutes qui permettent drsquoameacuteliorer les systegravemes sont les dispositifs

FACTS laquo Flexible Alternating Current Transmission System raquo Les dispositifs FACTS font

en geacuteneacuteral appel agrave leacutelectronique de puissance des microprocesseurs de lautomatique des

teacuteleacutecommunications et des logiciels pour parvenir agrave controcircler les systegravemes de puissance Ce

sont des eacuteleacutements de reacuteponse rapide Ils donnent en principe un controcircle plus souple

de leacutecoulement de puissance Ils donnent aussi la possibiliteacute de charger les lignes de transit

agrave des valeurs pregraves de leur limite thermique et augmentent la capaciteacute de transfegravere de la

puissance dune reacutegion agrave une autre Ils Limitent aussi les effets des deacutefauts et

des deacutefaillances de leacutequipement et stabilisent le comportement du reacuteseau eacutelectrique

Lrsquoeacutetude du comportement de la tension dans les reacuteseaux eacutelectriques est devenue une

preacuteoccupation majeure des exploitants et planificateurs de ces systegravemes En fait plusieurs

incidents geacuteneacuteraliseacutes survenus dans le monde ont eacuteteacute associeacutes agrave des instabiliteacutes de tension Ce

mode drsquoinstabiliteacute nrsquoest pas encore bien maicirctriseacute compareacute au mode drsquoinstabiliteacute angulaire

(dynamique et transitoire) En effet le meacutecanisme causant lrsquoinstabiliteacute de tension semble lrsquoun

des plus importants problegravemes agrave clarifier Aujourdrsquohui encore il nrsquoy a pas une theacuteorie

INTRODUCTION GENERALE

10

disponible et largement accepteacutee pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension Les problegravemes lieacutes agrave

ce type drsquoinstabiliteacute constituent alors dans plusieurs pays un axe de recherche tregraves important

Des releveacutes sur les incidents survenus durant les derniegraveres deacutecennies ont montreacute que

lrsquoeffondrement de tension intervient geacuteneacuteralement suite agrave une perturbation majeure ou agrave une

augmentation importante de la charge sur un reacuteseau eacutelectrique soumis agrave de fortes contraintes

Ce reacuteseau srsquoaffaiblit et sa consommation reacuteactive srsquoaccroicirct Le pheacutenomegravene est alors

caracteacuteriseacute par une baisse progressive de la tension dans une ou plusieurs reacutegions

consommatrices et qui va en srsquoacceacuteleacuterant au bout de quelques minutes La deacutegradation de la

tension au niveau des charges est alors telle qursquoelle entraicircne des interruptions de service dont

les causes directes peuvent ecirctre

- Manque de tension

- Augmentation des pertes reacuteactive du reacuteseau

La deacutefaillance du reacuteglage de la tension au niveau des bornes des groupes a pour

conseacutequence une acceacuteleacuteration de la deacutegradation du plan de la tension qui peut aller jusqursquoagrave

des deacuteclenchements en cascade de groupes et de lignes et un effondrement geacuteneacuteral du reacuteseau

Dans cette situation les moyens classiques de controcircle des reacuteseaux (transformateur agrave

prises reacuteglables en charge transformateurs deacutephaseurs compensateurs seacuterie ou parallegravele

commuteacutes par disjoncteurs modification des consignes de production changement de

topologie du reacuteseau et action sur lexcitation des geacuteneacuterateurs) pourraient dans lavenir saveacuterer

trop lents et insuffisants pour reacutepondre efficacement aux problegravemes drsquoinstabiliteacute du reacuteseau

compte tenu notamment des nouvelles contraintes Il faudra donc compleacuteter leur action en

mettant en œuvre des dispositifs eacutelectroniques de puissance ayant des temps de reacuteponse

courts qui sont les FACTS

Le maintien de lrsquoeacutequilibre entre la production et la consommation neacutecessite alors une

surveillance permanente du systegraveme afin drsquoassurer la qualiteacute du service (problegraveme de

conduite) garantir sa seacutecuriteacute (problegraveme de protection) et sa stabiliteacute (problegraveme de reacuteglage)

Ainsi le premier chapitre de ce meacutemoire est consacreacute agrave une introduction geacuteneacuterale aux

problegravemes que rencontrent actuellement les reacuteseaux eacutelectriques Nous preacutesenterons ensuite La

INTRODUCTION GENERALE

11

stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

Dans le deuxiegraveme chapitre nous preacutesenterons le concept FACTS et plus

particuliegraverement le contexte Algeacuterien ainsi la conception et le principe de fonctionnement de

deux systegravemes FACTS qui seront retenus pour la suite de cette eacutetude

Dans le troisiegraveme chapitre nous preacutesenterons la modeacutelisation de deux systegravemes FACTS

qui sont retenus pour la simulation La modeacutelisation des eacuteleacutements des reacuteseaux sera eacutegalement

eacutevoqueacutee

Le chapitre quatre preacutesentera les reacutesultats des simulations lors de lrsquoeffondrement de

tension Ces tests concernent lrsquoimpact des dispositifs FACTS sur le pheacutenomegravene de

lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de

puissance (CPF) Nous utiliserons pour cela le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds

Lorsque tout ce qui preacutecegravede aura eacuteteacute exposeacute il ne nous restera plus qursquoagrave conclure et agrave

proposer des perspectives drsquoeacutetudes futures permettant de compleacuteter le travail reacutealiseacute tout au

long de ce meacutemoire

12

Chapitre 1

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

13

CHAPITRE I

I1) Introduction

Lrsquoeacutenergie eacutelectrique est la forme drsquoeacutenergie la plus largement reacutepandue car elle est

facilement transportable avec un rendement eacuteleveacute et un coucirct raisonnable Un reacuteseau eacutelectrique

est un ensemble dinfrastructures dont le but est dacheminer de leacutenergie eacutelectrique agrave partir de

centres de production vers les consommateurs deacutelectriciteacute (charge) Le premier reacuteseau

eacutelectrique a vu le jour aux Etats Unis en 1882 et a eacuteteacute conccedilu par Thomas

Edison Crsquoeacutetait un reacuteseau local agrave courant continu et servait agrave assurer lrsquoeacuteclairage de la reacutegion de

Manhattan La distribution de lrsquoeacutenergie eacutetait assureacutee par des cacircbles souterrains

Avec lrsquoinvention du transformateur par William Stanley en 1885 et celle du moteur agrave

courant alternatif par Nikola Tesla en 1888 les reacuteseaux agrave courant alternatif commencegraverent agrave

prendre le pas sur les reacuteseaux agrave courant continu du fait qursquoil eacutetait devenu possible drsquoacheminer

plus de puissance sur de plus grandes distances gracircce agrave des niveaux de tension plus eacuteleveacutes

Un autre avantage non neacutegligeable du courant alternatif est la suppression du collecteur

donc des problegravemes de commutation dans les alternateurs ce qui a permis de construire des

alternateurs de grande puissance agrave moyenne tension Les reacuteseaux eacutetaient drsquoabord monophaseacutes

puis triphaseacutes (23 kV en 1893) et agrave diffeacuterentes freacutequences (28Hz agrave 133Hz) Progressivement

la neacutecessiteacute de mise en fonctionnement en parallegravele et drsquointerconnexion des diffeacuterents reacuteseaux

a conduit agrave la standardisation de la freacutequence

60 Hz aux Etats Unis et au Canada

50 Hz pour la majoriteacute des pays en Afrique Asie et Europe

Les niveaux de tensions ont eux aussi eacutevolueacute graduellement jusqursquoagrave atteindre

aujourdrsquohui lrsquoUltra Haute tension 765 kV en service aux Etats Unis et ce depuis 1969Le

transport drsquoeacutenergie eacutelectrique sur de tregraves grandes distances est devenu plus avantageux en

courant continu qursquoen alternatif et ce gracircce au deacuteveloppement de lrsquoeacutelectronique de puissance

Ainsi il est plus eacuteconomique de convertir la THT ou UHT de lrsquoalternatif au continu de

transporter lrsquoeacutenergie eacutelectrique agrave lrsquoaide de deux lignes et de la reconvertir agrave lrsquoautre extreacutemiteacute

Des eacutetudes ont montreacute qursquoil eacutetait avantageux de recourir au courant continu lorsqursquoil

srsquoagissait de transporter de lrsquoeacutenergie eacutelectrique sur des distances supeacuterieures ou eacutegales agrave 500

km

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

14

CHAPITRE I

Lrsquoaccroissement eacutenorme de la demande de lrsquoeacutenergie eacutelectrique et les contraintes

eacuteconomiques de construire de nouveaux ouvrages conduisent agrave lrsquoexploitation des reacuteseaux

eacutelectriques preacutes de leurs limites de stabiliteacute et de seacutecuriteacute En effet lrsquoinstabiliteacute des reacuteseaux

eacutelectriques preacutesente un problegraveme majeur dans le bon fonctionnement de ces derniers autour du

monde Les perturbations ineacutevitables telles que les courts circuits les indisponibiliteacutes

momentaneacutees des lignes de transmission des geacuteneacuterateurs les transformateurs ainsi que les

pertes dans les lignes peuvent affecter le reacuteseau eacutelectrique agrave tout instant et lrsquoamener en dehors

de sa zone de stabiliteacute La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique est donc la proprieacuteteacute qui lui permet

de rester dans un eacutetat drsquoeacutequilibre pour des conditions de fonctionnement normales et de

retrouver un eacutetat drsquoeacutequilibre acceptable suite agrave une perturbation

I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique

Les reacuteseaux eacutelectriques (transport et distribution) ont pour rocircle drsquoacheminer lrsquoeacutenergie

des sites de production vers les lieux de consommation avec des eacutetapes de baisse du niveau

de tension dans des postes de transformation

Les reacuteseaux eacutelectriques ont pour fonction dinterconnecter les centres

de production tels que les centrales hydrauliques thermiquesetc avec les centres de

consommation (villes usines) [1]

I21) De la centrale aux abonneacutes

La tension agrave la sortie des grandes centrales est porteacutee agrave 400 000 volts (ou 400 kV) pour

limiter les pertes drsquoeacutenergies sous forme de chaleur dans les cacircbles des lignes eacutelectriques de

transport (ce sont les pertes par laquo effets de joule raquo) Ensuite la tension est progressivement

reacuteduite au plus preacutes de la consommation pour arriver aux diffeacuterents niveaux de tension

auxquels sont raccordeacutes les consommateurs (figure I1)

Centrale

De

Production

Poste de

Transformation

THT HT

Poste de

Transformation

MT BT

Poste de

Transformation

HT HT

Abonneacutes HT Abonneacutes BT Abonneacutes MT

Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique

Poste de

Transformation

HTMT

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

15

CHAPITRE I

Les reacuteseaux publics drsquoeacutelectriciteacute (figure I2) sont constitueacutes drsquoun ensemble de

conducteurs et de postes eacutelectriques permettant drsquoacheminer lrsquoeacutenergie depuis les installations

de production jusqursquoaux installations de consommation

Les conducteurs sont les lignes aeacuteriennes ou les cacircbles souterrains (ou les cacircblages

courant en faccedilades drsquoimmeubles) desservant le territoire selon un scheacutema mailleacute ou

arborescent Pour des raisons tenant agrave des calculs technico-eacuteconomiques ils sont exploiteacutes agrave

diffeacuterents niveaux de tension

Les postes eacutelectriques sont situeacutes aux nœuds du maillage ou de lrsquoarborescence des

conducteurs Ils accueillent les transformateurs (pour le changement de niveau de tension) les

organes drsquoaiguillage et de manœuvre des flux et les eacutequipements de surveillance et de seacutecuriteacute

du reacuteseau [2]

Le but premier dun reacuteseau deacutenergie est de pouvoir alimenter la demande des

consommateurs Comme on ne peut encore stocker eacuteconomiquement et en grande quantiteacute

leacutenergie eacutelectrique il faut pouvoir maintenir en permanence leacutegaliteacute [3]

(I1)

Figure I2 Reacuteseaux publiques

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

16

CHAPITRE I

Le reacuteseau eacutelectrique est exploiteacute de maniegravere agrave assurer trois principaux objectifs

bull La distribution drsquoeacutelectriciteacute doit pouvoir ecirctre garantie et ce malgreacute les aleacuteas du reacuteseau

En effet celle-ci est un enjeu agrave la fois financier et de seacutecuriteacute pour les biens mateacuteriels

et des personnes Ainsi lrsquoopeacuterateur du reacuteseau doit ecirctre capable de faire face agrave ces aleacuteas

et drsquoeacuteviter les deacutegacircts potentiels ainsi que leurs propagations Cet enjeu de sucircreteacute de

fonctionnement en reacutegime normal et en reacutegime perturbeacute est un des premiers objectifs

bull Lrsquoonde de tension fait lrsquoobjet drsquoengagement contractuel que lrsquoopeacuterateur se doit de

ternir en respectant une regravegle drsquoeacutegaliteacute cest-agrave-dire une impartialiteacute entre clients en

conservant une continuiteacute de service maximale

bull Le dernier objectif drsquoexploitation est un objectif eacuteconomique lrsquoexploitation doit ecirctre

meneacutee de maniegravere optimale dans le but de reacuteduire les pertes ainsi que les coucircts de

maintenance et drsquoinvestissement Drsquoautre part lrsquoexploitation doit favoriser lrsquoouverture

du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute

I 3) Fonctionnent du reacuteseau eacutelectrique

Lrsquoeacutelectriciteacute produite par les centrales est drsquoabord achemineacutee sur de longues distances

dans des lignes agrave haute tension (HTB) geacutereacutees par RTE (Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute)

Elle est ensuite transformeacutee en eacutelectriciteacute agrave la tension HTA pour pouvoir ecirctre

achemineacutee par le reacuteseau de distribution Cette transformation intervient dans les postes

sources

Une fois sur le reacuteseau de distribution lrsquoeacutelectriciteacute haute tension HTA alimente

directement les clients industriels Pour les autres clients (particuliers commerccedilants

artisans) elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation avant

drsquoecirctre livreacutee

Au final la qualiteacute de lrsquoalimentation en eacutelectriciteacute des utilisateurs du reacuteseau est donc le

reacutesultat de la qualiteacute de tout ce parcours [4]

I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectriques

Dans les pays doteacutes drsquoun systegraveme eacutelectrique eacutelaboreacute le reacuteseau est structureacute en plusieurs

niveaux assurant des fonctions speacutecifiques propres et caracteacuteriseacutes par des tensions adapteacutees agrave

ces fonctions

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

17

CHAPITRE I

Traditionnellement les reacuteseaux eacutelectriques sont deacutecomposeacutes en trois sous-systegravemes la

geacuteneacuteration le transport et la distribution (figure I3) Chaque sous-systegraveme est relieacute par des

postes sources chargeacutes de lrsquoadeacutequation des niveaux de tension

Dans le contexte de ce paragraphe nous allons preacutesenter la structure et la topologie du

reacuteseau eacutelectrique Algeacuterien (les informations des paragraphes ci ndashdessous sont prises lors drsquoun

stage effectueacute agrave la SDO

I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie

I411) Reacuteseaux drsquoutilisation

Ces sont les reacuteseaux de basse tension (BT) qui alimentent les maisons lrsquoeacuteclairage

public les moteurs et les appareils domestiques Ce type de reacuteseau eacutelectrique doit preacutesenter

une continuiteacute de service permanente Geacuteneacuteralement la gamme de tension est de 220 volts agrave

380 volts

Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

18

CHAPITRE I

I412) Reacuteseaux de distribution

Ce sont les reacuteseaux de moyenne tension (MT) qui fournissent aux reacuteseaux

drsquoutilisation les puissances neacutecessaires demandeacutees Ils doivent observer des distances limiteacutees

de voisinage crsquoest pour cela que ces reacuteseaux se reacutealisent en souterrain dans les villes (En

Algeacuterie le niveau de tension de distribution de lrsquoeacutenergie est fixeacute agrave 10 kV)

I413) Reacuteseaux de reacutepartition

Ce sont les reacuteseaux HTMT (3010 kV) ils fournissent les puissances neacutecessaires

aux reacuteseaux de distribution relieacutes entre eux ils facilitent le secours mutuel entre reacutegions

I414) Reacuteseaux de transport

Ils assurent lrsquoalimentation de lrsquoensemble du territoire national gracircce agrave des

transits de puissances importantes et de tensions qui sont de 60 220 et 400 kV

I42) Topologie des reacuteseaux

Les reacuteseaux doivent assurer le transit de lrsquoeacutenergie eacutelectrique avec une seacutecuriteacute

suffisante cette seacutecuriteacute drsquoalimentation est augmenteacutee soit

Par les lignes aux appareillages plus solides

Par des circuits plus nombreux

I421) Reacuteseaux radiaux

Le principe de fonctionnement de reacuteseau radial est agrave une seule voie drsquoalimentation Ceci

signifie que tout point de consommation sur une telle structure ne peut ecirctre alimenteacute que par

un seul chemin eacutelectrique possible Il est de type arborescent Cette arborescence se deacuteroule agrave

partir des points drsquoalimentation qui sont constitueacutes par les postes de distribution publique

HTBHTA ou HTAHTA (reacutepartition) Ce scheacutema (figure I4) est particuliegraverement utiliseacute pour

la distribution de la MT en milieu rural En effet il permet facilement et agrave un moindre coucirct

drsquoacceacuteder agrave des points de consommation de faible densiteacute de charge (gtgt10 kVA) et largement

reacutepartis geacuteographiquement (gtgt 100 km2)

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

19

CHAPITRE I

I422) Reacuteseaux boucleacutes

Cette topologie (Figure I5) est surtout utiliseacutee dans les reacuteseaux de reacutepartition et

distribution MT Les postes de reacutepartition HT ou MT alimenteacutes agrave partir du reacuteseau THT sont

relieacutes entre eux pour former des boucles ceci dans le but drsquoaugmenter la disponibiliteacute

Cependant il faut noter que les reacuteseaux MT ne sont pas forcement boucleacutes [23]

1 Source

2 Poste MTHT

3 Poste MTBT

4 Consommateur

Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute

Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

20

CHAPITRE I

I423) Reacuteseaux mailleacutes

Cette topologie (Figure I6) est presque la norme pour les reacuteseaux de transport Tous les

centres de production sont lieacutes entre eux par des lignes THT au niveau des postes

drsquointerconnexion ce qui forme un maillage Cette structure permet une meilleure fiabiliteacute

mais neacutecessite une surveillance agrave lrsquoeacutechelle nationale voire continentale

On obtient ainsi une meilleure seacutecuriteacute mais agrave un prix plus chers [5]

I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques [6]

Lrsquointerconnexion entre les reacuteseaux de transport drsquoeacutelectriciteacute sert agrave faire passer lrsquoeacutenergie

drsquoun pays agrave un autre Leur rocircle premier est de permettre drsquoassurer la distribution drsquoeacutelectriciteacute

en cas de deacutefaillance soudaine sur le reacuteseau national en faisant appel agrave lrsquoeacutenergie produite et

transporteacutee par les pays voisins

Lrsquointerconnexion des reacuteseaux permet de rendre solidaires les pays voisins et de

diversifier les sources de production Ce foisonnement renforce la seacutecuriteacute

drsquoapprovisionnement et diminue le risque de panne geacuteneacuteraliseacutee

Les infrastructures existantes doivent ecirctre adapteacutees afin drsquoacheminer lrsquoeacutenergie

produite par les nouvelles sources renouvelables

Les infrastructures eacutenergeacutetiques doivent permettre en augmentant les eacutechanges

interreacutegionaux de favoriser la concurrence et drsquoameacuteliorer le fonctionnement du marcheacute

Source 1 Source 2 Source 3 Source 4

Source 5 Source 6

Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

21

CHAPITRE I

I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du Maghreb Arabe

Degraves le mois de juin 1974 bien avant la constitution de lrsquoUnion du Maghreb Arabe

(UMA) en 1989 les entreprises publiques drsquoeacutelectriciteacute des trois pays lrsquoOffice National

Marocain de lrsquoElectriciteacute (ONE) la Socieacuteteacute Nationale Algeacuterienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz

(SONELGAZ) la Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz (STEG) ont deacutecideacute la creacuteation

du Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute (Comelec) immeacutediatement enteacuterineacutee par le Conseil

Permanent Consultatif Maghreacutebin (CPCM) qui regroupe les ministres de lrsquoEconomie des trois

pays

Les compagnies des deux autres pays ont rejoint le Comiteacute Sonelec (Mauritanie) en

1975 et Gecol (Libye) en 1989 apregraves la constitution de lrsquoUMA formant ainsi le groupe

speacutecialiseacute le plus ancien de lrsquoUnion dont les missions consistent agrave promouvoir et coordonner

agrave lrsquoeacutechelle maghreacutebine et vis agrave vis des institutions internationales les relations sur le plan

technique eacuteconomique commercial industriel du management de la formation et des

relations sociales Dans ce cadre des actions concregravetes et efficaces ont eacuteteacute conduites en

commun

bull Renforcement des lignes drsquointerconnexion et deacuteveloppement des eacutechanges eacutelectriques

avec pour finaliteacute drsquoassurer une solidariteacute des reacuteseaux tout en eacutevitant les risques de

propagation drsquoincidents graves

bull Programmes drsquoeacutequipement et eacutetude de projets communs diffusion drsquoun scheacutema

directeur agrave long terme du reacuteseau maghreacutebin projets de station de pompage ou mecircme de

centrale nucleacuteaire

bull Elaboration et mise agrave jour permanente drsquoune carte du reacuteseau eacutelectrique maghreacutebin y

compris le reacuteseau de distribution impliquant lrsquoalimentation des villages frontaliers agrave partir du

reacuteseau le plus proche et dans les conditions technico - eacuteconomiques les plus favorables la

premiegravere action et probablement la plus symbolique a eacuteteacute lrsquoalimentation du village tunisien

martyre de Sakiet Sidi Youcef agrave partir du reacuteseau algeacuterien ou du village marocain de Figuig agrave

partir du reacuteseau algeacuterien agrave Beni Ounif

bull Utilisation commune des structures de formation eacutelectriques et gaziegraveres

bull Promotion de lrsquointeacutegration industrielle maghreacutebine de lrsquointervention des bureaux

drsquoeacutetudes et entreprises de travaux et de fabrication de mateacuteriel eacutelectrique du Maghreb agrave

travers notamment le renforcement de la fonction engineering [7]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

22

CHAPITRE I

I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique

La qualiteacute de cette eacutenergie deacutepend de celle de la tension aux points de raccordement

toutefois cette tension subit geacuteneacuteralement beaucoup de perturbations de deux origines

distinctes drsquoune part les perturbations de courant causeacutees par le passage dans les reacuteseaux

eacutelectriques des courants perturbateurs comme les courants harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et

reacuteactifs et drsquoautre part les perturbations de tension causeacutees par des tensions perturbatrices

comme les tensions harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et les creux de tension [8]

La qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique est consideacutereacutee comme une combinaison de la qualiteacute

de la tension et de la qualiteacute du courant Nous allons donc deacutefinir ces deux notions dans la

suite de ce paragraphe

I61) Qualiteacute de la tension

Dans la pratique lrsquoeacutenergie eacutelectrique distribueacutee se preacutesente sous la forme drsquoun ensemble

de tensions constituant un systegraveme alternatif triphaseacute qui possegravede quatre caracteacuteristiques

principales amplitude freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie [9]

I611) Amplitude

Lrsquoamplitude de la tension est un facteur crucial pour la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute Elle

constitue en geacuteneacuteral le premier engagement contractuel du distributeur drsquoeacutenergie

Habituellement lrsquoamplitude de la tension doit ecirctre maintenue dans un intervalle de plusmn 10

autour de la valeur nominale

Dans le cas ideacuteal les trois tensions ont la mecircme amplitude qui est une constante

Cependant plusieurs pheacutenomegravenes perturbateurs peuvent affecter lrsquoamplitude des tensions En

fonction de la variation de lrsquoamplitude on distingue deux grandes familles de perturbations

- Les creux de tension coupures et surtensions Ces perturbations se caracteacuterisent par des

variations importantes de lrsquoamplitude Elles ont pour principale origine des courts-circuits et

peuvent avoir des conseacutequences importantes pour les eacutequipements eacutelectriques

- Les variations de tension Ces perturbations se caracteacuterisent par des variations de

lrsquoamplitude de la tension infeacuterieure agrave 10 de sa valeur nominale Elles sont geacuteneacuteralement

dues agrave des charges fluctuantes ou des modifications de la configuration du reacuteseau

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

23

CHAPITRE I

I612) Freacutequence

Dans le cas ideacuteal les trois tensions sont alternatives et sinusoiumldales drsquoune freacutequence

constante de 50 ou 60 Hz selon le pays Des variations de freacutequence peuvent ecirctre provoqueacutees

par des pertes importantes de production de lrsquoicirclotage drsquoun groupe sur ses auxiliaires ou son

passage en reacuteseau seacutepareacute ou drsquoun deacutefaut dont la chute de tension reacutesultante entraicircne une

reacuteduction de la charge [9]

I613) Forme drsquoonde

La forme drsquoonde des trois tensions formant un systegraveme triphaseacute doit ecirctre la plus proche

possible drsquoune sinusoiumlde En cas de perturbations au niveau de la forme drsquoonde la tension

nrsquoest plus sinusoiumldale et peut en geacuteneacuteral ecirctre consideacutereacutee comme une onde fondamentale agrave

50Hz associeacutee agrave des ondes de freacutequences supeacuterieures ou infeacuterieures agrave 50 Hz appeleacutees

eacutegalement harmoniques Les tensions peuvent eacutegalement contenir des signaux permanents

mais non-peacuteriodiques alors deacutenommeacutes bruits

I614) Symeacutetrie

La symeacutetrie drsquoun systegraveme triphaseacute se caracteacuterise par lrsquoeacutegaliteacute des modules des trois

tensions et celle de leurs deacutephasages relatifs La dissymeacutetrie de tels systegravemes est

communeacutement appeleacute deacuteseacutequilibre [9]

I62) Qualiteacute du courant

La qualiteacute du courant est relative agrave une deacuterive des courants de leur forme ideacuteale et se

caracteacuterise de la mecircme maniegravere que pour les tensions par quatre paramegravetres amplitude

freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie Dans le cas ideacuteal les trois courants sont drsquoamplitude et

de freacutequence constantes deacutephaseacutes de 2π3 radians entre eux et de forme purement

sinusoiumldale

Le terme laquo qualiteacute du courant raquo est rarement utiliseacute car la qualiteacute du courant est

eacutetroitement lieacutee agrave la qualiteacute de la tension et la nature des charges Pour cette raison laquo la

qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique raquo est souvent reacuteduite agrave laquo la qualiteacute de la tension raquo [10]

Crsquoest lrsquoobjectif de ce meacutemoire ougrave le terme de laquo qualiteacute de lrsquoeacutenergie raquo srsquoapplique

uniquement agrave celle de la tension [13]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

24

CHAPITRE I

I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique

Le reacuteseau eacutelectrique peut ecirctre soumis agrave de multiples perturbations Ces deacutefauts qui

peuvent ecirctre mesureacutes gracircce agrave lrsquoutilisation de centrales de mesure peuvent endommager les

machines et fragiliser toutes les installations eacutelectriques

Il existe diffeacuterents types de perturbations les creux de tension les surtensions

passagegraveres les pheacutenomegravenes transitoires les deacuteseacutequilibres les distensions harmoniques ou

encore les entailles de commutations [11]

I71) Classification des perturbations eacutelectriques

I711) Creux de tension et coupures

Un creux de tension (figure I7) est une baisse brutale de la tension en un point drsquoun

reacuteseau drsquoeacutenergie eacutelectrique agrave une valeur comprise (par convention) entre 90 et 1 (CEI

61000-2-1 CENELEC EN 50160) ou entre 90 et 10 (IEEE 1159) drsquoune tension de

reacutefeacuterence (119880119903119890119891) suivie drsquoun reacutetablissement de la tension apregraves un court laps de temps compris

entre la demi-peacuteriode fondamentale du reacuteseau (10 ms agrave 50 Hz) et une minute

La tension de reacutefeacuterence est geacuteneacuteralement la tension nominale pour les reacuteseaux BT et la

tension deacuteclareacutee pour les reacuteseaux MT et HT

Une tension de reacutefeacuterence glissante eacutegale agrave la tension avant perturbation peut aussi ecirctre

utiliseacutee sur les reacuteseaux MT et HT eacutequipeacutes de systegraveme de reacuteglage (reacutegleur en charge) de la

tension en fonction de la charge Ceci permet drsquoeacutetudier (agrave lrsquoaide de mesures simultaneacutees dans

Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

25

CHAPITRE I

chaque reacuteseau) le transfert des creux entre les diffeacuterents niveaux de tension La meacutethode

habituellement utiliseacutee pour deacutetecter et caracteacuteriser un creux de tension est le calcul de la

valeur efficace laquo rms (12) raquo du signal sur une peacuteriode du fondamental toutes les demi-

peacuteriodes (recouvrement drsquoune demi-peacuteriode)

La figure (I8) montre les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension qui sont donc

bull sa profondeur ∆U (ou son amplitude U)

bull sa dureacutee ∆T deacutefinie comme le laps de temps

a) Origines des creux de tension et coupures

Les creux de tension et les coupures bregraveves sont principalement causeacutes par des

pheacutenomegravenes conduisant agrave des courants eacuteleveacutes qui provoquent agrave travers les impeacutedances des

eacuteleacutements du reacuteseau une chute de tension drsquoamplitude drsquoautant plus faible que le point

drsquoobservation est eacutelectriquement eacuteloigneacute de la source de la perturbation

Les creux de tension et les coupures bregraveves ont diffeacuterentes causes

bull des deacutefauts sur le reacuteseau de transport (HT) de distribution (BT et MT) ou sur

lrsquoinstallation elle-mecircme [9]

Les creux de tension et les coupures bregraveves sont causeacutes par des pheacutenomegravenes aleacuteatoires

Ces pheacutenomegravenes concernent soit le reacuteseau du distributeur soit le reacuteseau de lrsquoutilisateur [12]

Figure I8 Les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12)

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

26

CHAPITRE I

I712) Harmonique

Une harmonique (figure I9) est une composante sinusoiumldale drsquoune onde peacuteriodique ou

drsquoune quantiteacute posseacutedant une freacutequence qui est multiple entier de la freacutequence fondamentale

a) Inters harmoniques

Les inter-harmoniques sont des signaux de freacutequence non multiple de la freacutequence

fondamentale

b) Infra-harmoniques

Les infra harmoniques sont des signaux de freacutequence infeacuterieure agrave celle du fondamentale

c) Conseacutequences des harmoniques

Les courants harmoniques qui se propagent dans les reacuteseaux eacutelectriques deacuteforment

lrsquoallure du courant de la source et polluent les consommateurs alimenteacutes par les mecircmes

reacuteseaux On peut classer les effets engendreacutes par les harmoniques en deux types [8]

les effets instantaneacutes

les effets agrave terme

d) Les principales sources drsquoharmoniques

Ce sont des charges qursquoil est possible de distinguer selon leurs domaines industrielles

ou domestiques

Les charges industrielles

Eacutequipements drsquoeacutelectroniques de puissance variateurs de vitesse redresseurs agrave

diodes ou agrave thyristors onduleurs alimentations agrave deacutecoupage

Charges utilisant lrsquoarc eacutelectrique fours agrave arc machines agrave souder eacuteclairage

(lampes agrave deacutecharge tubes fluorescents) Les deacutemarrages de moteurs par

deacutemarreurs eacutelectroniques et les enclenchements de transformateurs de puissance

sont aussi geacuteneacuterateurs drsquoharmoniques (temporaires) [9]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

27

CHAPITRE I

I713) Surtensions

Ce pheacutenomegravene (figure I10) se produit lorsqursquoun composant eacutelectrique posseacutedant deux

bornes reccediloit une tension supeacuterieure agrave celle de la tension normale du circuit [13]

Les surtensions sont de trois natures

bull Temporaires (agrave freacutequence industrielle)

bull De manœuvre

bull Drsquoorigine atmospheacuterique (foudre)

Elles peuvent apparaicirctre

bull en mode diffeacuterentiel (entre conducteurs actifs phph ndash phneutre)

bull en mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) [10]

Figure I9 Harmoniques

Figure I10 Exemple de surtension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

28

CHAPITRE I

a) Origine ou causes des surtensions

Les orages sont des eacuteveacutenements tregraves habituels et aussi tregraves dangereux On estime que

sur notre planegravete se produisent simultaneacutement quelques 2000 orages et quenviron 100 coups

de foudre se deacutechargent sur la terre chaque seconde Au total cela repreacutesente environ 4000

orages quotidiens et 9 millions de deacutecharges atmospheacuteriques chaque jour

Au moment de lrsquoimpact la foudre provoque une impulsion de courant qui arrive agrave

atteindre des dizaines de milliers drsquoampegraveres Cette deacutecharge geacutenegravere une surtension dans le

systegraveme eacutelectrique qui peut provoquer des incendies la destruction de machines et la mort de

personnes [14]

I714) Variations et fluctuations de tension

Des variations rapides de tension reacutepeacutetitives ou aleacuteatoires (figure I11) sont provoqueacutees

par des variations rapides de puissance absorbeacutee ou produite par des installations telles que les

soudeuses fours agrave arc eacuteoliennes etc [15]

Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations

cycliques ou aleacuteatoires de lrsquoenveloppe drsquoune tension dont les caracteacuteristiques sont la

freacutequence de la variation et lrsquoamplitude

a) Origines des variations et fluctuations de tension

bull Les variations lentes de tension sont causeacutees par la variation lente des charges

connecteacutees au reacuteseau

bull Les fluctuations de tension sont principalement dues agrave des charges industrielles

rapidement variables comme les machines agrave souder les fours agrave arc les laminoirs

Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

29

CHAPITRE I

I715) Deacuteseacutequilibres

Dans un reacuteseau triphaseacute on a ideacutealement des amplitudes eacutegales de la tension et du

courant respectivement sur chacune des trois phases et un angle de phase de 120 degreacutes

Lorsque les tensions ou les courants preacutesentent une diffeacuterence drsquoamplitude il y a deacuteseacutequilibre

(figure I12) et cela peut causer des problegravemes pour les eacutequipements triphaseacutes brancheacutes au

reacuteseau Lrsquoimpact le plus courant du deacuteseacutequilibre est la surchauffe des eacutequipements et par

conseacutequent la deacutegradation de lrsquoisolation eacutelectrique et la reacuteduction de la dureacutee de vie

a) Origines de deacuteseacutequilibres

Les deacuteseacutequilibres de tension surviennent habituellement en preacutesence drsquoun deacuteseacutequilibre

des charges et de leurs appels de courant En effet toute charge triphaseacutee doit appeler un

courant identique sur chaque phase Quant aux charges monophaseacutees brancheacutees agrave un reacuteseau

triphaseacute on doit les reacutepartir le plus uniformeacutement possible entre les trois phases

De plus certains deacuteseacutequilibres de tension reacutesultent de lrsquoexploitation et de la nature des

eacutequipements du reacuteseau eacutelectrique [16]

I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations

La figure (I13) preacutesente une classification possible des diffeacuterents types de

perturbations Il est agrave noter qursquoaucune classification ne fait actuellement reacutefeacuterence et drsquoautres

notions peuvent ecirctre parfois utiliseacutees variations rapides de tension surtensions temporaires

etc Il faut noter eacutegalement que lrsquoimpact agrave long terme de ces diffeacuterents types de perturbations

sur la dureacutee de vie des appareils eacutelectriques reste aujourdrsquohui assez meacuteconnu Preacutecisons enfin

qursquoen langage courant le terme tension fait le plus souvent reacutefeacuterence agrave la valeur efficace de

Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

30

CHAPITRE I

lrsquoonde de tension ou agrave une moyenne de la valeur efficace sur une certaine dureacutee (pour une

onde imparfaitement peacuteriodique la valeur efficace nrsquoa de sens que localement pour un

intervalle de temps suffisamment court) et non agrave la valeur instantaneacutee de la tension (qui

oscille autour de 0 V avec une peacuteriode de 20 ms)

I72) Le systegraveme de protection

A lrsquoinstar des alternateurs des transformateurs et des lignes drsquoautres dispositifs

existent pour assurer non seulement un fonctionnement normal mais aussi la protection des

eacutequipements et du personnel drsquoexploitation du reacuteseau Cela englobe les transformateurs de

mesures les disjoncteurs les interrupteurs les sectionneurs les fusibles les eacuteclateurs et sont

directement relieacutes au reacuteseau Ces dispositifs permettent drsquointerrompre volontairement et agrave

Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

31

CHAPITRE I

tout moment la fourniture drsquoeacutenergie eacutelectrique mais aussi automatiquement agrave la survenance

drsquoune quelconque perturbation (deacutefaut) Les eacutequipements de controcircle associeacutes agrave ces dispositifs

ainsi que les relais de protection sont installeacutes dans des salles de controcircle [17]

I8) La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique de HT est une proprieacuteteacute dun systegraveme de puissance

qui lui permet de rester dans un eacutetat deacutequilibre dans des conditions normales de

fonctionnement et de retrouver un eacutetat acceptable deacutequilibre apregraves avoir eacuteteacute soumis agrave

une perturbation [18]

Une perturbation sur un reacuteseau peut ecirctre une manœuvre preacutevue comme lenclenchement

dune inductance shunt ou non preacutevue comme un court-circuit causeacute par la foudre entre une

phase et la terre par exemple Lors de la perturbation lamplitude de la tension aux diffeacuterents

jeux de barres du reacuteseau peut varier ainsi que la freacutequence La variation de la freacutequence est

due aux variations de la vitesse des rotors des alternateurs [19]

I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques

La stabiliteacute peut ecirctre eacutetudieacutee en consideacuterant la topologie du reacuteseau sous

diffeacuterents angles Lrsquoeacutetat de fonctionnement drsquoun reacuteseau eacutelectrique est deacutecrit selon des

grandeurs physiques telles que lamplitude et langle de phase de la tension agrave chaque bus et la

puissance active reacuteactive circulant dans chaque ligne et la vitesse de rotation de la

geacuteneacuteratrice synchrone Si elles ne sont pas constantes le reacuteseau eacutelectrique est consideacutereacute

comme eacutetant en perturbations [16]

La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee selon la nature de la perturbation

Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor

Stabiliteacute de la freacutequence

Stabiliteacute de la tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

32

CHAPITRE I

La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee en petite et grande amplitude de perturbation en

fonction de lrsquoorigine et de lampleur du deacutefaut Par rapport au temps deacutevaluation la

stabiliteacute peut ecirctre agrave courte ou agrave longue dureacutee tel qursquoil est deacutecrit dans la figure (I14)

I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire)

Dans un reacuteseau eacutelectrique la stabiliteacute de lrsquoangle du rotor est deacutefinie comme la capaciteacute

drsquoun ensemble de geacuteneacuteratrices synchrones interconnecteacutees de conserver le synchronisme

dans des conditions de fonctionnement normales ou apregraves une perturbation Un systegraveme

est instable si la diffeacuterence entre les angles rotoriques des geacuteneacuterateurs augmente

indeacutefiniment ou si loscillation transitoire provoqueacutee par une perturbation nest pas

suffisamment amortie dans le temps deacutevaluation

Lrsquoinstabiliteacute angulaire se manifeste sous forme drsquoun eacutecart croissant entre les angles

rotorique Une machine qui a perdu le synchronisme sera deacutebrancheacutee par une protection de

survitesse ou par une protection de perte de synchronisme ce qui met en danger lrsquoeacutequilibre

production consommation du systegraveme

Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique [18]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

33

CHAPITRE I

I8211) Stabiliteacute angulaire aux petites perturbations

Elle concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir le synchronisme en preacutesence

de petites perturbations comme une petite variation de la charge ou de geacuteneacuteration manœuvre

drsquoeacutequipement etc Lrsquoeacutevaluation de ce type de perturbation prend quelques secondes

a) La stabiliteacute statique

Apregraves le reacutegime transitoire ducirc agrave la perturbation le systegraveme entre dans le reacutegime

permanent Dans ce cas pour eacutetudier le systegraveme il faut eacutevaluer la stabiliteacute statique du reacuteseau

Le systegraveme nest pas stable si les contraintes de fonctionnement ne sont pas respecteacutees

Cet eacutetat est appeleacute lrsquoeacutetat instable ou leacutetat durgence

Dans un reacuteseau qui est dans leacutetat durgence les opeacuterateurs du centre de controcircle ont

suffisamment de temps pour ramener le systegraveme agrave leacutetat stable ou au reacutegime normal en

apportant des modifications suppleacutementaires [20]

b) Stabiliteacute dynamique

Si une perturbation mineure est effectueacutee sur le reacuteseau agrave partir dun reacutegime permanent

stable et que le reacuteseau retrouve son mode de fonctionnement normal en reacutegime permanent le

reacuteseau est dit dynamiquement stable Pour un reacuteseau deacutenergie eacutelectrique on entend par

perturbation mineure des manœuvres ou des opeacuterations normales sur le reacuteseau comme

lenclenchement dune inductance shunt ou des variations mineures de la charge

c) Stabiliteacute transitoire

Lorsquil y a une perturbation majeure sur le reacuteseau et que le reacuteseau retrouve son mode

de fonctionnement normal apregraves la perturbation alors le reacuteseau est dit transitoirement stable

Les perturbations majeures sont les courts-circuits les pertes de lignes les bris deacutequipements

majeurs comme les transformateurs de puissance et les alternateurs peuvent ecirctre tregraves graves

pouvant mecircme conduire agrave lrsquoeffondrement total du reacuteseau Si lrsquoinstabiliteacute se manifeste

directement suite agrave la perturbation (plus preacuteciseacutement dans la premiegravere La stabiliteacute transitoire

deacutepend de la relation non-lineacuteaire couples- angles Le pheacutenomegravene de la stabiliteacute transitoire

concerne les grandes perturbations telles que [15]

Les courts-circuits affectant un eacuteleacutement du reacuteseau notamment aux bornes des

machines

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

34

CHAPITRE I

La perte drsquoun ouvrage (eg une ligne de transmissionhellip)

La perte drsquoun groupe de production

Les conseacutequences de ces deacutefauts seconde qui suit lrsquoeacutelimination du deacutefaut) elle est

appeleacutee instabiliteacute de premiegravere oscillation (en anglais First Swing Instability) (cas 1 figure

I15) et elle srsquoeacutetend sur 3 agrave 5 secondes Elle peut reacutesulter de la superposition des effets de

plusieurs modes drsquooscillation lents exciteacutes par la perturbation provoquant ainsi une variation

importante de lrsquoangle de rotor au-delagrave de la premiegravere oscillation (instabiliteacute de multi

oscillations) (cas 2 figure I15) La gamme de temps associeacutee srsquoeacutetend de 10 agrave 20 secondes

[25]

I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire

En vue de son importance dans la planification la conception et lrsquoexploitation des

reacuteseaux drsquoeacutenergie eacutelectrique lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire reste un deacutefit majeur

pour les ingeacutenieurs pour eacuteviter tous eacuteveacutenement qui peut conduire vers un black out Les

solutions envisageables drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire se basent sur [8]

bull Augmentation de la constante drsquoinertie des geacuteneacuterateurs

bull Augmentation de la puissance active

bull Installation des protections et des appareils de coupure rapides

bull Implantation des valves rapides des turbines agrave gaz

bull Installation des reacutesistances drsquoamortissement

bull Utilisation des PSS

bull Controcircle rapide et flexible de lrsquoeacutecoulement de puissance

a- Stable

b- instable

Cas 1 instabiliteacute de premiegravere oscillation Cas 2 instabiliteacute de plusieurs oscillations

Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

35

CHAPITRE I

I822) Stabiliteacute de la freacutequence

La stabiliteacute de freacutequence concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir sa freacutequence

proche de la valeur nominale suite agrave un incident seacutevegravere ayant ou non conduit agrave un

morcellement du systegraveme La stabiliteacute de freacutequence est eacutetroitement lieacutee agrave lrsquoeacutequilibre global

entre la puissance active produite et consommeacutee [20]

I823) Stabiliteacute de tension

Dans des conditions de fonctionnement normales ou suite agrave une perturbation La

stabiliteacute de tension concerne la capaciteacute dun systegraveme de puissance agrave maintenir des tensions

acceptables en tous ses nœuds En fonctionnement normal lorsque nous connectons des

eacutequipements consommateurs agrave un reacuteseau eacutelectrique la tension au point de raccordement

tombe leacutegegraverement et la puissance totale consommeacutee augmente

Selon lrsquoamplitude de la perturbation on distingue la stabiliteacute de tension de

petites perturbations et celle de grandes perturbations [20]

Lrsquoinstabiliteacute reacutesultante peut se produire sous forme de chute progressive ou eacuteleacutevation de

la tension de quelques jeux de barres Les reacutesultats possibles de lrsquoinstabiliteacute de tension sont la

perte de la charge dans un secteur ou deacuteclenchement des lignes de transmission et mecircme

drsquoautres eacuteleacutements par leurs systegravemes de protection agrave des pannes en cascades Il est deacutemontreacute

que la majoriteacute des blackouts sont causeacutes par lrsquoinstabiliteacute de tension [8]

I8231) Instabiliteacute de la tension

On deacutefinit la stabiliteacute de la tension comme la capaciteacute de maintenir une tension de barre

constamment acceptable agrave chaque nœud du reacuteseau dans des conditions normales de

fonctionnement apregraves avoir subi une perturbation Leacutetat du reacuteseau est dit instable en tension

lorsquune perturbation un accroissement de la charge ou une modification de la condition du

reacuteseau entraicircne une chute de tension progressive et incontrocirclable de la tension aboutissent en

un effondrement geacuteneacuteraliseacute de la tension [16]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

36

CHAPITRE I

I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension

Les problegravemes drsquoapparition du pheacutenomegravene drsquoeacutecroulement de tension sont toujours lieacutes agrave

la difficulteacute de reacutegler la tension au dessus drsquoune certaine valeur appeleacutee tension critique

Geacuteneacuteralement lrsquoeffondrement de tension se produit dans les reacuteseaux eacutelectriques qui sont

fortement chargeacutes court-circuiteacutes etou ont un manque de puissance reacuteactive

I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites perturbations

La stabiliteacute de tension de petites perturbations concernes la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique

agrave maintenir la tension dans les limites permise en preacutesence de perturbations telles que une

variation faible de la charge de la production etc [18]

I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes perturbations

Elle est deacutefinie comme la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique agrave maintenir les tensions des

nœuds dans les limites de fonctionnement permise en preacutesence des grandes perturbations agrave

savoir la perte drsquoun eacutequipement de transport ou de production le court circuithellipetc [18]

Dans ce meacutemoire nous nous inteacuteressons seulement agrave la stabiliteacute de tension Une eacutetude

deacutetailleacutee sera preacutesenteacutee dans la section suivante

I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension

La plupart de ces changements ont des effets significatifs sur la production la

consommation et la transmission de puissance reacuteactive ainsi sur la stabiliteacute de tension Par

conseacutequent des mesures peuvent ecirctre utiliseacutees pour ameacuteliorer la stabiliteacute de tension tels que

- Un controcircle automatique des condensateurs shunts

- Un blocage des reacutegleurs en charge automatique

- Une nouvelle reacutepartition de la geacuteneacuteration

- Une replanification du fonctionnement des geacuteneacuterateurs et des nœuds de commande

- Une reacutegulation de tension secondaire

- Un plan de deacutelestage

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

37

CHAPITRE I

I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation

Dans la plupart du temps les sources drsquoeacutenergie eacutelectrique se trouvent loin des zones de

consommation Cette situation rend le transport de lrsquoeacutenergie reacuteactive tregraves difficile agrave cause des

pertes reacuteactives tregraves eacuteleveacutees Cette difficulteacute de transport drsquoeacutenergie reacuteactive augmente la

probabiliteacute drsquoapparition drsquoune instabiliteacute ou drsquoun effondrement de tension

I92) Charge appeleacutee trop importante

Lrsquoune des causes de lrsquoinstabiliteacute de tension correspond agrave une charge eacuteleveacutee Elle est

ducirce agrave lrsquoaugmentation croissante de la demande et agrave un large transfert drsquoeacutenergie entre

compagnies Une instabiliteacute de tension peut se produire en particulier lorsque la charge eacuteleveacutee

est plus importante que celle preacutevue et le risque est drsquoautant plus grand que la consommation

reacuteactive est eacutegalement plus grande que preacutevue [18]

I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport

Les planificateurs sont de plus en plus conscients des limites dutilisation des reacuteseaux de

transport et dinterconnexion La situation actuelle dans beaucoup de pays au monde est

caracteacuteriseacutee par les tendances suivantes

1 Augmentation de la consommation deacutelectriciteacute due agrave lindustrialisation agrave

lurbanisation et agrave la croissance de la population Avec laugmentation des transits

de puissance les reacuteseaux deviennent plus compliqueacutes agrave geacuterer subissent de grandes

variations de puissance et de grandes pertes Ceci fait que leur niveau de seacutecuriteacute

diminue

2 Contraintes eacutecologiques et administratives Le respect de lenvironnement joue un

rocircle important dans la socieacuteteacute actuelle et cest principalement pourquoi il est de

plus en plus difficile dobtenir des permis de construire pour de nouvelles lignes ou

pour limplantation de nouvelles centrales Dans laffirmative cela demande

plusieurs anneacutees

3 Contraintes opeacuterationnelles La demande de puissance a une croissance constante

mais geacuteographiquement irreacuteguliegravere Les centrales qui geacutenegraverent leacutenergie sont

souvent eacuteloigneacutees des charges importantes et la localisation des nouvelles centrales

deacutepend essentiellement dautorisations administratives et du respect de

lenvironnement

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

38

CHAPITRE I

Pour satisfaire la demande deacutenergie sous ces conditions contradictoires les services

publics font de plus en plus appel pour des problegravemes eacuteconomiques et dameacutelioration de la

seacutecuriteacute aux eacutechanges internationaux de puissance ce qui demande une interconnexion entre

des systegravemes preacutevus indeacutependants au deacutepart

Laugmentation du maillage associeacute au mode de transit libre de puissance agrave travers les

reacuteseaux deacuteveloppe des boucles de puissance et des lignes en parallegravele ce qui surcharge

certaines lignes avec pour conseacutequence de deacuteteacuteriorer le profil de tension et de diminuer la

stabiliteacute du reacuteseau Consideacuterant que les reacuteseaux de transport eacutelectrique repreacutesentent une

grande valeur eacuteconomique il faut essayer daller dans les directions suivantes

Ameacuteliorer lutilisation des eacutequipements existants en augmentant leur capaciteacute de

transfert de puissance Dun point de vue financier cela peut se reacuteveacuteler avantageux

Ameacuteliorer la flexibiliteacute des reacuteseaux car pouvoir changer rapidement leur

configuration permet une meilleure reacutepartition de la puissance particuliegraverement en cas de

perturbations ou de transferts de puissance impreacutevus [21]

I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Le transport de la puissance reacuteactive par les lignes eacutelectriques cause des pertes une

diminution de la stabiliteacute du reacuteseau et une chute de tension agrave son extreacutemiteacute Afin deacuteviter cela

de la compensation de puissance reacuteactive seacuterie ou shunt selon les cas est utiliseacute pour limiter

ce transport de puissance reacuteactive

Diffeacuterents appareils eacutelectriques peuvent servir agrave reacutealiser cette compensation (figure I16)

machines synchrones batteries de condensateurs inductance ou FACTS [22]

La compensation est une technique de la gestion drsquoeacutenergie reacuteactive afin drsquoameacuteliorer la

qualiteacute eacutenergeacutetique dans les reacuteseaux eacutelectriques agrave courant alternatif Elle peut se reacutealiser de

plusieurs maniegraveres ayant pour buts

La correction du facteur de puissance

Ameacutelioration de la reacutegulation de la tension

Equilibre des charges

Lrsquoaide au retour agrave la stabiliteacute en cas de perturbation [19]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

39

CHAPITRE I

En installant des dispositifs controcirclables comme le transport drsquoeacutenergie en courant

continu (High Voltage Direct Current HVDC) et les dispositifs FACTS (Flexible Alternating

Current Transmission System) Malgreacute le coucirct eacuteleveacute de cette solution mais vu lrsquoeacutevolution

reacutecente des reacuteseaux eacutelectriques et leurs contraintes cette solution est tregraves efficace

Lrsquoune des meacutethodes drsquoameacuteliorer la capaciteacute drsquoun systegraveme eacutelectrique agrave reacutesister contre les

grands incidents est drsquointeacutegrer des dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance (FACTS)

dans le reacuteseau de transport Lrsquoeacutetude lrsquoapport et lrsquoutilisation de ces dispositifs font lrsquoobjet de

ce meacutemoire

Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Compensation

traditionnelles

Les dispositifs FACTS

Compensateurs

synchrones Batteries de

condensateurs

Batteries de

condensateurs

HT et MT

Les inductances

les PSS (Power

System Stabiliser)

1er

geacuteneacuteration

2eme

geacuteneacuteration

3eme

geacuteneacuteratio

n

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

40

CHAPITRE I

I11) Conclusion

Ce chapitre nous a permis drsquoexposer des geacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriques en

mentionnant la structure et la topologie du reacuteseau ensuite on a parleacute sur lrsquointerconnexion entre

les pays du Maghreb et le reacuteseau Algeacuterien

Dans ce chapitre nous avons aussi preacutesenteacute les deacutefinitions et les caracteacuteristiques des

diffeacuterents types de stabiliteacute drsquoun systegraveme de puissance Le concept geacuteneacuteral de la stabiliteacute est

syntheacutetiseacute en trois groupes (stabiliteacute de lrsquoangle de rotor de la tension et de la freacutequence)

Les dispositifs FACTS sont capables de remplir diverses fonctions comme le maintien

de tension le controcircle des flux de puissance et aussi lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau

etc

Dans le chapitre suivant nous allons exposer le concept des FACTS le contexte

algeacuterien concernant ses dispositifs sera aussi abordeacute

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

41

CHAPITRE I

Chapitre 2

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

42

II1) Introduction

Avec le deacuteveloppement technologique et industriel que vie le monde entier la demande

en eacutenergie eacutelectrique est en augmentation continue et sans cesse Pour satisfaire ces besoins et

acheminer cette eacutenergie aux points de consommation disperseacutes sur un large espace

geacuteographique les reacuteseaux eacutelectriques ayant des capaciteacutes de transit limiteacute agrave cause des limites

thermique des lignes doivent seacutelargir et de nouvelles lignes dextension seront ajouteacutees Face

agrave ce problegraveme et devant les contraintes environnementale eacutecologique et eacuteconomique de

reconstructions de nouvelles lignes la compagnie ameacutericaine EPRI (Electric Power Research

Institue) a lanceacute en 1988 un projet drsquoeacutetude des systegravemes FACTS afin de mieux maicirctriser le

transit de puissance dans les lignes eacutelectriques et daugmenter leurs capaciteacutes de transfert Le

concept FACTS regroupe tous les dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance qui

permettent drsquoameacuteliorer lrsquoexploitation du reacuteseau eacutelectrique

Aussi ces reacuteseaux eacutelectriques de taille importantes seront confronteacutes par divers

problegravemes de fonctionnement agrave cause du controcircle traditionnel utilisant des systegravemes de

commande eacutelectromeacutecaniques de temps de reacuteponse lent par rapport agrave ces nouveaux systegravemes

FACTS agrave base dinterrupteurs statiques et de court temps de reacuteponse (moins dune seconde)

Aujourdhui cette technologie FACTS simpose pour les systegravemes eacutenergeacutetiques en

augmentant leurs capaciteacutes de transport en ameacuteliorant le controcircle des paramegravetres de ces

derniers donc leur assurer une flexibiliteacute du transfert de leacutenergie et ameacuteliorer sa stabiliteacute

Le concept FACTS (Flexible AC Transmission System) est neacute pour reacutepondre aux

diffeacuterentes difficulteacutes croissantes de transmission dans les reacuteseaux et surtout la maicirctrise de

transit de puissance (compensateur de puissance reacuteactive variateur de charge universelhellip)

ces dispositifs peuvent ameacuteliorer le comportement dynamique des reacuteseaux eacutelectriques [25]

II2) Le concept FACTS

Les problegravemes des reacuteseaux eacutenonceacutes ci ndashdessus devenant plus preacutesents drsquoanneacutee en

anneacutee EPRI (Electric Power Research Institute) qui repreacutesente un consortium deacutedieacute agrave la

recherche dans les reacuteseaux eacutelectriques et regroupant des compagnies drsquoeacutelectriciteacute ameacutericaines

a lanceacute en 1988 le concept FACTS (Flexible AC Transmission Systems) qui est un projet agrave

long terme La technologie FACTS utilise lrsquoeacutelectronique de puissance et plus particuliegraverement

des systegravemes agrave thyristors qui permettent drsquoobtenir des vitesses de commande nettement

supeacuterieures agrave celles des systegravemes meacutecaniques qui sont encore largement utiliseacutes et un niveau

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

43

de maintenance bien infeacuterieur car les systegravemes meacutecaniques srsquousent beaucoup plus rapidement

que les systegravemes statiques Parmi les systegravemes FACTS on cite [26]

Compensateur synchrone statique (lsquoSTATCOMrsquo Static Synchronous Compensator)

Static Synchronous Series Compensator (SSSC)

Le controcircleur de transit de puissance entre ligne IPFC (Interline Power Flow

Controller)

Face agrave la saturation des reacuteseaux de puissance les compagnies de distribution drsquoeacutenergie

eacutelectrique exploitent de plus en plus leurs reacuteseaux pregraves des limites de seacutecuriteacute (conduite aux

limites) Cette situation engendre des problegravemes drsquoexploitation notamment pour le controcircle

des flux de puissance le maintien drsquoun profil de tension acceptable la surveillance des reports

de chargehellipetc Agrave cet effet lrsquoaspect seacutecuriteacute prend une grande importance et des recherches

sont entreprises dans diffeacuterents pays pour trouver des moyens susceptibles drsquoameacuteliorer la

seacutecuriteacute et rendre lrsquoexploitation des reacuteseaux plus flexible

Ainsi plusieurs eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees pour connaitre les avantages lieacutes agrave lrsquoutilisation

des dispositifs FACTS dans les reacuteseaux pour

le support du profil de la tension

lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute statique et dynamique

lrsquoamortissement des oscillations subsynchrones

Ces avantages deacutecoulent principalement de lrsquoaugmentation des capaciteacutes de transit des

lignes existantes par un controcircle rigoureux des diffeacuterents variables du reacuteseau Pour fixer les

ideacutees nous pouvons prendre un exemple simple

Consideacuterons le transit de puissance sur une ligne agrave courant alternatif Cette ligne est

repreacutesenteacutee sur la figure (II1) les pertes eacutetant supposeacutees nulles la puissance transmise P est

fonction des amplitudes des tensions E1 et E2 aux extreacutemiteacutes de la ligne du deacutephasage 12057512

entre ces deux tensions et de lrsquoimpeacutedance x de la ligne comme le montre lrsquoeacutequation (II1)

1

Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif

x

p

1 2

119916120783

2 119916120784

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

44

119823 = 119812120783119812120784

119831 119852119842119847120517120783120784

Cette eacutequation montre que la puissance transmissible par une ligne est limiteacutee par les

paramegravetres eacutenonceacutes ci-dessus et pas forceacutement par sa limite thermique De plus il deacutecoule de

cette eacutequation que si lrsquoon peut reacutegler un deux ou les trois paramegravetres on controcircle alors le

transit de puissance dans la ligne [26]

Elle montre aussi quil est possible daugmenter la puissance transiteacutee entre deux

reacuteseaux soit en maintenant la tension des systegravemes soit en augmentant langle de transport

entre les deux systegravemes soit en reacuteduisant artificiellement limpeacutedance de la liaison En jouant

sur un ou plusieurs de ses paramegravetres les FACTS permettent un controcircle preacutecis des transits de

puissance reacuteactive une optimisation des transit de puissance active sur les installations

existantes et une ameacutelioration de la stabiliteacute dynamique du reacuteseau Ils permettent aussi aux

consommateurs industriels de reacuteduire les deacuteseacutequilibres de charges et de controcircler les

fluctuations de tensions creacuteeacutees par des variations rapides de la demande de puissance reacuteactive

et ainsi daugmenter les productions de reacuteduire les coucircts et dallonger la dureacutee de vie des

eacutequipements [27]

En effet les FACTS permettent de

ne pas transporter drsquoeacutenergie reacuteactive en la fournissant lagrave ougrave elle est demandeacutee

augmenter les puissances maximales transmissibles et donc les transferts de

puissance active

controcircler les flux de puissance pour la surcharge des lignes et le risque de

deacuteclenchement en cascade [26]

II21) Fonctionnement des FACTS

Un FACTS agit geacuteneacuteralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de

la puissance reacuteactive sur le reacuteseau Ceci a pour effet de modifier lamplitude de la tension agrave

son point de connexion et par conseacutequent la puissance active maximale transmissible

Les FACTS sont utiliseacutes aussi pour le filtrage des courants harmoniques et la

stabilisation de la tension Lordre de grandeur de la puissance dun FACTS va de

quelques MVA (Meacutega Volts Ampegraveres) agrave quelques centaines de MVA Ils sappliquent dans

deux secteurs principaux

(II1)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

45

Grand reacuteseaux de transmission

Pour ameacuteliorer le controcircle augmenter les capaciteacutes de transfert de puissance et assister

la reacutecupeacuteration du reacuteseau conseacutecutive agrave un deacutefaut dans les systegravemes de transmission AC

(Alternative Current)

Reacuteseaux Industriels

Pour ameacuteliorer la qualiteacute de la puissance fournie en un point preacutecis du reacuteseau AC en

preacutesence de fluctuations de charge eg compensation du flicker pour les fours agrave arc Gamme

de puissance infeacuterieure agrave celle dun reacuteseau de transmission

II22) Contexte algeacuterien

Depuis les anneacutees 2000 le deacuteveloppement du reacuteseau de transport drsquoeacutelectriciteacute fait partie

des prioriteacutes de lrsquoAlgeacuterie [26]

Le reacuteseau de transport algeacuterien est en phase drsquoexpansion car il doit reacutepondre agrave la forte

augmentation de la demande en eacutelectriciteacute (+ 5 agrave 7 par an) Les principaux besoins en

eacutelectriciteacute sont domestiques lieacutes

bull agrave lrsquoaccroissement de la population (celle-ci a plus que tripleacute en 50 ans et son

taux de croissance est actuellement estimeacute agrave 12 par an)

bull au changement des habitudes de consommation avec lrsquousage des appareils En

outre dans les anneacutees 90 peu drsquoinvestissements ont eacuteteacute entrepris sur le reacuteseau

eacutelectrique et celui-ci srsquoest deacutegradeacute

Au total depuis 2005 pregraves de 15 000 km de nouvelles lignes HT et THT ont eacuteteacute

reacutealiseacutes ou restent agrave construire

Le deacuteveloppement du reacuteseau de transport concerne agrave la fois le deacuteveloppement des

reacuteseaux hauts tension (60 et 220 000 Volts) et la creacuteation drsquoun reacuteseau agrave tregraves haute tension

(400 000 Volts)

Le deacuteveloppement du reacuteseau 400 000 Volts est mis en œuvre agrave la fois dans lrsquoaxe

bull Est-Ouest (interconnexions internationales avec le Maroc et la Tunisie)

bull Nord-Sud (raccordement des reacuteseaux du Sud jusqursquoalors le point trop isoleacute du reacuteseau

national)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

46

En 2002 un total de trois SVC (static var compensator) a eacuteteacute introduit dans le reacuteseau

national de la Sonelgaz un dispositif agrave la sous station de Naama et deux agrave Beacutechar (figure

II2)

Les trois SVC ont une classe identique -10+40Mvar agrave la tension 220 kV (figure II3) et

lrsquoune des plates- formes de ses trois SVC est montreacutee par la figure (II2) Le reacuteseau est

constitueacute drsquoune ligne de 500km sous une tension de 220kv Un seul circuit aeacuterien de la ligne

de transmission pour lrsquoalimentation de la charge eacuteloigneacutee dans la partie ouest du pays

Des productions locales de diesel et des turbines agrave gaz alimentent les charges locales de

Beacutechar depuis le deacutebut des anneacutees quatre vingt dix et elles ont eacuteteacute fermeacutees pendant lrsquoanneacutee

2002

Deux sous stations 22060 kV une intermeacutediaire (Naama) et une agrave la fin de la ligne

(Beacutechar) ont eacuteteacute eacutequipeacutees avec des SVC (figure II3) pour les objectifs suivants

bull Pour fournir au systegraveme de transmission le support en eacutenergie reacuteactive afin de

maintenir une tension stable pendant le fonctionnement normal et quotidien

bull Pour le rendement dynamique au cours du controcircle de la ligne 220 kV mise sous

tension ainsi pour le maintien drsquoune tension stable dans le systegraveme sous diverses

conditions drsquoexploitation En particulier pour preacutevenir lrsquoeffondrement de tension

(voltage collapse) et lrsquoinstabiliteacute du systegraveme pendant le transitoire et lrsquoeacutevolution

rapide des conditions de tension dans le systegraveme Les charges prisent hors reacuteseau

220 kV sont de lrsquoordre de 12 MVA agrave Naama et 35 MVA agrave Beacutechar

Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar [26]

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

47

II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS

La compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive au niveau des lignes de transmission permet la

reacutegulation du profil de la tension le long de ces lignes avec un bon controcircle de la puissance

active transmise Il est reconnu que la stabiliteacute peut ecirctre ameacutelioreacutee quelque soit son type si la

compensation reacuteactive du systegraveme de transmission varie rapidement Les meacutethodes de

compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive classiques se basent sur les batteries de condensateurs ou

les bobines fixes ou commandeacutees meacutecaniquement Ces meacutethodes sont non efficaces dans le

controcircle du reacuteseau eacutelectrique quand il est seacutevegraverement perturbeacute

Gracircce aux avanceacutees reacutecentes dans la technologie des IGBT et GTO le temps de reacuteaction

de ces dispositifs a diminueacute agrave quelques milli secondes Il est possible donc de reacutepondre agrave la

demande par lrsquoutilisation drsquoune compensation rapide en utilisant les dispositifs FACTS [31]

II3) Les dispositifs FACTS

Selon lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) la deacutefinition du terme

FACTS est la suivante Systegravemes de Transmission en Courant Alternatif comprenant des

dispositifs baseacutes sur leacutelectronique de puissance et dautres dispositifs statique utiliseacutes pour

accroicirctre la controcirclabiliteacute et augmenter la capaciteacute de transfert de puissance du reacuteseau

Avec leurs aptitudes agrave modifier les caracteacuteristiques apparentes des lignes les FACTS

sont capables daccroicirctre la capaciteacute du reacuteseau dans son ensemble en controcirclant les transits de

puissances Les dispositifs FACTS ne remplacent pas la construction de nouvelles lignes Ils

sont un moyen de diffeacuterer les investissements en permettant une utilisation plus efficace du

reacuteseau existant [28]

Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie [26]

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

48

II4) Classification des dispositifs FACTS

II41) Classification selon la geacuteneacuteration

Depuis les premiers compensateurs trois geacuteneacuterations de dispositifs FACTS ont vu le

jour Elles se distinguent par la technologie des semi-conducteurs et des eacuteleacutements de

puissance utiliseacutes

II411) Geacuteneacuteration I

Baseacutee sur les thyristors classiques Ceux-ci sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour enclencher

ou deacuteclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance reacuteactive dans les

transformateurs de reacuteglage

II412) Geacuteneacuteration II

Dite avanceacutee est neacutee avec lavegravenement des semi-conducteurs de puissance commander

agrave la fermeture et agrave louverture comme le thyristor GTO Ces eacuteleacutements sont assembleacutes pour

former les convertisseurs de tension ou de courant afin drsquoabsorber ou dinjecter des courants

(tensions) controcirclables dans le reacuteseau

II413) Geacuteneacuteration III

FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adapteacutee agrave chaque cas

Contrairement aux deux premiegraveres geacuteneacuterations celle-ci nutilisent pas des dispositifs

auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le reacuteseau

II42) Classification selon la cateacutegorie

Les dispositifs FACTS peuvent ecirctre classeacutes en trois cateacutegories figure (II4)

Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie

Dispositifs FACTS

Compensateurs shunt

Compensateurs seacuteries

Compensateurs hybrides

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

49

II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS

Le but de cette section est de donner une description bregraveve et de deacutefinir diffeacuterent shunt

seacuterie et combineacutes seacuterie-shunt dispositifs FACTS nous allons utiliser les termes et les

deacutefinitions drsquoIEEE [26]

a) Dispositifs FACTS Shunt

Compensateur statique de puissance reacuteactive (Static Var Compensator- SVC)

Un geacuteneacuterateur (ou absorbeur) statique drsquoeacutenergie reacuteactive shunt dont la sortie est ajusteacutee

en courant capacitif ou inductif afin de controcircler des paramegravetres speacutecifiques du reacuteseau

eacutelectrique typiquement la tension des nœuds Les sous-ensembles du SVC sont

Inductance Controleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Reactor-

TCR)

Une inductance placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele La valeur de

lrsquoinductance est continuellement changeacutee par lrsquoamorccedilage des thyristors

Condensateur Commuteacute par Thyristors (Thyristor-Switched

Capacitor- TSC)

Un condensateur placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele Les

thyristors fonctionnent en pleine conduction

Inductance Commuteacutee par Thyristors (Thyristor-Switched Reactor-

TSR)

Une inductance commuteacutee par thyristors dans le TSR les thyristors fonctionnent en

pleine conduction

Compensateur Statique Synchrone (Static Synchronous Compensator-

STATCOM)

Un geacuteneacuterateur synchrone fonctionnant comme un compensateur parallegravele de lrsquoeacutenergie

reacuteactive dont le courant capacitif ou inductif geacuteneacutereacute peut ecirctre controcircleacute seacutepareacutement de la

tension du systegraveme agrave courant alternatif

Geacuteneacuterateur Statique Synchrone (Static Synchronous Generator- SSG)

Un convertisseur de puissance statique agrave interrupteurs auto commuteacutes alimenteacute par une

source deacutenergie eacutelectrique approprieacutee et exploiteacute pour produire un ensemble ajustables de

tensions de sortie multi phases qui peut ecirctre coupleacute agrave un systegraveme de puissance alternatif dans

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

50

le but deacutechanger indeacutependamment la puissance controcirclable active et reacuteactive

Toutefois deux dispositifs particuliers peuvent ecirctre mis en eacutevidence

Systegraveme de Stockage par Batterie (Battery Energy Storage System-

BESS)

Un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie drsquoune source de nature chimique la conversion de la

tension de source est capable drsquoajuster rapidement lrsquoeacutenergie amont qui est fournit ou absorber

drsquoun systegraveme alternatif

Systegraveme de Stockage drsquoEacutenergie par Aimant Supraconducteur

(Superconducting Magnetic Energy Storage- SMES)

Un dispositif contenant des convertisseurs eacutelectroniques que rapidement injectent et ou

absorbent la puissance active et ou reacuteactive Le SMES sert principalement au controcircle

dynamique du flux de puissance dans les systegravemes eacutelectriques

Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var Generator

or Absorber- SVG)

Un dispositif eacutelectrique statique un eacutequipement ou un systegraveme qui est capable de tracer

un courant controcircleacute capacitif et ou inductif agrave partir dun systegraveme de puissance eacutelectrique et

ainsi geacuteneacuterer ou absorber la puissance reacuteactive Geacuteneacuteralement consideacutereacute pour consister en

connexion shunt Inductance controcircleacutee par thyristors etou condensateur commuteacute par

thyristors

Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var System- SVS)

Une combinaison de diffeacuterent compensateurs de puissance reacuteactive statiques et

meacutecaniquement commuteacutes dont les sorties sont coordonneacutes

Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Braking

Resistor- TCBR)

Une reacutesistance commuteacutee par thyristors et connecteacutee en parallegravele qui est controcircleacutee pour

aider le systegraveme de puissance agrave se stabiliser ou de minimiser lacceacuteleacuteration des puissances

drsquoune uniteacute geacuteneacuteratrice lors dune perturbation

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

51

b) Dispositifs FACTS seacuteries

La compensation seacuterie peut ecirctre utiliseacutee dans les systegravemes eacutenergeacutetiques pour la

commande du flux drsquoeacutenergie en reacutegime permanent En cas de lignes de transport avec une

capaciteacute thermique suffisante la compensation peut soulager des surcharges eacuteventuelles

sur drsquoautres lignes parallegraveles

Controcircleur de transit de puissance entre lignes (Interline Power Flow Controller-

IPFC)

Une combinaison de deux ou plusieurs compensateurs statiques seacuterie synchrone qui sont

relieacute entre eux via une liaison commune agrave courant continu pour faciliter lrsquoeacutecoulement

bidirectionnel de la puissance active entre les bornes alternatives des SSSC et sont controcircleacutes

pour fournir une compensation reacuteactive indeacutependante pour lrsquoeacutecoulement de puissance ajusteacute

dans chaque ligne et maintenir la distribution de lrsquoeacutecoulement de puissance reacuteactive deacutesireacute

entre les lignes

Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (Thyristor Controlled Series

Capacitor- TCSC)

Un compensateur agrave reacuteactance capacitif qui consiste en une seacuterie de condensateurs en

parallegravele avec des inductances commandeacutees par thyristor afin de pouvoir assurer une variation

homogegravene de la reacuteactance capacitive

Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (Thyristor Switched Series

Capacitor- TSSC)

Compensateur agrave reacuteactance capacitive qui est constitueacute drsquoun banc de capaciteacute seacuterie

shunteacute par une inductance commuteacutee par thyristor pour fournir un controcircle pas agrave pas de la

reacuteactance capacitive seacuterie

Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Series

Reactor- TCSR)

Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute de lrsquoinductance seacuterie shunteacute par

une inductance commandeacutee par thyristor afin de fournir une reacuteactance inductive seacuterie

leacutegegraverement variable

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

52

Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (Thyristor Switched Series Reactor-

TSSR)

Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute drsquoune inductance seacuterie shunteacutee par

une inductance commuteacutee par thyristor afin de fournir un controcircle pas agrave pas de la reacuteactance

inductive seacuterie

Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (Static Synchronous Series

Compensator- SSSC)

Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par

lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur Le SSSC agit sur le courant de ligne en inseacuterant une

tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou inductive Un

SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une ligne voire drsquoen

inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun condensateur ou

drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait que la tension

injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC preacutesente lrsquoavantage

de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante indeacutependamment du courant

c) Dispositifs FACTS hybrides (seacuterie ndashparallegravele)

Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (Unified Power Flow Controller- UPFC)

Une combinaison entre un STATCOM et un SSSC coupleacutes via une liaison agrave courant

continu pour permettre un eacutecoulement bidirectionnel de la puissance active entre la sortie du

SSSC et celle du STATCOM

Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Phase

Shifting Transformer- TCPST)

Transformateur deacutephaseur ajusteacute par un thyristor afin de fournir un angle de phase

rapidement variable Ce dispositif est eacutegalement appeleacute reacutegulateur drsquoangle de phase

commandeacute par thyristor (TCPAR -Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)

Reacutegulateur de puissance interphases (Interphase Power Controller- IPC)

Un controcircleur de la puissance active et reacuteactive connecteacute en seacuterie et comprenant dans

chaque phase des branches inductives et capacitives soumises agrave des tensions deacutephaseacutees

seacutepareacutement Les puissances active et reacuteactive peuvent ecirctre reacutegleacute indeacutependamment en ajustant

les deacutecalages de phase et ou les impeacutedances de branche agrave laide des commutateurs

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

53

meacutecaniques ou eacutelectroniques Dans le cas particulier ougrave lrsquoimpeacutedance inductive et capacitive

forment une paire conjugueacutee chaque terminal de lIPFC est une source passive de courant

deacutependant de la tension agrave lautre borne

d) Autres dispositifs FACTS

Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled voltage

Limiter- TCVL)

Une varistance agrave oxyde meacutetallique commuteacutee par thyristor utiliseacutee pour limiter la

tension agrave ses bornes durant les conditions transitoires

Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Voltage

Regulator- TCVR)

Un Transformateur commandeacute par thyristor qui peut fournir une tension variable dans

une phase avec un control continu

La figure (II5) preacutesente les diffeacuterents dispositifs qui peuvent controcircler certains variables

du systegraveme eacutelectrique

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

54

Dans la section qui suit nous allons deacutevelopper la preacutesentation du STATCOM et du

SSSC Il srsquoagit des dispositifs FACTS qui nous inteacuteresse particuliegraverement dans cette eacutetude et

que nous devons traiter pour une meilleure compreacutehension de la suite de ce meacutemoire

II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors

a) Dispositifs FACTS Shunt

Compensateur synchrone statique(STATCOM)

Un compensateur synchrone statique est constitueacute drsquoun convertisseur agrave source de

tension drsquoun transformateur de couplage et de la commande Dans cette application la source

drsquoeacutenergie agrave courant continue peut ecirctre remplaceacutee par un condensateur agrave courant

FACTS

Shunt

Thyristors GTO

Series

Thyristors GTO

Hybrides

Serie-Shunt

Autres FACTS

TCSC

TSSSC

GCSC

TCSR

IPFC

TSSR

SSSC

STATCOM

SSG

BESS

SMES SVC

TCR

TSC

TCBR

SVS

TSR

UPFC

TCPST

IPC

TCVR

TCPAR

TCPSR

TCVL

Figure II5 Classification des dispositifs FACTS

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

55

continue de sorte que lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie en reacutegime permanent entre le compensateur

statique et le systegraveme ca peut ecirctre uniquement reacuteactif comme illustreacute par la figure (II6)

119868119902 (est le courant de sortie du convertisseur) perpendiculaire agrave la tension du convertisseur

119881119894 (Lrsquoamplitude de la tension du convertisseur) et donc la sortie reacuteactive du convertisseur

sont reacuteglables [27]

Le convertisseur STATCOM

Produit les ondes rectangulaires de tension triphaseacutee eacutequilibreacutee Un compensateur

statique pouvant geacuteneacuterer ou absorber une puissance reacuteactive Il sagit du STATCOM

(Compensateur Statique) qui a connu jusqursquoagrave preacutesent sous diffeacuterents appellations

1 ASVC (Advanced Static Var Compensator)

2 STATCON (Static Condenser)

3 SVG (Static Var Generator)

4 SVC light (ABB)

5 SVC plus (SIEMENS)

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

nrsquoest que dans les anneacutees 90 que ce type de compensateur a connu un essor important gracircce

aux deacuteveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [27]

Le STATCOM possegravede plusieurs avantages par rapport aux compensateurs

conventionnels

La vitesse de reacuteaction la reacuteponse en moins drsquoun cycle agrave des variations de la

tension

Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

56

Lorsque la tension est basse il peut produire plus de puissance reacuteactive

notamment au moment ougrave lrsquoon a besoin drsquoune puissance reacuteactive consideacuterable

pour empecirccher la chute tension

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

utiliser pour reacutesoudre ce problegraveme des compensateurs multi-niveaux agrave commande MLI ou

encore installer des filtres

Le rocircle du STATCOM est drsquoeacutechanger de lrsquoeacutenergie reacuteactive avec le reacuteseau Pour ce

faire lrsquoonduleur est coupleacute au reacuteseau par lrsquointermeacutediaire drsquoune inductance qui est en geacuteneacuteral

lrsquoinductance de fuite du transformateur de couplage

Lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie reacuteactive se fait par le controcircle de la tension de sortie de

lrsquoonduleur 119881119904ℎ dont laquelle est en phase avec la tension du reacuteseau (Figure II7) Le

fonctionnement peut ecirctre deacutecrit de la faccedilon suivante

Si la tension 119881119904ℎ est infeacuterieure agrave la tension V le courant circulant dans lrsquoinductance est

deacutephaseacute de-π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant inductif (figure

II7a)

Si la tension119881119904ℎ est supeacuterieur agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est deacutephaseacute

de +π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant capacitif (figure II7b)

Si la tension 119881119904ℎ est eacutegale agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est nul et par

conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutechange drsquoeacutenergie

Lrsquoavantage de ce dispositif est de pouvoir eacutechanger de lrsquoeacutenergie de nature inductive ou

capacitive uniquement agrave lrsquoaide drsquoune inductance Contrairement au SVC il nrsquoy a pas

drsquoeacuteleacutement capacitif qui puisse provoquer des reacutesonances avec des eacuteleacutements inductifs du

119881119904ℎ

119881119904ℎ

119868119904ℎ V

V

a) Courant inductif b) Courant capacitif

Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM

119868119904ℎ

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

57

reacuteseau La caracteacuteristique statique de ce convertisseur est donneacutee par la figure (II8) Ce

dispositif a lrsquoavantage contrairement au SVC de pouvoir fournir un courant constant

important mecircme lorsque la tension V diminue

Le STATCOM permet le mecircme controcircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce

dispositif est capable de deacutelivrer la puissance reacuteactive mecircme si la tension au jeu de barres

(nœud de connexion) est tregraves faible dapregraves sa caracteacuteristique on constate que le courant

maximal du STATCOM est indeacutependant de la tension du nœud

Pour un STATCOM ideacuteal nayant pas des pertes actives leacutequation (II2) deacutecrit le

transfert de puissance reacuteactive dans le reacuteseau eacutelectrique [5]

119876119904ℎ =|⋁ 2

119896 |

Xshminus

|Vk||Vsh|

Xshcos( 120579119896 minus 120579119904ℎ) =

|⋁ 2119896 |minus

Xsh

|Vk||Vsh|

Xsh

Si |119881119896| gt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne positive et le STATCOM absorbe la puissance reacuteactive

Si |119881119896| lt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne neacutegative et le STATCOM fournie la puissance reacuteactive

Deacutepassement

transitoire en

fonctionnement

Deacutepassement

transitoire en

fonctionnement

Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM

119868119904ℎ

119868119898119886119909 119868119898119894119899

Capacitif Inductif

V

(II2)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

58

b) Dispositifs FACTS Seacuteries

Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC)

Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par

lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur (figure II9) Le SSSC agit sur le courant de ligne en

inseacuterant une tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou

inductive Un SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une

ligne voire drsquoen inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun

condensateur ou drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait

que la tension injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC

preacutesente lrsquoavantage de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante

indeacutependamment du courant [26]

Ce type de compensateur seacuterie (Compensateur Synchrone Statique Seacuterie) est le plus

important dispositif de cette famille Il est constitueacute drsquoun onduleur triphaseacute coupleacute en seacuterie

avec la ligne eacutelectrique agrave laide dun transformateur Ce dispositif possegravede des avantages si

lrsquoon compare avec le TCSC

Elimination des composants passifs (inductance et capaciteacutes)

Une aptitude symeacutetrique dans les deux modes (inductif et capacitif)

Son rocircle est drsquointroduire une tension triphaseacutee agrave la freacutequence du reacuteseau en seacuterie avec la

ligne de transport

Figure II9 Scheacutema de base du SSSC

Transformateur

seacuterie

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

59

Nous pouvons dans ce cas reacutegler continuellement la valeur apparente de la capaciteacute ou

de lrsquoinductance ainsi introduite dans la ligne Lrsquoavantage de ce dispositif est de ne pas

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

Cela eacutevite lapparition des oscillations dues agrave la reacutesonance avec les eacuteleacutements inductifs du

reacuteseau La caracteacuteristique statique drsquoun Compensateur Synchrone Statique Seacuterie est preacutesenteacutee

par la figure (II10)

Si lon utilise un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie le SSSC peut agrave ce moment lagrave eacutechanger

de la puissance active avec la ligne eacutelectrique Ceci peut contribuer agrave ameacuteliorer la stabiliteacute du

reacuteseau Dans ce cas la tension 119881119887 nrsquoest pas obligatoirement en quadrature avec le courant de

ligne

Principe de fonctionnement de SSSC

Le SSSC injecte en seacuterie une tension alternative avec une amplitude et un angle de

phase reacuteglable dans la ligne de transport agrave lrsquoaide drsquoun transformateur seacuterie Le SSSC peut

produire ougrave absorber de la puissance reacuteactive suivant la commande de convertisseur statique

il permet drsquoassurer une compensation shunt indeacutependante agrave la ligne de transport Il fourni ou

absorbe la puissance reacuteactive neacutecessaire localement et produit de la puissance active comme

reacutesultat de lrsquoinjection en seacuterie drsquoune tension [21]

Le principe de fonctionnement peut ecirctre expliqueacute par la figure (II11)

Figure II10 Caracteacuteristique statiques du SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

60

Le SSSC deacutelivre une tension triphaseacutee 119881119904119890 agrave la freacutequence du reacuteseau en quadrature (

90 ) avec le courant de la ligne et controcirclable afin daugmenter ou diminuer la tension agrave

travers la ligne repreacutesenteacutee par sa reacuteactance 119883119897 selon le mode de compensation capacitif ou

inductif respectivement (figure II12) mais comme la reacuteactance de la ligne ne varie pas

reacuteellement cest le courant dans la ligne qui sera affecter par cette variation et par

conseacutequence les puissances correspondante

Ideacutealement la tension 119881119904119890 est agrave 90 du courant de la ligne ce qui fait quaucun eacutechange

de la puissance active nrsquoest entre le reacuteseau et le SSSC Pratiquement il y a toujours une petite

composante de cette tension 119881119904119890 en phase avec le courant 119868119897 qui geacutenegravere une petite quantiteacute de

la puissance active pour couvrir les pertes dans le convertisseur

On peut expliquer les diffeacuterents modes de compensation capacitive et inductive en ce

reacutefeacuterant aux diagrammes vectoriels de la figure (II13) qui suit en admettant le scheacutema

eacutequivalent dun SSSC installeacute dans un reacuteseau eacutelectrique simple repreacutesenteacute sur la figure (II12)

Figure II11 Principe de fonctionnement de SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

61

bull

Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du

reacuteseau

Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du

reacuteseau (eacutetat deacutequilibre) la tension au borne de la reacuteactance effective 119881119909119890119891119891

est eacutegale agrave la tension aux bornes de la ligne de transport sans compensation

la ougrave le degreacute de compensation K est nul K = 119881119902

119881119894 x 100 avec 119883119902 =

119881119902

119868119894

Dans le mode de compensation inductif le courant de la ligne 119868119897 diminue en

augmentant le degreacute de compensation K de 0 agrave 100 Du diagramme (b)

on voit que pour maintenir 119881119904 119881119903 et constants la variation dans

lamplitude de 119881119904119890 se reacutepercute directement sur la tension 119881119897 et chaque

Figure II12 Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple

Figure II13 Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

62

augmentation dans 119881119904119890 entraicircne une diminution dans 119881119897 et par conseacutequence

dans le courant 119868119897

En mode capacitif le courant dans la ligne augmente avec laugmentation du

niveau de compensation la tension 119881119904119890 injecteacutee en anti-phase avec la tension

119881119897 (- 90deg en arriegravere du courant 119868119897 ) force la tension 119881119897 agrave augmenter pour

garder langle de charge constant ainsi que les tensions aux extreacutemiteacutes de la

ligne (figure II12c) [37]

II6) Coucirct des dispositifs FACTS [29]

Mis agrave part les avantages techniques apporteacutes par les FACTS drsquoautres critegraveres lieacutes au

coucirct doivent ecirctres pris en consideacuteration dans la deacutecision drsquoinstaller un dispositif Sur le plan

eacuteconomique le critegravere geacuteneacuteralement adopteacute dans lrsquoeacutevaluation des beacuteneacutefices obtenus par un

FACTS est que lrsquoaccroissement des revenues doit exceacuteder les coucircts drsquoexploitations de

maintenance et drsquoamortissement de lrsquoinstallation

Le coucirct drsquoune installation FACTS deacutepend principalement des facteurs tels que

Les performances requises

La puissance de lrsquoinstallation

Le niveau de tension du systegraveme

La technologie du semi-conducteur utiliseacute

Controcircleurs FACTS Coucirct (US$)

Condensateur Shunt 8$Kvar

Condensateur Seacuterie 20$ Kvar

SVC 40$Kvar

TCSC 40$Kvar

STATCOM 50$Kvar

UPFC Partie Seacuterie 50$Kvar

UPFC Partie Shunt 50$Kvar

Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

63

II7) Synthegravese des dispositifs FACTS

Les diffeacuterents dispositifs FACTS preacutesenteacutes dans ce chapitre possegravedent tous leurs propres

caracteacuteristiques tant en reacutegime permanent quen reacutegime transitoire Chaque type de dispositif

sera donc utiliseacute pour reacutepondre agrave des objectifs bien deacutefinis Des consideacuterations eacuteconomiques

entreront eacutegalement dans le choix du type dinstallation agrave utiliser Le tableau (II2) syntheacutetise

les principaux beacuteneacutefices techniques des nouvelles technologies de FACTS Le nombre +

est proportionnel agrave lefficaciteacute du dispositif

II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie

des dispositifs FACTS [29]

A Les avantages des dispositifs FACTS

Controcircle le transit de la puissance active

Augmente la seacutecuriteacute des systegravemes eacutenergeacutetiques (augmentation de la limite de la

stabiliteacute transitoire amortissement des oscillations hellip)

Reacuteduit le transit de lrsquoeacutenergie reacuteactive

Optimise les puissances geacuteneacutereacutees donc reacuteduit le coucirct de production de lrsquoeacutenergie

Agir comme filtre actif

Ameacutelioreacutee lrsquointerconnexion et lrsquoeacutechange eacutenergeacutetique

Dispositif

Controcircle du

transit de

puissance

Controcircle

de la

tension

Stabiliteacute

transitoire

Stabiliteacute

statique

STATCOM + +++ ++ ++

SSSC ++ + +++ ++

IPFC +++ ++ +++ ++

Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS [14]

+ Petite ++ Moyenne +++Forte

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

64

B Les inconveacutenients

Lrsquointroduction des harmoniques du reacuteseau eacutelectrique ce qui le rend pollueacute cest-agrave- dire le

signal sera tendu et non sinusoiumldale Il rend le reacuteseau vulneacuterable agrave la surtension ducirce aux

commutations reacutepeacutetitives

C Les contraintes des dispositifs FACTS

Les dispositifs FACTS sont consideacutereacutes comme des solutions pour aider les systegravemes

eacutelectriques mais ils preacutesentent des inconveacutenients en plus qursquoils ne sont pas une solution

universelle ils existent plusieurs contraintes pour que ces dispositifs soient efficaces et

rentables [30]

o Le choix du FACTS

o Le choix du modegravele du FACTS

o Choix de la localisation des FACTS

o Protection pour les FACTS et pour le reacuteseau

o Interactions entre les dispositifs FACTS et les autres eacuteleacutements

Nous avons deacutecideacute pour la suite de notre travail de ne pas eacutetudier lrsquoimpact de chaque

cateacutegorie des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique Notre choix srsquoest porteacute sur lrsquoeacutetude du

Compensateur Statique Synchrone (STATCOM) et du Conpensateur statique seacuterie

synchrone (SSSC)Il nous a sembleacute raisonnable drsquoessayer drsquoanalyser lrsquoimpact de la

compensation shunt et de la compensation seacuterie de faccedilon seacutepareacutee avant de regrouper lrsquoeacutetude

de ces concepts FACTS agrave lrsquoaide de la compensation hybride

II9) Conclusion

Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre en premier lieu le concept FACTS ainsi nous

avons donneacute une bregraveve description et des deacutefinitions des divers types de dispositifs FACTS

Cette description est adopteacutee comme classification universelle des systegravemes FACTS La

plupart dentre eux sont deacutejagrave en service dans la pratique Si aujourdhui les FACTS sont encore

peu utiliseacutes par rapport agrave leur potentiel les eacutevolutions techniques de leacutelectronique de

puissance vont rendre les solutions FACTS de plus en plus compeacutetitives face aux

renforcements des reacuteseaux le contexte algeacuterien a eacuteteacute abordeacute ainsi que la conception et le

fonctionnement des 2 dispositifs retenus pour cette eacutetude

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

65

Nous avons choisi deacutetudier le STATCOM et le SSSC comme dispositifs FACTS pour

controcircler et ameacuteliorer la tension et la puissance reacuteactive Le chapitre suivant (chapitre III) sera

deacutedieacute agrave la modeacutelisation des systegravemes FACTS

66

Chapitre 3

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

67

Dans le but drsquoeacutetudier lrsquoimpact des FACTS sur lrsquoameacutelioration de tension des reacuteseaux

eacutelectriques des modegraveles approprieacutes sont neacutecessaires agrave deacutevelopper Nous tenons agrave mentionner

que plusieurs logiciels incorporent ces modegraveles Dans ce chapitre nous allons preacutesenter les

modegraveles matheacutematiques du STATCOM et du SSSC retenus au chapitre II

III1) Introduction

Pour pouvoir observer limpact des dispositifs FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique il est

neacutecessaire de les repreacutesenter par des modegraveles Ceux-ci sont ensuite inteacutegreacutes dans des

programmes de calcul permettant de simuler leurs effets sur lensemble du systegraveme

Plusieurs modegraveles de FACTS ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes tant pour des reacutegimes de

fonctionnement stationnaire que dynamique Certains modegraveles sont speacutecifiques agrave un type de

dispositif alors que dautres plus geacuteneacuteraux sont utiliseacutes pour repreacutesenter plusieurs FACTS

Dans le cadre de ce meacutemoire et plus preacuteciseacutement le chapitre quatre cest lrsquoimpact des

dispositifs FACTS sur le reacuteseau de transport qui est eacutetudieacute Dans ce contexte nous nous

restreignons agrave leacutetude de lrsquoeffondrement de tension et plus particuliegraverement aux effets des

FACTS sur la stabiliteacute des tensions

La modeacutelisation des FACTS est effectueacutee sur la base des eacuteleacutements utiliseacutes dans les

calculs de lrsquoeacutecoulement de puissance Ce sont plus particuliegraverement les geacuteneacuterateurs les

charges les eacuteleacutements shunt ainsi que les lignes et les transformateurs

III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS [26]

III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs

Les geacuteneacuterateurs sont des eacuteleacutements qui permettent la conversion de leacutenergie (meacutecanique

photonique chimique) vers une forme eacutelectrique Ils peuvent fournir ou consommer de

leacutenergie active ou reacuteactive et ils peuvent maintenir un niveau de tension deacutesireacutee

Un geacuteneacuterateur peut ecirctre consideacutereacute comme une source de puissance active et reacuteactive qui

peut maintenir une tension de consigne Agrave cause de facteurs comme la limite thermique du

rotor celle du stator et la limite de stabiliteacute au reacutegime permanent le fonctionnement dun

geacuteneacuterateur est limiteacute en puissance active ainsi quen puissance reacuteactive Ainsi un geacuteneacuterateur

peut ecirctre modeacuteliseacute dans le calcul drsquoeacutecoulement de puissance par le scheacutema de la figure (III1)

Dans lrsquoanalyse de lrsquoeacutecoulement de puissance les geacuteneacuterateurs sont modeacuteliseacutes comme des

injecteurs de courants La puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur est reacutegleacutee agrave travers le

controcircle de la turbine qui doit ecirctre dans les limites de la capaciteacute du systegraveme turbine

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

68

geacuteneacuterateur La tension est lieacutee principalement agrave lrsquoinjection de la puissance reacuteactive au jeu de

barres de production et comme le geacuteneacuterateur doit fonctionner dans les limites de sa courbe de

capaciteacute reacuteactive il nrsquoest pas possible de reacutegler la tension en dehors de certaines limites

admissibles

Avec

Si Puissance apparente complexe

PGi Puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i

QGi Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i

V i Tension complexe au nœud i

δi Deacutephasage de la tension au nœud i

Les limites de production des geacuteneacuterateurs sont deacutefinies par

PGimin le PGi le PGimax

QGimin le QGi le QGimax

Dans les calculs de transit de puissance la puissance PGi est prise constante et la

tension V i peut ecirctre maintenue en module agrave une valeur consigne constante La phase δi et la

puissance reacuteactive quand agrave elles deacutependent de leacutetat du reacuteseau Lorsque QGi deacutepasse une de ces

limites sa valeur est fixeacutee agrave cette valeur limite et la tension ne peut plus ecirctre controcircleacutee Le

nœud nest plus consideacutereacute comme geacuteneacuterateur mais comme une charge

120575119894

119878119894 i 119881 119894

119875119866119894 119876119866119894

119876119866119894

Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur

(III1)

(III2)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

69

III22) Modegraveles des charges [26]

Les charges repreacutesentent les consommateurs connecteacutes au reacuteseau (figure III2) Elles

correspondent agrave des injections neacutegatives aux nœuds Les charges sont modeacuteliseacutees par des

puissances constantes indeacutependantes de la tension nodale

SLi = PLi + j QLi

Ougrave

SLi La puissance complexe de la charge

PLi La puissance active

QLi La puissance reacuteactive

La puissance reacuteactive QLi peut ecirctre positive ou neacutegative selon que la charge est de nature

inductive ou capacitive respectivement

III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt [26]

Dans la plupart des cas les eacuteleacutements shunt sont des dispositifs destineacutes agrave la

compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive et la tenue de la tension chaque eacuteleacutement connecteacute au

reacuteseau sera modeacuteliseacute par des admittances 1199101198940 de la forme

1199101198940 = 1198921198940 + 1198951198871198940

Le symbole geacuteneacuteral repreacutesentant un eacuteleacutement shunt est donneacute agrave la figure III3a La

susceptance 1198871198940 peut ecirctre inductive ou capacitive Dans le premier cas leacuteleacutement consomme de

la puissance reacuteactive (fig III3b) alors quil en fournit au systegraveme dans le second (fig III3c)

Les modegraveles des dispositifs FACTS preacutesenteacute dans la section suivante sont baseacutes sur une

(III3)

Figure III2 Modegravele des charges

PLi QLi

i

(III4)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

70

simple modification des eacuteleacutements approprieacutes de 119884

III24) Modegraveles de la ligne [26]

Les lignes sont deacutefinies par leur scheacutema en 120587 (figure III4) qui caracteacuterise en geacuteneacuteral les

lignes moyennes dont les paramegravetres sont la reacutesistance r la reacuteactance 119909 = 119871 ω et la

susceptance b =119862120596 Dans le cas des lignes longues on peut toujours se ramener agrave un scheacutema

eacutequivalent en 120587 Les lignes de transport sont modeacuteliseacutees par leur scheacutema en 120587 classique dans

lequel la conductance transversale est neacutegligeacutee

La matrice dadmittance nodale dune ligne reliant un nœud i agrave un nœud k est donneacute par

lrsquoeacutequation (III5)

Y = (

yik+

yik0

2

minusyik

minusyik yik + yik0

2

)

Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt a) symbole b) eacuteleacutement

inductif c) eacuteleacutement capacitif

c) eacuteleacutement capacitif

(III5)

i 119909119894119896 119903119894119896 k

119887119894119896119900

2

119887119894119896119900

2

Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

71

Ougrave ladmittance longitudinale yik vaut

yik = 1

rik + j 120013ik

Avec

rik Reacutesistance longitudinale de la ligne

120013ik Reacuteactance longitudinale de la ligne

Ladmittance transversale correspondant aux effets capacitifs seacutecrit

yik0 = j119887ik0

Avec

119887ik0 Sousceptance transversale de la ligne

III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques [32]

Chaque nœud est caracteacuteriseacute par quatre variables Pi Qi Vi θi Si on connaicirct deux des

quatre variables nous permettent de deacuteterminer les deux autres agrave partir des eacutequations

principales de leacutecoulement de puissance En pratique le problegraveme se pose autrement Pour

cela il faut classifier les nœuds du systegraveme comme suit (Tableau III1)

Nœud de charge (P-Q) Pour ce type de nœuds on associe geacuteneacuteralement les charges

Ces derniegraveres sont caracteacuteriseacutees par la consommation des puissances active et reacuteactive

On peut aussi associer des geacuteneacuterateurs avec des puissances active et reacuteactive fixeacutees

Les variables agrave deacuteterminer sont le module et la phase de la tension

Nœud geacuteneacuterateur (P-V) Pour ce type de nœuds on associe les centrales de

production On speacutecifie la puissance active et le module de la tension Les variables agrave

deacuteterminer sont la phase de la tension et la puissance reacuteactive

Nœud bilan (slack bus) Pour ce type de nœud on associe la centrale de production la

plus puissante Dans un nœud k (nœud de reacutefeacuterence ou slack bus) on speacutecifie la phase

et le module de la tension Les valeurs agrave deacuteterminer sont les puissances actives et

reacuteactives

(III6)

(III7)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

72

III26) Modegraveles du transformateur

Les transformateurs sont repreacutesenteacutes par leur impeacutedance connecteacutee en seacuterie avec un

transformateur ideacuteal (figure III5) Le rapport de transformation est reacuteel pour un

transformateur classique alors quil est complexe dans le cas dun transformateur deacutephaseur

De maniegravere geacuteneacuterale le rapport de transformation complexe μik

est deacutefini par

μik

=Ui

Um

avec

Ui Tension complexe au nœud i

Um Tension complexe au nœud m

III27) Modegraveles de la machine synchrone

Nœuds Puissances actives Puissances reacuteactives Module de Tension Lrsquoangle de phase

Nœud (PQ) Connue Connue Inconnue Inconnue

Nœud (PV) Connue Inconnue Connue Inconnue

Nœud (slack

bus)

Inconnue Inconnue Connue Connue

Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme

(III8)

Si i

Ii Im

Um

119898

119903119894119896 Ik

Uk

119909119894119896

Ui μik 1

119896

Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

73

(III10)

La fem de la machine synchrone est donneacutee par la relation suivante

Ersquo = 119881119904+119903119886119868119904+j119883119889119868119904

Ersquo fem transitoire de la machine synchrone

119881119904 Tension aux bornes de la machine

119868119904 courant de la machine

119903119886 Reacutesistance statorique de la machine

119883119889 Reacuteactance transitoire de la machine

La repreacutesentation de la machine synchrone utiliseacutee pour la solution du reacuteseau et le diagramme

de phase sont scheacutematiseacutes dans la figure suivante

Les composantes de la tension 119881119904 aux bornes de la machine suivant les axes d-q sont

119881119889 = 119864prime119889 minus 119903119868119889 minus 119883prime

119902 119868prime119902

119881119902 = 119864prime119902 minus 119903119868119902 + 119883prime119889 119868prime119889

III28) Modeacutelisation du STATCOM

(III9)

Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone

(III11)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

74

(III12)

(III13)

Le STATCOM appartient agrave la deuxiegraveme geacuteneacuteration des dispositifs FACTS Selon

lIEEE Le STATCOM est un moyen de compensation dynamique connecteacute en parallegravele au

systegraveme eacutelectrique il est baseacute sur lrsquoinjection drsquoun courant AC controcircleacute agrave travers un

transformateur de couplage La structure de base drsquoun STATCOM ayant le scheacutema qui est

montreacute par la figure (III7) [33]

En geacuteneacuteral la tension du STATCOM 119881119904ℎest injecteacutee en phase avec la tension 119881119903 de la

ligne et dans ce cas il n y a pas deacutechange de leacutenergie active avec le reacuteseau mais seulement la

puissance reacuteactive qui sera injecteacutee (ou absorbeacutee) par le STATCOM Le STATCOM a le

mecircme rocircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce dispositif capable de deacutelivrer la

puissance reacuteactive mecircme si la tension de jeu de barre de connexion est faible Avec

lhypothegravese dun STATCOM ideacuteal (convertisseur sans pertes) la contrainte de fonctionnement

que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas eacutechanger la puissance active avec le reacuteseau

La tension du STATCOM est donneacute par

119864119904ℎ = 119881119904ℎ(119888119900119904120575119904ℎ + 119895119904119894119899120575119904ℎ)

Le courant injecteacutee par le STATCOM est donneacute par

119868119904ℎ =119881119904ℎ minus 119881119894

119895119883119894

Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

75

(III14)

(III15)

(III16)

(III17)

La puissance de transmission entre les deux systegravemes peut ecirctre repreacutesenteacutee par

La puissance active transmis

119875 = 119881119894119881119904ℎ

119883 119904119894119899(120575119894minus120575119904ℎ)

La puissance reacuteactive transmis

119876 =119881119894

2

119883minus

119881119894119881119904ℎ

119883 cos (120575119894120575119904ℎ)

Ougrave 119881119894119881119904ℎ est la tension aux nœuds (120575119894120575119904ℎ) lrsquoangle entre la tension et X impeacutedance de la

ligne Apregraves lrsquoexeacutecution de quelques opeacuterations complexes les eacutequations de puissance active

et reacuteactive sont obtenues comme suit

119875119904ℎ = 1198811198942119892119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ) + 119887119904ℎ119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ))

119876119904ℎ = minus1198811198942119887119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ) minus 119887119904ℎ119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ))

Avec 119892119904ℎ + 119895119887119904ℎ = 1119885119904ℎ

frasl

119892119904ℎ Conductance eacutequivalente du STATCOM

119887119904ℎ Susceptance eacutequivalente du STATCOM

119885119904ℎ Impedance eacutequivalente du STATCOM

III29) Modeacutelisation du SSSC

Le SSSC peut acqueacuterir un eacuteleacutement de stockage drsquoeacutenergie pour une compensation de la

puissance active momentaneacutement qui reacutesulte dans un maintien efficace de la stabiliteacute du

reacuteseau eacutelectrique Un SSSC est donc modeacuteliseacute comme une source de tension en seacuterie la figure

(III8) montre un SSSC inseacutereacute dans un reacuteseau agrave deux machines et son diagramme vectoriel des

tensions [33]

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

76

(III18)

(III19)

(III20)

(III21)

(III22)

(III23)

A partir du diagramme vectoriel on peut voir que la tension injecteacutee en seacuterie controcircle

directement la tension agrave travers lrsquoinductance X de la ligne qui en la augmentant reacutesulte en

une augmentation dans la valeur du courant et par conseacutequence une augmentation dans la

puissance transmissible agrave travers la ligne Ce fonctionnement est similaire agrave une compensation

seacuterie par un condensateur Si on eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant

de la ligne on obtient le mecircme reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un

condensateur

119880= -j119883119862 119868

Avec 119883119862 qui repreacutesente la reacuteactance capacitive du condensateur Mais comme le SSSC

est une source de tension il peut alors maintenir une tension constante puisque il controcircle

indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC peut augmenter ou diminuer le

flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant la tension injecteacutee en seacuterie agrave la

ligne Comme le SSSC est une source reacuteactive la tension geacuteneacutereacutee est perpendiculaire au

courant de la ligne ce courant est

119868 =1198801minus119880119902minus1198802

119895119883

119920 =120783

119947119935(( 119880120783 minus 119880120784) minus 119880119954

(119880120783minus119880120784)

|119880120783minus119880120784|)

119920 =119947(119880120783minus119880120784)

119935(120783 minus

119880119954

|119880120783minus119880120784|)

Cette eacutequation montre qursquoagrave lrsquoabsence du SSSC la chute de tension agrave travers X

est ( 1198801

minus 1198802

) Si on prend 1198802 Comme reacutefeacuterence du SSSC

1198802

= U2

et

Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

77

(III24)

(III25)

1198801=1198801(119888119900119904120575 + 119895119904119894119899120575)

Si on prend par consideacuteration que

|119880120783

minus 119880120784

| = radic119880120783120784 + 119932120784

120784 minus 120784119932120783119932120784119940119952119956120633

Ce qui nous donne la puissance agrave travers la ligne

P = 11988011198802119904119894119899120575

119883(1 minus

119880119902

radic11988012+1198802

2minus211988011198802119888119900119904120575

)

Par conseacutequent la puissance transmise P est une fonction de la tension injecteacutee La

puissance transmise en fonction de lrsquoangle δ

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

78

III3) Conclusion

Dans ce chapitre nous avons modeacuteliseacute les diffeacuterents composants du reacuteseau eacutelectrique agrave

savoir les lignes de transport les transformateurs et les charge les machines

synchroneshellipetc

Des modegraveles simplifieacutes de deux diffeacuterents types de FACTS agrave savoir le STATCOM et le

SSSC baseacute sur la modification de la matrice admittance 119884 et suitable pour lrsquoeacutetude du controcircle

du power flow et la reacutegulation de la tension ont eacuteteacute deacutemontreacutees dans ce chapitre Les deux

modegraveles ont eacuteteacute observeacutes dans la litteacuterature Agrave cet effet une bregraveve preacutesentation des approches

existantes agrave des modegraveles de ces deux dispositifs FACTS ont eacuteteacute fournis Les modegraveles

seacutelectionneacutes sont faciles agrave impleacutementer dans les logiciels du power flow comme le PSAT Au

chapitre suivant crsquoest lrsquoimpact du STATCOM et du SSSC sur lrsquoeffondrement de tension qui

sera analyseacute

79

Chapitre 4

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

80

IV1) Introduction

Le transfert de puissance au travers drsquoun reacuteseau eacutelectrique srsquoaccompagne de chutes de

tension entre les points de production et ceux de consommation Dans des conditions

normales de fonctionnement ces chutes de tension sont de lrsquoordre de quelque pour cents de la

tension nominale Une des preacuteoccupations des planificateurs et des exploitants est de srsquoassurer

que les tensions aux diffeacuterents jeux de barres du reacuteseau demeurent malgreacute tout dans des

limites prescrites speacutecialement dans des conditions de forte charge etou suite agrave des incidents

plausibles Dans certaines circonstances cependant dans les secondes ou dans les minutes qui

suivent lrsquoapparition drsquoune perturbation les tensions peuvent deacutecroitre de maniegravere

catastrophique agrave tel point que la puissance ne peut plus ecirctre achemineacutee correctement aux

consommateurs et que lrsquointeacutegriteacute du systegraveme peut ecirctre mise en danger

Le meacutecanisme qui sous-tend cet affaissement des tensions est lrsquoinstabiliteacute de tension et

la catastrophe qui en reacutesulte est lrsquoeffondrement de tension [34]

En termes simples lrsquoinstabiliteacute de la tension provient drsquoun comportement des charges

qui tend agrave ramener la consommation de puissance de celles-ci au-delagrave de ce que peuvent

fournir ensemble le reacuteseau de transport et les geacuteneacuterateurs

Dans de nombreux reacuteseaux agrave travers le monde lrsquoinstabiliteacute de tension est consideacutereacutee

comme une source majeure de deacutefaillance au moins aussi importante que les surcharges

thermiques drsquoeacutequipements (et le risque associeacute de deacuteclenchements en cascade) ou lrsquoinstabiliteacute

angulaire (perte de synchronisme entre geacuteneacuterateurs) connues depuis plus longtemps

Plusieurs facteurs contribuent agrave cet eacutetat de fait

- comme on le sait la construction de nouvelles lignes eacutelectriques est de

plus en plus difficile souvent retardeacutee et parfois impossible

- la concentration de la production dans ces centrales de plus en plus

puissantes a diminueacute le nombre de points tenus en tension dans le reacuteseau et

augmenteacute les distances eacutelectriques entre centres de production et de consommation

Certes lrsquoeacutemergence de la production deacutecentraliseacutee va quelque peu inverser cette

tendance en rapprochant producteurs et consommateurs Encore faut ndashil que ces

sources drsquoeacutenergie fournissent les services auxiliaires que sont la reacutegulation de

tension et la mise agrave disposition drsquoune reacuteserve de puissance reacuteactive

- lrsquousage massif de condensateurs shunt pour soutenir le profil de tension

permet de transporter de plus grandes quantiteacutes de puissance mais rapproche le point

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

81

drsquoinstabiliteacute des plages de fonctionnement normal

- lrsquoinstabiliteacute de tension est souvent deacuteclencheacutee par la perte

drsquoeacutequipements de transport et ou de production incidents dont la probabiliteacute

drsquoapparition est relativement eacuteleveacutee (compareacutee par exemple agrave celle du court-circuit

triphaseacute consideacutereacute en stabiliteacute transitoire angulaire)

- lrsquoouverture du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute incite agrave faire fonctionner les

reacuteseaux plus pregraves de leurs limites physiques pour des raisons de rentabiliteacute

eacuteconomique Plus encore que par le passeacute il est donc neacutecessaire drsquoeacutevaluer ces

limites en particulier vis ndashagrave vis du risque drsquoinstabiliteacute de tension

IV2) Outils de simulation

Plusieurs outils de simulation ont eacuteteacute utiliseacutes dans lrsquoanalyse et lrsquoeacutetude des reacuteseaux

eacutelectriques tels que (Matlab EMTP Etap PowerWorld PSAThellip etc) Ces logiciels

permettent de nous renseigner sur les diffeacuterents facteurs drsquoun reacuteseau eacutelectrique et agrave simuler les

diffeacuterents cas pour avoir les paramegravetres du reacuteseau Ces derniers utilisent les mecircmes

concepts Dans ce meacutemoire le logiciel PSAT est utiliseacute pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de

tension drsquoun reacuteseau de transport

PSAT est un logiciel librement distribueacutes conccedilu par Federico Milano baseacute sur

MATLAB pour lanalyse et lrsquooptimisation des reacuteseaux eacutelectriques Lrsquointerface graphique

interactive du PSAT permet agrave lrsquoutilisateur drsquoeffectuer les fonctions statiques et dynamiques

suivantes [35]

Calcul drsquoeacutecoulement de puissance (Power Flow- PF)

Calcul drsquoeacutecoulement de puissance Optimal (Optimal Power Flow- OPF)

Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation Power Flow- CPF)

Analyse de la stabiliteacute de petites perturbations (Small Signal Stability Analysis-

SSSA)

Simulation temporelle (Time Domaine Simulation- TDS)

Analyse transitoire drsquoeacutelectromagneacutetique (Electro Magnetic Transient Analysis-

EMT)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

82

Interface graphique (Graphical User Interface- GUI)

Eacutediteur de reacuteseau graphique (Graphical Network Editor- GNE)

Toutes les opeacuterations de PSAT peuvent ecirctre reacuteparties en deux genres drsquoanalyse

- La premiegravere analyse est de reacutesoudre les problegravemes de lrsquoeacutecoulement de puissance

Cette application srsquoeffectue dans une page de commande ou un eacutediteur comme

montre la figure (IV1)

- La seconde analyse est drsquoimplanter le reacuteseau agrave eacutetudier en utilisant une bibliothegraveque

de Simulink qui contient de nombreux modegraveles pour lrsquoimplantation des systegravemes

eacutelectriques comme montreacute dans la figure (IV2)

IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques

La deacutefinition et les types de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques sont repreacutesenteacutes dans le

chapitre I

Durant les derniegraveres deacutecennies la stabiliteacute de tension dans les systegravemes dalimentation

est devenue un vaste champ de recherches Les pheacutenomegravenes dinstabiliteacute en tension peuvent

srsquoeacutetendre dans une plage de temps allant de quelques secondes agrave quelques heures et ont eacuteteacute

eacutetudieacutes en utilisant une varieacuteteacute de modegraveles statiques et dynamiques y compris les reacutegulateurs

et les dispositifs eacutelectroniques de puissance

Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

83

Les sujets pertinents pour le marcheacute de leacutelectriciteacute et pour les techniques optimales

deacutecoulement de puissance sont geacuteneacuteralement les pheacutenomegravenes drsquoeffondrement de tension

reacutesultant des variations de charge et des opeacuterations de commutation Lrsquoeffondrement de

tension est geacuteneacuteralement la conseacutequence de laugmentation de la charge dans les systegravemes

caracteacuteriseacutes par des conditions de chargement lourd et ou lorsque survient une modification

dans le systegraveme comme une ligne hors service Le reacutesultat est geacuteneacuteralement que le point de

fonctionnement actuel qui est stable laquodisparaicirctraquo et le systegraveme transitoire suivant conduit agrave

une rapide irreacutecupeacuterable baisse de tension

IV31) Facteur de charge et les directions de puissance [34]

Loutil analytique le plus accepteacute pour lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes de lrsquoeffondrement de

tension est la theacuteorie de la bifurcation qui est une theacuteorie matheacutematique geacuteneacuterale capable de

classer les instabiliteacutes drsquoeacutetudier le comportement du systegraveme dans le voisinage

drsquoeffondrement ou des points instables et de donner une information quantitative sur les

actions correctives pour eacuteviter les conditions critiques

Dans la theacuteorie de la bifurcation il est supposeacute que les eacutequations du systegraveme deacutependent

dun ensemble de paramegravetres avec des variables deacutetat comme suit

0 = 119891 (120013 λ)

avec

119891 Eacutequation de lrsquoeacutecoulement de puissance

120013 Variables deacutependantes

120582 Facteur de charge

Alors les proprieacuteteacutes de la stabiliteacute instabiliteacute sont eacutevalueacutees en variant lsquolsquolentementrsquorsquo les

paramegravetres Dans ce meacutemoire le paramegravetre utiliseacute pour eacutetudier la proximiteacute du systegraveme de

lrsquoeffondrement de tension est le soi-disant facteur de charge 120582 (120582 isin ℛ) ce qui modifie les

puissances du geacuteneacuterateur et la charge comme suit

(IV1)

1198751198661 = (1 + 120582)(1198751198660 + 119875119878)

1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)

1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)

(IV2)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

84

Avec

1198751198660 Puissance active du geacuteneacuterateur

1198751198710 Puissance active de la charge

119875119878 Fourniture de lrsquooffre (Supply bids)

119875119863 Demande drsquooffre (Demand bids)

Les puissances qui multiplient λ sont appeleacutees les puissances de direction Les eacutequations

(IV2) diffegraverent du modegravele geacuteneacuteralement utiliseacute dans lanalyse du calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) cest-agrave-dire

Ougrave le facteur de charge touche uniquement les variables puissances PS et PD Dans les

diagrammes typiques de bifurcation les tensions sont traceacutees en fonction de λ cest agrave dire la

mesure de la capaciteacute de charge du systegraveme obtenant ainsi les courbes V(p)

Les indices 0 1 et 2 deacutenotent le cas de base le premier point et le deuxiegraveme point de

directions des puissances respectivement

IV 32) Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation

power flow- CPF) [34]

Les techniques du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance sont largement

reconnues comme un outil preacutecieux pour deacuteterminer les courbes V(P) du systegraveme de

puissance et permettent destimer les conditions de chargement maximal et des solutions

laquocritiquesraquo (par exemple saddle-node et limites induites de points de bifurcation) Malgreacute que

les grands systegravemes neacutecessitent un calcul numeacuterique exigeant le CPF nest pas affecteacutee par

des instabiliteacutes numeacuteriques En fait il est capable de deacuteterminer la partie stable et instable des

courbes V(p) et peut fournir des informations suppleacutementaires telles que les facteurs de

sensibiliteacute de la solution actuelle agrave leacutegard des paramegravetres pertinents

Dun point de vue matheacutematique le CPF est une technique dhomotopie et permet

dexplorer la stabiliteacute des eacutequations du systegraveme eacutelectrique en faisant varier un paramegravetre du

systegraveme qui dans les eacutetudes de stabiliteacute statique et dynamique typique de tension est le

paramegravetre de charge λ De maniegravere geacuteneacuterale le CPF consiste en un pas preacutedicteur reacutealiseacute par

le calcul du vecteur tangent et un pas correcteur qui peut ecirctre obtenu soit par lintermeacutediaire

PG2 = (PG0 + λPS)

PL2 = (PL0 + λPD)

PL2 = (PL0 + λPD)

(IV3)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

85

dun parameacutetrage local ou agrave une intersection perpendiculaire

a) Pas preacutedicteur

Au point deacutequilibre geacuteneacuterique p la relation suivante sapplique

Et le vecteur tangent peut ecirctre approximeacute par

Agrave partir de lrsquoeacutequation (IV4) et (IV5) on a

Agrave ce point un pas de grandeur k de controcircle doit ecirctre choisi pour deacuteterminer la quantiteacute Δ120013119901

et Δ120582119901 avec une normalisation afin deacuteviter de grands pas quand 120591119901 est grand

Δ120582119901 ≜ 119896

120591119901 Δ120013119901 ≜

119896 120591119901

120591119901

Ougrave ∙ est la norme euclidienne et 119896 = plusmn1 Le signe de k deacutetermine lrsquoaugmentation ou la

diminution de 120582 La figure (IV3) preacutesente une repreacutesentation graphique du pas preacutedicteur

119891(120013 p λp) = 0 rArr d119891

dλ|

p= D120013 119891|p

d120013

dλ|

p+

d119891

dλ|

p= 0 (IV4)

120591p = d120013

dλ|

p asymp

Δ 120013 p

∆λp

(IV5)

120591119901 = minus D120013 119891|pminus1

part119891

partλ|

p

∆120013p = 120591119901 ∆λp

(IV6)

(IV7)

(120013119901 120582119901)

120591119901

119891(120013 120582) = 0

(120013119875 + ∆120013119875 120582119875 + ∆120582119875)

Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance

pas preacutedicteur obtenu par les moyens de la tangente

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

86

b) Pas correcteur

Pour le pas correcteur lrsquoensemble des eacutequations n+1 est reacutesolu

119891(120013 λ) = 0

120578(120013 λ) = 0

Ougrave la solution de 119891 doit ecirctre dans le collecteur de bifurcation et 120578 est une eacutequation

additionnelle pour garantir un ensemble non singulier au point de bifurcation Pour le choix de

120578 il yrsquoa deux options lrsquointersection perpendiculaire et la parameacutetrisation locale

Dans le cas de lrsquointersection perpendiculaire dont la repreacutesentation est donneacutee par la figure

(IV2) lrsquoexpression de 120578 devient (eacutequation IV9)

Tandis que pour la parameacutetrisation locale soit le paramegravetre 120582 soit la variable 120013119894 est forceacutee

drsquoecirctre une valeur fixe

(120013119901 120582119901)

119891(120013 120582) = 0

(120013119888 120582119888)

(120013119888 minus (120013119875 + ∆120013119875 ) 120582119888 minus (120582119875 + Δ120582119901 ) )

120578 (120013 λ) = [Δ120013p

Δλp]

T

[120013c minus (120013p + Δ120013p)

λc minus (λp minus Δλp)] = 0

ppcx )(

(IV8)

(IV9)

(IV10)

Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas

correcteur obtenu par les moyens dintersection perpendiculaire

P

900

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

87

Ou

pipici xxxx )(

Le choix pour que la variable soit fixe deacutepend du collecteur de bifurcation de 119891 comme

crsquoest preacutesenteacute agrave la figure (IV5)

IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE 39 nœuds

IV41) Preacutesentation du reacuteseau

Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds est un reacuteseau de transport standard IEEE New England

39 nœuds sera utiliseacute pour les diffeacuterents sceacutenarios de nos simulations Ce reacuteseau repreacutesente

une simplification du reacuteseau de transport de la reacutegion Nouvelle Angleterre (nord-est des Etats-

Unis) Il srsquoagit donc drsquoune partie drsquoun reacuteseau reacuteel ameacutericain Ce reacuteseau fonctionne agrave 100

kV et comporte 10 geacuteneacuterateurs (119875119866119905119900119905119886119897119890= 619 Gw 119876119866119905119900119905119886119897119890= 113 Gvar) et 39 nœuds dont

19 nœuds de charge et 48 lignes Un scheacutema complet de ce reacuteseau est preacutesenteacute par la figure

IV6) [36]

Les donneacutees des jeux de barres ainsi que les caracteacuteristiques des branches sont

indiqueacutees dans lrsquoannexe A1

Le reacuteseau de transport IEEE-39 nœuds est constitueacute de 3 reacutegions (figure IV7) Chaque

reacutegion contient des nœuds PV et des nœuds PQ ainsi des geacuteneacuterateurs synchrones

(IV11)

Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas

correcteur obtenu par les moyens de la parameacutetrisation locale

λ

Correcteur

Correcteur

x

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

88

En utilisant la technique du CPF la stabiliteacute de tension est eacutetudieacutee Le comportement du

systegraveme test consideacutereacute avec et sans les dispositifs FACTS sous diffeacuterentes conditions de

charge est eacutetudieacute Lrsquoemplacement des FACTS est deacutetermineacute agrave travers le CPF

Un modegravele classique PQ est utiliseacute pour les charges Les limites des geacuteneacuterateurs sont

ignoreacutees Lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension est effectueacutee en commenccedilant agrave partir dun point

de fonctionnement stable initiale et en augmentant ensuite les charges par le facteur 120582 jusqursquoagrave

atteindre le point de singulariteacute de la lineacutearisation de lrsquoeacutecoulement de puissance

Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

89

Lorganigramme de la stabiliteacute de tension avec les FACTS en utilisant la meacutethode CPF

est illustreacute par la figure (IV8)

De la figure (IV8) on peut observer que les eacutequations des dispositifs FACTS sont

ajouteacutees dans les eacutequations de lrsquoeacutecoulement de puissance Les nouvelles eacutequations de

lrsquoeacutecoulement de puissance sont ensuite utiliseacutees dans le pas correcteur du processus CPF

Zone I

Noeuds (PQ) 4 5 6

7 8 910 11 12 13

14

Noeuds (PV) 31 32 39

Zone II

Noeuds(PQ) 1 2 3 17 18 25 26

27

Noeuds(PV) 3037

Zone III

Noeuds (PQ) 15 16 19 20 21 22 23 24

28 29

Noeuds (PV) 3334353638

Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds

Reacuteseau IEEE 39-nœuds

Geacuteneacuterateurs synchrones

30 31323334353637

3839

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

90

IV5) Emplacement du STATCOM

Fixer le nombre des points du CPF

Reacutesoudre les eacutequations de

lrsquoeacutecoulement de puissance de

charge avec les FACTS

Reacutesoudre les eacutequations de

lrsquoeacutecroulement de charge avec les

FACTS

Nombres des points de CPF

Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS

Lire les donneacutees

Pas preacutedicteur dans la meacutethode

CPF

Creacuteer les eacutequations de lrsquoeacutecoulement

de puissance avec les eacutequations du

FACTS

La courbe PV

complegravete

Fin

Deacutebut

Pas correcteur dans la meacutethode

CPF

Non

Oui

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

91

IV5) Emplacement du STATCOM

Drsquoapregraves le profil de tension (figure IV9) ainsi une preacutesentation des nœuds critiques sur

la figure (IV10) et leurs courbes V(p) obtenues par la meacutethode du CPF illustreacutee aux figures

(IV11 IV12 IV13) nous implanterons le STATCOM sur le nœud de charge le plus fragile

du reacuteseau de transport Le point de chargement maximal ou le point de bifurcation quand la

matrice jacobienne est singuliegravere survient agrave 120640=22806 pu

Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone

Reacuteseau IEEE 39-nœuds

Zone I

Les noeuds fragiles

875641214

le noeud le plus critique 8

Zone II

Les noeuds fragiles

3181727

le noeud le plus critique 3

Zone III

Les noeuds fragiles

1516242128

le noeud le plus critique 15

Figure IV9 Profil des tensions du reacuteseau IEEE 39-nœuds

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

92

Le calcul du CPF sur le reacuteseau seul (crsquoest ndash agrave dire sans y inseacuterer le STATCOM) a

montreacute que le nœud concerneacute est le nœud 8 de la zone 1

IV51) Impact du STATCOM

Apregraves la deacutetermination du nœud fragile du reacuteseau consideacutereacute et qui a besoin drsquoecirctre

soutenus les valeurs nominales (the ratings) du STATCOM doivent ecirctre choisies il est agrave

Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de

base)

0 05 1 15 2 25

065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

X 228

Y 07822

Lambda(pu)

Tensio

ns(pu)

Zone 3

V15

V16

V21

V24

V28

Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme

(eacutetat de base)

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

115

12

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu

)

Zone 2

V3

V17

V18

V27

Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1

du systegraveme (eacutetat de base)

0 05 1 15 2 250

02

04

06

08

1

12

14

X 228

Y 06766

Lambda (pu)

Tensio

ns(p

u)

Zone 1

V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

93

preacutevoir que par lintroduction du STATCOM aux nœuds critiques le profil de tension sera

plat et le facteur de charge du systegraveme va augmenter

Les gestionnaires des reacuteseaux eacutelectriques imposent une toleacuterance de plusmn 5 sur la tension

du reacuteseau de transport pour garantir une qualiteacute de distribution de lrsquoeacutelectriciteacute Nous

prendrons donc 119880119898119894119899 = 095pu et 119880119898119886119909 = 105 pu (soit respectivement 95KV et 105 KV

pour notre reacuteseau de transport de 100KV nominal) On obtient les valeurs nominales de la

puissance reacuteactive du STATCOM par [21]

119876119898119886119909 = 119868119871119898119886119909 lowast 119880119898119886119909

Et

119876119898119898119894119899 = 119868119888119898119886119909 lowast 119880119898119894119899

Drsquoougrave 119883119878119871 = 119880max minus 119880119898119894119899

119868119871119898119886119909minus 119868119888119898119886119909

Avec

119868119871119898119886119909 Courant inductif maximum

119868119888119898119886119909 Courant capacitif maximum

119880119898119886119909 119880119898119894119899 tension limites en reacutegulation

119883119878119871 ∶ Pente de la caracteacuteristique statique dans la zone de fonctionnement en reacutegulation

Quand le STATCOM est connecteacute au nœud 8 on observe drsquoapregraves la figure (IV14) que

les nœuds les plus fragiles de la zone 1 ont un profil de tension plus plat que lrsquoeacutetat de base et

introduire le STATCOM va augmenter le facteur de charge agrave la valeur maximale Comme

attendu le point de bifurcation pour le STATCOM placeacute au nœud 8 survient agrave une valeur de

charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 231 pu Sa puissance reacuteactive capacitive calculeacutee drsquoapregraves les

eacutequations IV12 et IV13 est de ndash 380 Mvar + 420 Mvar pour une puissance de base de

100MVA

(IV12)

(IV13)

(IV14)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

94

IV511) Profils des tensions et les pertes de puissances dans le

systegraveme

Les profils des tensions du cas de base et du systegraveme avec le STATCOM sont illustreacutes

agrave la figure (IV15) Il est eacutevident agrave partir de cette figure que le STATCOM fournit un meilleur

profil de tension au point drsquoeffondrement de tension compareacute agrave lrsquoeacutetat de base Cela est ducirc au

fait que le STATCOM est installeacute au nœud le plus faible

Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV16)

et la figure (IV17) respectivement Lrsquoaugmentation des pertes au voisinage du point

drsquoeffondrement est faible dans le cas du STATCOM placeacute au nœud 8

Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Ten

sion

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 8

Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

X 2315

Y 07441

Lambda(pu)

Tensio

ns(p

u

Zone STATCOM au 8

V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

95

La figure (IV18) illustre le paramegravetre de charge pour diffeacuterents emplacements du

STATCOM sur les nœuds les plus critiques des 3 zones selon les courbes V(p) des figures

(IV11 IV12 et IV13)

Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives

avec STATCOM au nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Zone 1 avec STATCOM au noeud 8

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 8

Figure IV17 Profils de pertes de

puissances reacuteactives avec STATCOM au

nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 1 avec STATCOM au noeud 8

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 8

Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM

[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

225

226

227

228

229

23

231

232

233

234

Base STATACOM aunœud 08

STATACOM aunœud 03

STATACOM aunœud 15

22806

23164232

234

Paramegravetre de charge(pu)

Paramegravetre decharge(pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

96

Puisque notre but agrave travers la recherche de lrsquoemplacement ideacuteal du dispositif

STATCOM est drsquoaugmenter la stabiliteacute de tension c-agrave-d maximiser le facteur de charge 120582 du

systegraveme tous en controcirclant la tension et minimisant les pertes des puissances actives et

reacuteactives nous placcedilons le mecircme STATCOM sur ces diffeacuterents nœuds fragiles et nous

observons lrsquoimpact qursquoil peut apporter

Le STATCOM placeacute sur le nœud 3 de la zone 2 et le nœud 15 de la zone 3 offre le

maximum du facteur de charge (voir figure IV18)

Les courbes V(p) avec le STATCOM sur les nœuds 3 et 15 sont illustreacutes sur les figures

(IV19) et (IV20) ainsi leurs profils des tensions sont illustreacutes sur les figures (IV21) et

(IV22)

Drsquoapregraves ces figures on constate une leacutegegravere ameacutelioration de tension sur les nœuds 2 3 et

4 pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3

Pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 15 on remarque sur les profils des

tensions une leacutegegravere baisse de tension sur les nœuds 5 6 7 8 9 11 et 13 et une ameacutelioration

pour les nœuds 15 16 17 18 et 20

Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au

nœud 03

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

115

12

Lambda(pu)

Tensio

n (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

X 2325

Y 08385

V3

V17

V18

V27

Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au

nœud 15

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

X 234

Y 07461

Lambda(pu)

Tensio

ns(p

u)

Zone 3 avec STATCOM au noeud 15

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

97

Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV23)

et la figure (IV24) respectivement pour le STATCOM au nœud 3 et les figures (IV25) et

(IV26) pour le STATCOM au nœud 15 Lrsquoaugmentation des pertes actives et reacuteactives au

voisinage du point drsquoeffondrement est grande dans le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3

et 15 presque pour tous les nœuds

Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme

avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 3

Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme

avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns(p

u)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 15

Figure IV23 Profils de pertes de puissances

actives avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 03

Figure IV24 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 03

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

98

IV512) Synthegravese

Les diffeacuterents emplacements du STATCOM preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE

39 nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV27) et

(IV28) syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du STATCOM Notre choix du nœud 8

comme un nœud fragile qui avait besoin drsquoecirctre soutenu est raisonnable vu lrsquoapport qursquoil a

fourni (figure IV28)

Figure IV25 Profils de pertes de puissance actives

avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 15

Figure IV26 Profils de pertes de puissance

reacuteactives avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 3 avec STATCOM au noeud 15

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 15

Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les

diffeacuterents emplacements du STATCOM [Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

0

20

40

60

80

100

Base STATCOMau 08

STATCOMau 03

STATCOMau 15

404 354 418 415

895298

738

9261 9249

Pertes de puissancesactives (pu)

Pertes de puissancesreacuteactives (pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

99

IV6) Emplacement du SSSC

Comme nous lrsquoavons deacutejagrave signaleacute dans le chapitre 2 Un SSSC fonctionne sans la

preacutesence drsquoune source de tension externe Il opegravere comme une source de tension en seacuterie agrave la

ligne Cette source geacutenegravere une tension en quadrature avec et controcircleacutee seacutepareacutement du courant

qui passe agrave travers la ligne dont le but drsquoaugmenter ou de diminuer la tension injecteacute en seacuterie

dans la ligne et par conseacutequence controcircler le flux de puissance qui passe agrave travers la ligne

Son fonctionnement est similaire agrave une compensation seacuterie par un condensateur Si on

eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant de la ligne on obtient le mecircme

reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un condensateur

119880119902 = minus119895 119883119888119868

Avec

119883119888 Reacuteactance capacitive du condensateur

(IV15)

Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du STATCOM

[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

07846081614

073999

0

02

04

06

08

1

12

1 5 10 15 20 25 30 35

Zone 1 (08)

Zone 2 (03)

Zone 3 (15)

Base

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

100

Mais comme le SSSC est une source de tension il peut alors maintenir une tension

constante puisque il la controcircle indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC

peut augmenter ou diminuer le flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant

la tension injecteacutee en seacuterie agrave la ligne

Dans nos simulations nous avons reacutegleacute la tension injecteacutee entre ses limites ainsi le taux de

compensation du SSSC

IV61) Impact du SSSC

Drsquoapregraves la figure (IV6) et la figure (IV9) le nœud 8 le plus fragile est alimenteacute par trois

lignes 8-5 8-7 et 8-9 Donc pour seacutelectionner lrsquoemplacement du SSSC nous allons nous baser

sur lrsquoaugmentation maximale de la puissance au point de lrsquoeffondrement [34] Les figures

(IV29) et (IV30) montrent clairement que les puissances actives et reacuteactives sur la ligne 15

(8-9) sont maximales au point de lrsquoeffondrement de tension

Apregraves lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 15 les figures (IV31) (IV32) et (IV33)

montrent les courbes V(p) des 3 zones le point de bifurcation pour le SSSC inseacutereacutee sur la

ligne 15 survient agrave une valeur de charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 239 pu Nous pouvons

remarquer que les courbes V(p) gardent toujours la partie infeacuterieure (partie instable) de la

courbe

Figure IV29 Puissances actives

maximales au point drsquoeffondrement

0 05 1 15 2-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Lambda (pu)

Puis

sance a

ctives (

pu

X 228

Y -08897

X 228

Y 4079

X 228

Y 7041

PBUS05 BUS08

PBUS07 BUS08

PBUS08 BUS09

Figure IV30 Puissances reacuteactives

maximales au point drsquoeffondrement

0 05 1 15 2-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

Lambda (pu)

Puis

sances r

eacuteactives(p

u)

X 228

Y 1762

X 228

Y -05669

X 228

Y -4221

QBUS05 BUS08

QBUS07 BUS08

QBUS08 BUS09

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

101

Les profils des tensions des pertes actives et reacuteactives sont illustreacutes sur les figures

(IV34) (IV35) (IV36) respectivement

Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC

sur la ligne 15

0 05 1 15 2 25065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

115

X 239

Y 07389

Lambda (pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 2 avec SSSS sur la ligne 15

V3

V17

V18

V27

Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec

SSSC sur la ligne 15

0 05 1 15 2 250

02

04

06

08

1

12

14

X 239

Y 06732

Lambda(pu)

Tensio

n(p

u)

Zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15

0 05 1 15 2 2505

06

07

08

09

1

11

12

X 239

Y 06487

Lambda (pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 avec SSSC sur la ligne 15

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

102

Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tens

ions

(pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 15

Figure IV35 Profils de pertes de

puissances actives avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 15

Figure IV36 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

103

Drsquoapregraves ces reacutesultats nous pouvons conclure que le SSSC inseacutereacute sur la ligne 15 de la

zone 1 nrsquoa pas ameacutelioreacute les profils de tension les pertes actives et reacuteactives au point

drsquoeffondrement de tension

Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion pour le SSSC nous allons le placeacute dans

la zone 3 ougrave se trouve le 2egraveme nœud fragile drsquoapregraves la courbe de la figure IV9 qui est le nœud

15

Nos simulations nous en permettent de trouver 2 situations critiques lors de

lrsquoeffondrement de tension sur la ligne 45 (22- 35) et la ligne 48 (29- 38) leurs puissances

actives et reacuteactives au point drsquoeffondrement sont illustreacutees par les figures (IV37) et (IV38)

IV611) SSSC inseacutereacute sur la ligne 45

Nous avons inseacutereacute le SSSC sur la ligne 45 entre le nœud 22 et le nœud 35 la courbe

V(p) de la zone 3 (zone drsquoinsertion du SSSC) les profils de tensions les pertes actives et

reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV39) (IV40) (IV41) et (IV42) respectivement

Figure IV37 Puissances actives

maximales au point drsquoeffondrement de la

zone 3

0 05 1 15 2-20

-15

-10

-5

0

5

X 228

Y -1513

Lambda (pu)

Puis

sances a

ctives (

pu)

Zone 3 Etat de base

X 228

Y -1895

PBUS22 BUS35

PBUS29 BUS38

Figure IV38 Puissances reacuteactives

maximales au point drsquoeffondrement de la

zone 3

0 05 1 15 2-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

X 2281

Y -3841

Lambda (pu)

puis

sances r

eacuteactives (

pu)

Zone 3 Etat de base

X 2281

Y -945Q

BUS22 BUS35

QBUS29 BUS38

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

104

Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 45 les profils des tensions sont meilleurs par apport

agrave ceux du SSSC sur la ligne 15 de la zone 1

IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48

Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion du SSSC sur notre reacuteseau de transport

nous allons lrsquoinseacutereacute sur la ligne 48 entre le nœud 29 et le nœud 38 la courbe V(p) les profils

de tensions les pertes actives et reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV43) (IV44)

(IV45) et (IV46) respectivement

Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme

avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV41 Profils de pertes de puissances

actives avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV42 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec

SSSC sur la ligne 45

0 05 1 15 2 25065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

115

X 234

Y 07265

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 SSSC sur la ligne 45

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

105

Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 les profils des tensions ne sont pas meilleurs

par apport au cas du SSSC sur la ligne 45 mais pour les pertes reacuteactives lrsquoinsertion sur la

ligne 48 est meilleure que pour lrsquoinsertion sur la ligne 45

Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec

SSSC sur la ligne 48

0 05 1 15 2 25

065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

X 2306

Y 0704

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 avec SSSC sur la ligne 48

V15

V16

V21

V24

V28

Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme

avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 48

Figure IV46 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Petes reacuteactiv

es (pu)

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48

Figure IV45 Profils de pertes de puissances

actives avec SSSC sur la ligne 48

Figure (IV45) Profils de pertes de puissance

actives avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pertes activ

es (pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 48

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

106

IV613) Synthegravese

Les diffeacuterents emplacements du SSSC preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE 39

nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV47) et (IV48)

syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du SSSC

Lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 45 de la zone 3 nous a fourni des meilleurs reacutesultats au

point drsquoeffondrement

Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC

[Extrait de lrsquoannexe B1 B3]

222

224

226

228

23

232

234

236

238

24

Base SSSC agrave laligne 15

SSSC agrave laligne 45

SSSC agrave laligne 48

22806

239

234

23

Paramegravetre de charge(pu)

Paramegravetre de charge(pu)

Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents

emplacements du SSSC [Extrait de lrsquoannexe B1 B3]

0

20

40

60

80

100

120

Base SSSC agrave laligne 15

SSSC agrave laligne 45

SSSC agrave laligne 48

404 466 402 363

89529810482

8381 8211

Pertes Actives (pu)

Pertes Reactives (pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

107

IV7) Conclusion

Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre une eacutetude de lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute des

reacuteseaux eacutelectriques en y inseacuterant deux systegravemes FACTS le STATCOM (Static Synchronous

Compensator) et le SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Le reacuteseau utiliseacute pour

les simulations est le reacuteseau de transport IEEE_39 nœuds Lrsquoanalyse des performances du

reacuteseau porte sur le support du profil de tension lrsquoaugmentation de la stabiliteacute en tension et la

diminution des pertes actives et reacuteactives et ce pour lrsquoeffondrement de tension Le

programme utiliseacute est un logiciel de calcul drsquoeacutecoulement de puissance (PF) et le calcul

continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) [PSAT]

Les tests effectueacutes ont montreacute plusieurs reacutesultats inteacuteressants Tout drsquoabord le systegraveme

FACTS shunt (le STATCOM) assure une stabilisation globale du reacuteseau En effet dans tous

les cas le STATCOM tend soit agrave stabiliser tous les nœuds soit en agrave stabiliser certains sans

affecter les autres En tout eacutetat de cause ce systegraveme nrsquoa jamais deacutestabiliseacute un nœud quel qursquoil

soit En fait le STATCOM ameacuteliore les performances du reacuteseau eacutelectrique (surtout en termes

de stabiliteacute et de soutien de tension) en fournissant de la puissance reacuteactive dans la zone de

charge Ceci doit ecirctre nuanceacute en ce qui concerne le compensateur seacuterie Si celui ndashci peut avoir

un bon comportement local crsquoest-agrave-dire dans la zone ougrave il est implanteacute en augmentant le

paramegravetre de charge il peut deacutestabiliser certains nœuds du reacuteseau Cette deacutestabilisation risque

drsquoecirctre importante Pour ecirctre efficace un SSSC doit ecirctre implanteacute sur une ligne preacutesentant des

puissances maximales au point drsquoeffondrement

Les reacutesultats obtenus pour la stabiliteacute de tension restent valables pour le support du

profil de tension On peut toutefois noter que la stabiliteacute drsquoun nœud ne deacutepend pas

uniquement de son niveau de tension crsquoest-agrave-dire qursquoun nœud agrave tension eacuteleveacutee peut malgreacute

tout ecirctre instable

Gracircce agrave lrsquoinsertion de ces deux systegravemes FACTS on pourra suivant les cas eacuteviter un

effondrement de tension du reacuteseau Les FACTS ont donc un apport beacuteneacutefique en termes de

seacutecuriteacute du reacuteseau

108

Conclusion geacuteneacuterale

Conclusion geacuteneacuterale

109

Le deacuteveloppement de leacutelectronique de puissance a permet dameacuteliorer la gestion des

reacuteseaux eacutelectriques en introduisant un nouveau concept par les systegravemes de transmission de

leacutenergie agrave courant alternatif flexible appeleacutee FACTS avec lesquels le controcircle du flux de

puissance active et reacuteactive ainsi que laugmentation des capaciteacutes de charge des lignes sont

atteints et performeacutes par linjection des tension (ou courant) des convertisseur conccedilus avec des

interrupteurs statiques modernes commandeacutees en ouverture et en fermeture tels que les GTO

IGBT concernant la nouvelle geacuteneacuteration de ces systegravemes FACTS

Dans le contexte de lrsquoinsertion des systegravemes FACTS dans les reacuteseaux eacutelectriques nous

avons orienteacute nos travaux vers lrsquoeacutetude de la stabiliteacute de tension en reacutegime statique

speacutecialement lrsquoemplacement optimal des dispositifs FACTS en utilisant le calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance

Nous avons dans ce cadre choisi drsquoeacutetudier le comportement de deux dispositifs FACTS

qui sont

le Compensateur Statique Synchrone le STATCOM (Static Synchronous

Compensator)

le Conpensateur statique seacuterie synchrone le SSSC (Static Synchronous Series

Compensator

Ces dispositifs ont eacuteteacute choisis comme base de deacutepart en vue de lrsquoeacutetude ulteacuterieure de

systegravemes FACTS plus complexes

Lrsquoimpact des systegravemes FACTS sur lrsquoeffondrement de tension a eacuteteacute meneacute agrave bien agrave lrsquoaide

de deux logiciels le PSAT et le MATLAB et deux modegraveles FACTS ont eacuteteacute utiliseacutes Pour les

simulations statiques nous avons utiliseacute le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds le facteur de

charge a eacuteteacute calculeacute par la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF)

Cette technique a montreacute ses capaciteacutes agrave surmonter les problegravemes de la singulariteacute de la

matrice jacobienne rencontreacutes dans les algorithmes standards de calcul de lrsquoeacutecoulement de

puissance

Les simulations statiques ont montreacute lrsquoapport incontestable des FACTS dans

lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute de tension Le systegraveme FACTS shunt le STATCOM stabilise le

reacuteseau de faccedilon globale alors que le SSSC a un meilleur comportement local Lrsquoimplantation

Conclusion geacuteneacuterale

110

du SSSC doit ecirctre faite sur une ligne preacutesentant des puissances maximales au point de

lrsquoeffondrement Ces reacutesultats sont eacutegalement valables en ce qui concerne le support du profil

de tension Les FACTS ameacuteliorent le niveau de seacutecuriteacute du reacuteseau car on pourra gracircce agrave leur

insertion et suivant les cas eacuteviter lrsquoeffondrement de tension

Nous pouvons maintenant eacutenoncer quelques perspectives ayant pour objectif de

compleacuteter ce que nous avons preacutesenteacute dans ce rapport de meacutemoire

bull Comparaison entre tous les types des FACTS et leur impact sur le pheacutenomegravene de

lrsquoeffondrement de tension

bull Lorsque les compensations shunt et seacuterie seront bien connues nous pourrons alors nous

inteacuteresser aux deacutephaseurs commandeacutes par thyristors et agrave lrsquoUPFC le compensateur

universel qui reacuteunit agrave lui seul les fonctions FACTS de compensation shunt et seacuterie et de

deacutephasage

bull Pour les besoins de la deacutetermination de lrsquoemplacement optimal des FACTS nous

proposons pour un futur travail de deacutevelopper un programme baseacute sur les meacutethodes

heuristiques qui simule lrsquoemplacement optimal des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique

bull Le raccordement des eacutenergies renouvelables aux reacuteseaux intelligents dits laquosmart

gridsraquo lrsquoun des deacutefis des eacutenergies renouvelables telles que lrsquoeacuteolien ou le solaire reacuteside

dans le risque drsquointerruption de leur production dont la stabiliteacute est menaceacutee par leur

caractegravere aleacuteatoire Les systegravemes FACTS apportent une solution agrave ce problegraveme de

capaciteacute et de stabiliteacute du reacuteseau lequel integravegre une part croissante deacutenergie

renouvelable

111

Bibliographie

112

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13 Juin 2009

115

Annexes

116

117

A Donneacutees du reacuteseau IEEE 39 nœuds

Lines Power

rating

(MVA)

Voltage

Rating

(kV)

Frequence

rating

(Hz)

Trnasfo-

magnitude

Resistance

(pu)

Reactance

(pu)

Supstance

1-2 100 100 60 000000 000350 004110 069870

1-39 100 100 60 000000 00010 002500 075000

1-39 100 100 60 000000 000200 005000 037500

2-3 100 100 60 000000 000130 001510 025720

2-25 100 100 60 000000 000700 000860 014600

3-4 100 100 60 000000 000130 002130 022140

3-18 100 100 60 000000 000110 001330 021380

4-15 100 100 60 000000 000080 001280 013420

4-14 100 100 60 000000 000080 001290 013820

5-6 100 100 60 000000 000020 000260 004340

5-8 100 100 60 000000 000080 001120 014760

6-7 100 100 60 000000 000060 000920 011300

6-11 100 100 60 000000 000070 000820 013890

7-8 100 100 60 000000 000040 000460 007800

8-9 100 100 60 000000 000230 003630 038040

9-39 100 100 60 000000 000100 002500 120000

10-11 100 100 60 000000 000040 000430 007290

10-13 100 100 60 000000 000040 000430 007290

13-14 100 100 60 000000 000090 001010 017230

14-15 100 100 60 000000 000180 002170 036600

15-16 100 100 60 000000 000090 000940 017100

16-17 100 100 60 000000 000070 000890 013420

16-19 100 100 60 000000 000160 001950 030400

16-21 100 100 60 000000 000080 001350 025480

16-24 100 100 60 000000 000030 000590 006800

17-18 100 100 60 000000 000070 000820 013190

17-27 100 100 60 000000 000130 001730 032160

21-22 100 100 60 000000 000080 001400 025650

22-23 100 100 60 000000 000060 000960 018460

23-24 100 100 60 000000 000220 003500 036100

25-26 100 100 60 000000 000320 003230 051300

26-27 100 100 60 000000 000140 001470 023960

26-28 100 100 60 000000 000430 004740 078020

26-29 100 100 60 000000 000570 006250 102900

28-29 100 100 60 000000 000140 001510 024900

2-30 100 100 60 102500 000000 001810 000000

6-31 100 100 60 107000 000000 002500 000000

6-31 100 100 60 107000 000000 005000 000000

10-32 100 100 60 107000 000000 002000 000000

12-11 100 100 60 100600 000160 004350 000000

12-13 100 100 60 100600 000160 004350 000000

19-20 100 100 60 106000 000070 001380 000000

19-33 100 100 60 107000 000070 001420 000000

20-34 100 100 60 100900 000090 001800 000000

22-35 100 100 60 102500 000000 001430 000000

23-36 100 100 60 100000 000050 002720 000000

25-37 100 100 60 102500 000060 002320 000000

29-38 100 100 60 102500 000080 001560 000000

118

Ndeg du geacuteneacuterateur

H (sec)

119877119886 119883prime119889 119883prime119902 119883119889 119883119902 119879prime119889119900 119879prime119902119900 119883119897

1 50000 0 00006 0008 002 0019 7 07 0003

2 303 0 00697 0170 0295 0282 656 15 0035

3 353 0 00531 00876 02495 0237 57 15 00304

4 286 0 00436 0166 0262 0258 569 15 00295

5 260 0 0132 0166 067 062 54 044 0054

6 348 0 005 00814 0254 0241 73 04 00224

7 264 0 0049 0186 0295 0292 566 15 00322

8 243 0 0057 00911 02920 0280 67 041 0028

9 345 0 0057 00587 02106 0205 479 196 00298

10 420 0 0031 0008 01 0069 102 0 00125

Ndeg du geacuteneacuterateur

119870119860 119879119860 119881119877119872119868119873 119881119877119872119860119883 119870119864 119879119864 119870119865 119879119865 1198621 1198622

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2 62 005 -10 10 -0633 0405 057 05 066 088

3 50 006 -10 10 -00198 05 008 10 013 034

4 50 006 -10 10 -00525 05 008 10 008 0314

5 400 002 -100 -100 -10 0785 003 10 007 091

6 50 002 -10 10 -00419 0417 00754 1246 0064 0251

7 400 002 -65 65 -10 073 003 10 053 074

8 50 002 -10 10 -0047 0528 00854 126 0072 0282

9 400 002 -105 105 -10 14 003 10 062 085

10 50 006 -10 10 -00485 025 004 1 008 026

Annexe A1 Donneacutees du reacuteseau IEEE 39-nœud

119

B Reacutesultats du power flow avec le PSAT

POWER FLOW REPORT

P S A T 219

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail federicomilanoucdie

website faraday1ucdiepsathtml

File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeb_d_Ieee39

Date 09-Jun-2017 153332

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 337

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

120

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 098837 -066635 0 0 0 0

BUS02 091007 -052232 0 0 0 0

BUS03 077924 -068701 0 0 73428 005473

BUS04 065385 -074122 0 0 114019 41959

BUS05 066496 -062088 0 0 0 -044217

BUS06 067682 -055724 0 0 0 0

BUS07 063518 -07578 0 0 53315 19155

BUS08 063731 -080455 0 0 119035 40135

BUS09 088016 -076257 0 0 0 0

BUS10 072414 -036303 0 0 0 0

BUS11 070043 -042663 0 0 0 0

BUS12 063569 -043042 0 0 019383 20067

BUS13 070204 -042245 0 0 0 0

BUS14 067659 -057193 0 0 0 0

BUS15 069422 -062942 0 0 72972 3489

BUS16 076104 -052743 0 0 75116 073656

BUS17 076356 -060644 0 0 0 0

BUS18 076264 -066831 0 0 3603 068411

BUS19 091709 -024485 0 0 0 0

BUS20 089167 -031561 0 0 155065 23488

BUS21 077199 -035331 0 0 62482 26224

BUS22 088171 -006877 0 0 0 0

BUS23 086321 -008056 0 0 56439 19292

BUS24 07756 -051796 0 0 70372 -21025

BUS25 093695 -045068 0 0 5108 10763

BUS26 083005 -050209 0 0 31697 038766

121

BUS27 077377 -062834 0 0 64079 17217

BUS28 086833 -029065 0 0 46976 062938

BUS29 090865 -013955 0 0 64649 061342

BUS30 10475 -04087 58254 95686 0 0

BUS31 098193 0 133488 175863 020979 01049

BUS32 098303 010972 151461 187014 0 0

BUS33 099716 -000678 147267 10807 0 0

BUS34 10123 -008336 118373 79733 0 0

BUS35 10492 017356 151459 157144 0 0

BUS36 10635 031043 13049 101381 0 0

BUS37 10278 -013919 125829 6659 0 0

BUS38 10265 018789 193404 113176 0 0

BUS39 103 -074024 233017 127501 251753 57009

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -07402

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 000039

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098206

e1d_Syn_2 000015

delta_Syn_3 011009

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098313

e1d_Syn_3 000028

delta_Syn_4 -00064

omega_Syn_4 1

122

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000032

delta_Syn_5 -008265

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000057

delta_Syn_6 017388

omega_Syn_6 1

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 031077

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 00003

delta_Syn_8 -013886

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000027

delta_Syn_9 018826

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000028

delta_Syn_10 -040867

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

123

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098193

vr1_Exc_2 10001

vr2_Exc_2 -1179

vf_Exc_2 098246

vm_Exc_3 098303

vr1_Exc_3 10012

vr2_Exc_3 -07868

vf_Exc_3 09835

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079795

vf_Exc_4 099744

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030385

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10492

vr1_Exc_6 10706

vr2_Exc_6 -067176

vf_Exc_6 10496

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10855

vr2_Exc_7 -031913

vf_Exc_7 10638

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073425

vf_Exc_8 1028

124

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57287

tg2_Tg_2 57287

tg3_Tg_2 43538

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

125

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

tg3_Tg_10 19

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 233017

p_Syn_1 233017

q_Syn_1 127501

vf_Syn_2 098246

pm_Syn_2 133489

p_Syn_2 133488

q_Syn_2 175863

vf_Syn_3 09835

pm_Syn_3 151461

p_Syn_3 151461

q_Syn_3 187014

vf_Syn_4 099744

pm_Syn_4 147267

p_Syn_4 147267

q_Syn_4 10807

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 118373

126

p_Syn_5 118373

q_Syn_5 79733

vf_Syn_6 10496

pm_Syn_6 151462

p_Syn_6 151459

q_Syn_6 157144

vf_Syn_7 10638

pm_Syn_7 13049

p_Syn_7 13049

q_Syn_7 101381

vf_Syn_8 1028

pm_Syn_8 125829

p_Syn_8 125829

q_Syn_8 6659

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 193404

p_Syn_9 193404

q_Syn_9 113176

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 58254

p_Syn_10 58254

q_Syn_10 95686

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

127

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -29402 20187 005093 -003257

BUS01 BUS39 2 14701 -10093 000582 -023653

BUS01 BUS39 3 14701 -10093 000582 -023653

BUS02 BUS03 4 83713 76933 020549 22022

BUS02 BUS25 5 -5537 18564 029017 023195

BUS03 BUS04 6 15723 44591 004916 069085

BUS03 BUS18 7 -07493 097723 000298 -0091

BUS04 BUS05 8 -40818 -009527 003119 044062

BUS04 BUS14 9 -57969 -033235 006305 095555

BUS05 BUS06 10 -111502 -18364 005774 073114

128

BUS05 BUS08 11 70371 17427 00953 12716

BUS06 BUS07 12 95297 33531 01339 20045

BUS06 BUS11 13 -75986 -083911 008922 097932

BUS07 BUS08 14 40642 -056691 001668 016022

BUS08 BUS09 15 -091415 -42695 010425 14208

BUS09 BUS39 16 -10184 -56903 003659 -018671

BUS10 BUS11 17 7823 34845 005605 056551

BUS10 BUS13 18 73231 32305 004896 048928

BUS13 BUS14 19 71513 16135 00984 10223

BUS14 BUS15 20 1193 -069671 000707 -008669

BUS15 BUS16 21 -61113 -4099 010049 095887

BUS16 BUS17 22 51209 -045295 00319 032762

BUS16 BUS19 23 -102938 -39142 033316 38445

BUS16 BUS21 24 -75106 041206 007824 11706

BUS16 BUS24 25 -10399 -18394 000228 00046

BUS17 BUS18 26 43783 -019098 002304 019313

BUS17 BUS27 27 071071 -058958 000167 -016774

BUS21 BUS22 28 -13837 -3381 027167 4578

BUS22 BUS23 29 10372 15681 000291 -009404

BUS23 BUS24 30 83187 33043 023923 35628

BUS25 BUS26 31 15326 27558 004095 001147

BUS26 BUS27 32 57848 2892 008598 07485

BUS26 BUS28 33 -3195 -031065 006372 013951

BUS26 BUS29 34 -42678 -022476 015083 087458

BUS28 BUS29 35 -79563 -10795 011934 10905

BUS02 BUS30 36 -58254 -74984 0 20702

BUS06 BUS31 37 -65695 -25408 0 61999

BUS06 BUS31 38 -65695 -25408 0 61999

BUS10 BUS32 39 -151461 -6715 0 119864

129

BUS12 BUS11 40 -007516 -099262 000397 010795

BUS12 BUS13 41 -011868 -10141 000418 011357

BUS19 BUS20 42 38649 -17168 001672 032972

BUS19 BUS33 43 -144918 -60419 02349 47652

BUS20 BUS34 44 -116584 -43953 01789 3578

BUS22 BUS35 45 -151459 -95271 0 61873

BUS23 BUS36 46 -129283 -35713 012071 65668

BUS25 BUS37 47 -124678 -22077 011512 44514

BUS29 BUS38 48 -189592 -38828 038127 74347

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 29911 -20513 005093 -003257

BUS39 BUS01 2 -14643 077281 000582 -023653

BUS39 BUS01 3 -14643 077281 000582 -023653

BUS03 BUS02 4 -81658 -54911 020549 22022

BUS25 BUS02 5 58272 -16244 029017 023195

BUS04 BUS03 6 -15231 -37683 004916 069085

BUS18 BUS03 7 075229 -10682 000298 -0091

BUS05 BUS04 8 4113 053589 003119 044062

BUS14 BUS04 9 58599 12879 006305 095555

BUS06 BUS05 10 112079 25676 005774 073114

BUS08 BUS05 11 -69418 -047112 00953 12716

BUS07 BUS06 12 -93958 -13486 01339 20045

BUS11 BUS06 13 76878 18184 008922 097932

BUS08 BUS07 14 -40476 072713 001668 016022

130

BUS09 BUS08 15 10184 56903 010425 14208

BUS39 BUS09 16 1055 55035 003659 -018671

BUS11 BUS10 17 -77669 -2919 005605 056551

BUS13 BUS10 18 -72742 -27412 004896 048928

BUS14 BUS13 19 -70529 -059119 00984 10223

BUS15 BUS14 20 -11859 061002 000707 -008669

BUS16 BUS15 21 62118 50579 010049 095887

BUS17 BUS16 22 -5089 078056 00319 032762

BUS19 BUS16 23 106269 77587 033316 38445

BUS21 BUS16 24 75888 075852 007824 11706

BUS24 BUS16 25 10422 1844 000228 00046

BUS18 BUS17 26 -43553 038412 002304 019313

BUS27 BUS17 27 -070903 042184 000167 -016774

BUS22 BUS21 28 141087 7959 027167 4578

BUS23 BUS22 29 -10343 -16621 000291 -009404

BUS24 BUS23 30 -80794 025853 023923 35628

BUS26 BUS25 31 -14917 -27443 004095 001147

BUS27 BUS26 32 -56988 -21435 008598 07485

BUS28 BUS26 33 32587 045016 006372 013951

BUS29 BUS26 34 44187 10993 015083 087458

BUS29 BUS28 35 80756 21701 011934 10905

BUS30 BUS02 36 58254 95686 0 20702

BUS31 BUS06 37 65695 87407 0 61999

BUS31 BUS06 38 65695 87407 0 61999

BUS32 BUS10 39 151461 187014 0 119864

BUS11 BUS12 40 007913 11006 000397 010795

BUS13 BUS12 41 012285 11277 000418 011357

BUS20 BUS19 42 -38482 20465 001672 032972

BUS33 BUS19 43 147267 10807 02349 47652

131

BUS34 BUS20 44 118373 79733 01789 3578

BUS35 BUS22 45 151459 157144 0 61873

BUS36 BUS23 46 13049 101381 012071 65668

BUS37 BUS25 47 125829 6659 011512 44514

BUS38 BUS29 48 193404 113176 038127 74347

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1443043

REACTIVE POWER [pu] 1212158

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1402543

REACTIVE POWER [pu] 31686

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 405

REACTIVE POWER [pu] 895298

Annexe B1 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds (eacutetat de base)

132

CONTINUATION POWER FLOW REPORT

P S A T 218

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail FedericoMilanouclmes

website httpwwwuclmesareagseeWebFederico

File Cworkworkpsat 216psat 218psattestsPFE _2017PFE_SEVersion 2PFE_SESimulation

STATCOM_version 2b_d_Ieee39satatcomN08

Date 18-Jun-2017 183446

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 500

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

133

BUS01 09982 -053682 0 0 0 0

BUS02 093356 -040526 0 0 0 0

BUS03 083248 -056145 0 0 74588 005559

BUS04 075506 -060782 0 0 115819 42622

BUS05 078731 -051917 0 0 0 -061985

BUS06 079546 -047221 0 0 0 0

BUS07 07767 -061636 0 0 54157 19458

BUS08 07846 -06495 0 1e-005 120915 093843

BUS09 094102 -062322 0 0 0 0

BUS10 081535 -031761 0 0 0 0

BUS11 080223 -03697 0 0 0 0

BUS12 074304 -037112 0 0 019689 20384

BUS13 079549 -036353 0 0 0 0

BUS14 076855 -047744 0 0 0 0

BUS15 075482 -05163 0 0 74124 35441

BUS16 080356 -042235 0 0 76302 074819

BUS17 080696 -049169 0 0 0 0

BUS18 08103 -054653 0 0 36599 069492

BUS19 093308 -015476 0 0 0 0

BUS20 089997 -022503 0 0 157514 23859

BUS21 080567 -026193 0 0 63469 26638

BUS22 090079 000883 0 0 0 0

BUS23 088298 -000265 0 0 57331 19597

BUS24 081562 -041378 0 0 71484 -21357

BUS25 095503 -033343 0 0 51887 10933

BUS26 085531 -038802 0 0 32198 039379

BUS27 080829 -050935 0 0 6509 17489

BUS28 08815 -018388 0 0 47718 063932

134

BUS29 091752 -003447 0 0 6567 062311

BUS30 10475 -029318 58951 82418 0 0

BUS31 098195 0 134949 126708 021311 010655

BUS32 098304 0104 153273 141443 0 0

BUS33 099716 008297 149029 9774 0 0

BUS34 10123 000838 119789 75294 0 0

BUS35 10493 024882 153272 14353 0 0

BUS36 10635 038446 132051 93699 0 0

BUS37 10278 -002369 127335 58893 0 0

BUS38 10265 029432 195718 107923 0 0

BUS39 103 -06063 235805 99174 255729 5791

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -060625

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 000039

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098204

e1d_Syn_2 000015

delta_Syn_3 010437

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098312

e1d_Syn_3 000029

delta_Syn_4 008336

omega_Syn_4 1

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000032

135

delta_Syn_5 000911

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000058

delta_Syn_6 024915

omega_Syn_6 1

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 03848

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 00003

delta_Syn_8 -002336

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000028

delta_Syn_9 02947

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000028

delta_Syn_10 -029314

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098195

136

vr1_Exc_2 099998

vr2_Exc_2 -11788

vf_Exc_2 098233

vm_Exc_3 098304

vr1_Exc_3 10011

vr2_Exc_3 -078672

vf_Exc_3 09834

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079793

vf_Exc_4 099742

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030384

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10493

vr1_Exc_6 10705

vr2_Exc_6 -067175

vf_Exc_6 10496

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10855

vr2_Exc_7 -031913

vf_Exc_7 10638

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073424

vf_Exc_8 10279

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

137

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57229

tg2_Tg_2 57229

tg3_Tg_2 43494

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

138

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

tg3_Tg_10 19

ist_Statcom_1 4

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 235805

p_Syn_1 235805

q_Syn_1 99174

vf_Syn_2 098233

pm_Syn_2 13495

p_Syn_2 134949

q_Syn_2 126708

vf_Syn_3 09834

pm_Syn_3 153273

p_Syn_3 153273

q_Syn_3 141443

vf_Syn_4 099742

pm_Syn_4 149029

p_Syn_4 149029

q_Syn_4 9774

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 119789

139

p_Syn_5 119789

q_Syn_5 75294

vf_Syn_6 10496

pm_Syn_6 153274

p_Syn_6 153272

q_Syn_6 14353

vf_Syn_7 10638

pm_Syn_7 132051

p_Syn_7 132051

q_Syn_7 93699

vf_Syn_8 10279

pm_Syn_8 127335

p_Syn_8 127335

q_Syn_8 58893

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 195718

p_Syn_9 195718

q_Syn_9 107923

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 58951

p_Syn_10 58951

q_Syn_10 82418

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

140

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

vref_Statcom_1 1087

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -28037 16564 004173 -016258

BUS01 BUS39 2 14018 -082822 000477 -026649

BUS01 BUS39 3 14018 -082822 000477 -026649

BUS02 BUS03 4 85352 60288 016491 17143

BUS02 BUS25 5 -54854 23382 028801 022363

BUS03 BUS04 6 15487 28864 002097 020373

BUS03 BUS18 7 -063723 13726 000397 -009632

BUS04 BUS05 8 -4203 -14955 002777 036443

BUS04 BUS14 9 -58512 -008406 004804 069451

141

BUS05 BUS06 10 -114092 -13397 004257 05262

BUS05 BUS08 11 71784 009964 006653 084029

BUS06 BUS07 12 97568 16469 009295 13554

BUS06 BUS11 13 -79267 038477 006971 0728

BUS07 BUS08 14 42481 -16543 001373 011035

BUS08 BUS09 15 -074523 -34437 004342 03998

BUS09 BUS39 16 -078866 -38435 001309 -084056

BUS10 BUS11 17 81006 19153 004175 040109

BUS10 BUS13 18 72267 32265 003778 035886

BUS13 BUS14 19 70483 18322 007572 074431

BUS14 BUS15 20 10733 030933 000404 -016363

BUS15 BUS16 21 -63432 -30711 007799 071062

BUS16 BUS17 22 50068 -056869 002747 02623

BUS16 BUS19 23 -10422 -32119 029317 33425

BUS16 BUS21 24 -76042 085882 007274 10625

BUS16 BUS24 25 -10319 -16082 000166 -001185

BUS17 BUS18 26 43215 -062084 002043 015313

BUS17 BUS27 27 06578 -021016 000089 -019797

BUS21 BUS22 28 -140238 -28675 025194 42217

BUS22 BUS23 29 10514 15365 000274 -010306

BUS23 BUS24 30 84048 27448 022283 32842

BUS25 BUS26 31 16596 25876 003759 -004213

BUS26 BUS27 32 59316 24294 007946 066838

BUS26 BUS28 33 -32111 -013633 006074 008103

BUS26 BUS29 34 -43183 -005718 014609 079232

BUS28 BUS29 35 -80436 -085668 011761 1067

BUS02 BUS30 36 -58951 -6548 0 16938

BUS06 BUS31 37 -66409 -19488 0 43334

BUS06 BUS31 38 -66409 -19488 0 43334

142

BUS10 BUS32 39 -153273 -51418 0 90025

BUS12 BUS11 40 -005903 -1078 000342 009294

BUS12 BUS13 41 -013786 -096038 000276 007506

BUS19 BUS20 42 39641 -13164 001576 031072

BUS19 BUS33 43 -146793 -52379 022361 4536

BUS20 BUS34 44 -118031 -4013 017582 35164

BUS22 BUS35 45 -153272 -86257 0 57273

BUS23 BUS36 46 -130892 -30649 01159 63049

BUS25 BUS37 47 -126217 -15664 01118 43229

BUS29 BUS38 48 -191925 -33962 037929 73961

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 28454 -1819 004173 -016258

BUS39 BUS01 2 -13971 056173 000477 -026649

BUS39 BUS01 3 -13971 056173 000477 -026649

BUS03 BUS02 4 -83702 -43145 016491 17143

BUS25 BUS02 5 57734 -21145 028801 022363

BUS04 BUS03 6 -15277 -26826 002097 020373

BUS18 BUS03 7 06412 -14689 000397 -009632

BUS05 BUS04 8 42307 18599 002777 036443

BUS14 BUS04 9 58993 077857 004804 069451

BUS06 BUS05 10 114517 18659 004257 05262

BUS08 BUS05 11 -71119 074065 006653 084029

BUS07 BUS06 12 -96638 -029146 009295 13554

BUS11 BUS06 13 79964 034323 006971 0728

143

BUS08 BUS07 14 -42344 17647 001373 011035

BUS09 BUS08 15 078866 38435 004342 03998

BUS39 BUS09 16 080175 3003 001309 -084056

BUS11 BUS10 17 -80589 -15142 004175 040109

BUS13 BUS10 18 -71889 -28677 003778 035886

BUS14 BUS13 19 -69726 -10879 007572 074431

BUS15 BUS14 20 -10693 -047297 000404 -016363

BUS16 BUS15 21 64212 37817 007799 071062

BUS17 BUS16 22 -49793 083099 002747 02623

BUS19 BUS16 23 107152 65544 029317 33425

BUS21 BUS16 24 76769 020366 007274 10625

BUS24 BUS16 25 10336 15963 000166 -001185

BUS18 BUS17 26 -43011 077397 002043 015313

BUS27 BUS17 27 -065692 001218 000089 -019797

BUS22 BUS21 28 142758 70892 025194 42217

BUS23 BUS22 29 -10486 -16395 000274 -010306

BUS24 BUS23 30 -8182 053938 022283 32842

BUS26 BUS25 31 -1622 -26297 003759 -004213

BUS27 BUS26 32 -58521 -17611 007946 066838

BUS28 BUS26 33 32719 021736 006074 008103

BUS29 BUS26 34 44644 08495 014609 079232

BUS29 BUS28 35 81612 19236 011761 1067

BUS30 BUS02 36 58951 82418 0 16938

BUS31 BUS06 37 66409 62821 0 43334

BUS31 BUS06 38 66409 62821 0 43334

BUS32 BUS10 39 153273 141443 0 90025

BUS11 BUS12 40 006245 1171 000342 009294

BUS13 BUS12 41 014062 10354 000276 007506

BUS20 BUS19 42 -39483 16271 001576 031072

144

BUS33 BUS19 43 149029 9774 022361 4536

BUS34 BUS20 44 119789 75294 017582 35164

BUS35 BUS22 45 153272 14353 0 57273

BUS36 BUS23 46 132051 93699 01159 63049

BUS37 BUS25 47 127335 58893 01118 43229

BUS38 BUS29 48 195718 107923 037929 73961

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1460172

REACTIVE POWER [pu] 102682

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1424692

REACTIVE POWER [pu] 288773

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 35479

REACTIVE POWER [pu] 738047

Annexe B2 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du

STATCOM au nœud 8 (Zone 1)

145

POWER FLOW REPORT

P S A T 219

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail federicomilanoucdie

website faraday1ucdiepsathtml

File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeteste ssscb_d00

Date 09-Jun-2017 153006

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 336

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 099097 -068975 0 0 0 0

BUS02 091781 -05429 0 0 0 0

BUS03 079734 -070717 0 0 75617 005636

BUS04 066326 -076185 0 0 117417 43209

BUS05 066473 -064183 0 0 0 -044187

146

BUS06 067567 -057647 0 0 0 0

BUS07 063172 -078416 0 0 54904 19726

BUS08 063378 -083261 0 0 122583 41331

BUS09 087869 -078891 0 0 0 0

BUS10 072734 -037936 0 0 0 0

BUS11 070208 -044367 0 0 0 0

BUS12 063793 -044818 0 0 019961 20665

BUS13 070846 -044069 0 0 0 0

BUS14 069215 -059233 0 0 0 0

BUS15 07407 -064955 0 0 75147 3593

BUS16 081822 -05593 0 0 77354 075851

BUS17 080501 -063045 0 0 0 0

BUS18 079536 -068866 0 0 37104 07045

BUS19 093754 -029105 0 0 0 0

BUS20 090167 -036109 0 0 159687 24188

BUS21 087 -041123 0 0 64345 27006

BUS22 10049 -018383 0 0 0 0

BUS23 095617 -018974 0 0 58121 19867

BUS24 084024 -055252 0 0 7247 -21652

BUS25 094412 -04701 0 0 52603 11084

BUS26 08466 -05244 0 0 32642 039922

BUS27 0802 -06492 0 0 65988 1773

BUS28 087316 -031212 0 0 48376 064814

BUS29 091081 -015774 0 0 66575 06317

BUS30 10475 -042699 5993 9148 0 0

BUS31 098193 0 137349 178813 021605 010802

BUS32 098303 010582 155818 187617 0 0

BUS33 099716 -005013 151503 95238 0 0

BUS34 10123 -012399 121778 74705 0 0

147

BUS35 10492 -014155 155816 166126 0 0

BUS36 10635 017417 134243 63977 0 0

BUS37 10278 -015159 129449 64436 0 0

BUS38 10265 017894 198968 113339 0 0

BUS39 103 -076593 23972 128843 259257 58709

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -076589

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 00004

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098206

e1d_Syn_2 000016

delta_Syn_3 01062

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098313

e1d_Syn_3 000029

delta_Syn_4 -004973

omega_Syn_4 1

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000033

delta_Syn_5 -012326

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000059

delta_Syn_6 -014122

omega_Syn_6 1

148

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 017452

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 000031

delta_Syn_8 -015125

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000028

delta_Syn_9 017933

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000029

delta_Syn_10 -042696

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098193

vr1_Exc_2 10001

vr2_Exc_2 -1179

vf_Exc_2 098247

vm_Exc_3 098303

vr1_Exc_3 10012

vr2_Exc_3 -07868

149

vf_Exc_3 09835

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079793

vf_Exc_4 099741

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030384

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10492

vr1_Exc_6 10706

vr2_Exc_6 -067177

vf_Exc_6 10497

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10854

vr2_Exc_7 -03191

vf_Exc_7 10637

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073425

vf_Exc_8 1028

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

150

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57296

tg2_Tg_2 57296

tg3_Tg_2 43545

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

151

tg3_Tg_10 19

vcs_Sssc_1 024834

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 23972

p_Syn_1 23972

q_Syn_1 128843

vf_Syn_2 098247

pm_Syn_2 137351

p_Syn_2 137349

q_Syn_2 178813

vf_Syn_3 09835

pm_Syn_3 155818

p_Syn_3 155818

q_Syn_3 187617

vf_Syn_4 099741

pm_Syn_4 151503

p_Syn_4 151503

q_Syn_4 95238

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 121778

p_Syn_5 121778

q_Syn_5 74705

vf_Syn_6 10497

pm_Syn_6 155819

p_Syn_6 155816

q_Syn_6 166126

152

vf_Syn_7 10637

pm_Syn_7 134243

p_Syn_7 134243

q_Syn_7 63977

vf_Syn_8 1028

pm_Syn_8 129449

p_Syn_8 129449

q_Syn_8 64436

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 198968

p_Syn_9 198968

q_Syn_9 113339

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 5993

p_Syn_10 5993

q_Syn_10 9148

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

153

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

v0_Sssc_1 024834

pref_Sssc_1 -65

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -30454 19186 005128 -003514

BUS01 BUS39 2 15227 -095928 000595 -023441

BUS01 BUS39 3 15227 -095928 000595 -023441

BUS02 BUS03 4 85484 71305 019364 20591

BUS02 BUS25 5 -56521 19983 030072 02429

BUS03 BUS04 6 16592 48844 005583 079567

BUS03 BUS18 7 -086611 013058 000137 -011907

BUS04 BUS05 8 -40971 039838 003086 043458

BUS04 BUS14 9 -60412 -063061 006702 10172

BUS05 BUS06 10 -114034 -15612 005995 075982

BUS05 BUS08 11 72754 19668 010307 13807

BUS06 BUS07 12 98009 356 014314 21465

BUS06 BUS11 13 -77454 -1037 009353 10297

BUS07 BUS08 14 41674 -055909 00177 017236

154

BUS08 BUS09 15 -093637 -42784 010612 14517

BUS09 BUS39 16 -10425 -57301 003733 -016642

BUS10 BUS11 17 79843 37573 005898 059683

BUS10 BUS13 18 75975 26941 004921 049144

BUS13 BUS14 19 74265 099622 010083 10471

BUS14 BUS15 20 12175 -16987 001532 -000336

BUS15 BUS16 21 -63125 -52883 011043 10493

BUS16 BUS17 22 53385 093664 003081 030328

BUS16 BUS19 23 -106504 -28279 028885 3285

BUS16 BUS21 24 -79033 -21786 007988 11662

BUS16 BUS24 25 -094316 -30262 000444 004057

BUS17 BUS18 26 46012 064426 002338 018941

BUS17 BUS27 27 07065 -001089 000102 -019408

BUS21 BUS22 28 -144177 -60454 02571 42727

BUS22 BUS23 29 090684 49468 001558 007174

BUS23 BUS24 30 84057 39679 021112 30663

BUS25 BUS26 31 16131 24983 003604 -004873

BUS26 BUS27 32 59739 2273 008058 068314

BUS26 BUS28 33 -32701 -010726 006433 013216

BUS26 BUS29 34 -4391 -001791 015431 089643

BUS28 BUS29 35 -81721 -088757 012378 11369

BUS02 BUS30 36 -5993 -71751 0 1973

BUS06 BUS31 37 -67594 -2422 0 64646

BUS06 BUS31 38 -67594 -2422 0 64646

BUS10 BUS32 39 -155818 -64515 0 123103

BUS12 BUS11 40 -008249 -098751 000391 010623

BUS12 BUS13 41 -011712 -1079 000469 012744

BUS19 BUS20 42 39856 -11624 001542 030405

BUS19 BUS33 43 -149249 -49505 022544 45733

155

BUS20 BUS34 44 -119985 -38853 017926 35853

BUS22 BUS35 45 -155816 -15265 0 13477

BUS23 BUS36 46 -133266 -10795 009776 53183

BUS25 BUS37 47 -128261 -18513 011877 45923

BUS29 BUS38 48 -194987 -35705 039812 77634

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 30966 -19537 005128 -003514

BUS39 BUS01 2 -15167 072488 000595 -023441

BUS39 BUS01 3 -15167 072488 000595 -023441

BUS03 BUS02 4 -83548 -50713 019364 20591

BUS25 BUS02 5 59528 -17554 030072 02429

BUS04 BUS03 6 -16034 -40887 005583 079567

BUS18 BUS03 7 086747 -024965 000137 -011907

BUS05 BUS04 8 4128 003621 003086 043458

BUS14 BUS04 9 61082 16479 006702 10172

BUS06 BUS05 10 114633 2321 005995 075982

BUS08 BUS05 11 -71723 -058609 010307 13807

BUS07 BUS06 12 -96578 -14135 014314 21465

BUS11 BUS06 13 78389 20668 009353 10297

BUS08 BUS07 14 -41497 073145 00177 017236

BUS09 BUS08 15 10425 57301 010612 14517

BUS39 BUS09 16 10798 55637 003733 -016642

BUS11 BUS10 17 -79253 -31605 005898 059683

BUS13 BUS10 18 -75483 -22027 004921 049144

156

BUS14 BUS13 19 -73257 005086 010083 10471

BUS15 BUS14 20 -12022 16953 001532 -000336

BUS16 BUS15 21 64229 63376 011043 10493

BUS17 BUS16 22 -53077 -063336 003081 030328

BUS19 BUS16 23 109393 61129 028885 3285

BUS21 BUS16 24 79832 33448 007988 11662

BUS24 BUS16 25 09476 30668 000444 004057

BUS18 BUS17 26 -45779 -045485 002338 018941

BUS27 BUS17 27 -070548 -018318 000102 -019408

BUS22 BUS21 28 146748 103181 02571 42727

BUS23 BUS22 29 -089126 -48751 001558 007174

BUS24 BUS23 30 -81946 -090159 021112 30663

BUS26 BUS25 31 -1577 -2547 003604 -004873

BUS27 BUS26 32 -58934 -15898 008058 068314

BUS28 BUS26 33 33345 023942 006433 013216

BUS29 BUS26 34 45453 091434 015431 089643

BUS29 BUS28 35 82958 20245 012378 11369

BUS30 BUS02 36 5993 9148 0 1973

BUS31 BUS06 37 67594 88866 0 64646

BUS31 BUS06 38 67594 88866 0 64646

BUS32 BUS10 39 155818 187617 0 123103

BUS11 BUS12 40 00864 10937 000391 010623

BUS13 BUS12 41 012181 12065 000469 012744

BUS20 BUS19 42 -39702 14665 001542 030405

BUS33 BUS19 43 151503 95238 022544 45733

BUS34 BUS20 44 121778 74705 017926 35853

BUS35 BUS22 45 155816 166126 0 13477

BUS36 BUS23 46 134243 63977 009776 53183

BUS37 BUS25 47 129449 64436 011877 45923

157

BUS38 BUS29 48 198968 113339 039812 77634

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1484574

REACTIVE POWER [pu] 1164575

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1444346

REACTIVE POWER [pu] 326439

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 40229

REACTIVE POWER [pu] 838136

Annexe B3 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du

SSSC agrave la linge 45 (Zone 3)

Page 3: Mémoire - pmb.univ-saida.dz

Les systegravemes FACTS (Flexible AC Transmission Systems) sont pressentis pour

lrsquoameacutelioration des performances des reacuteseaux eacutelectriques de transport et drsquointerconnexion De

nombreuses eacutetudes ont eacuteteacute faites sur ces systegravemes concernant lrsquoaugmentation de la vitesse de

controcircle des paramegravetres des lignes (tension impeacutedance et deacutephasage) Les compensations

shunt et seacuterie utilisant des systegravemes drsquoeacutelectronique de puissance sont des concepts FACTS et

permettent aux reacuteseaux drsquoecirctre plus flexibles La compensation shunt reacutealise de preacutefeacuterence le

support de la tension alors que la compensation seacuterie est employeacutee pour reacuteduire lrsquoimpeacutedance

des lignes et donc pour augmenter la capaciteacute de transfert de puissance ainsi que pour

ameacuteliorer la reacutepartition des transits de puissance dans le reacuteseau aussi bien que les stabiliteacutes

statiques et dynamiques

La contribution principale de ce meacutemoire est lrsquoimpact de deux systegravemes FACTS le

STATCOM (Compensateur Statique Synchrone) et le SSSC (Static Synchronous Series

Compensator) sur lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance pour un reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds

Mots cleacutes FACTS STATCOM SSSC effondrement de tension calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance

Reacutesumeacute

من لها لما الماضية القليلة السنوات خلال سريعا تطورا شهدت التي المجالات من ( FACTS ) المرنة النقل أنظمة

قدرة

سرعة وقد تم القيام بالعديد من الدراسات على هذه الأنظمة لزيادة الكهربائية تحسين أداء شبكات النقل على كبيرة

الممانعة وزاوية الطور( الجهدالسيطرة على معاملات الخطوط )

على SSSC و STATCOMنظمة النقل المرنة أنموذجان من تأثيرھو المذكرة ھذه في ساسىى الأالهد ف

القدرة قباستخدام تقنية الحساب المستمر لتدف توترمشكلة انهيار ال

القدرة قالحساب المستمر لتدف توترال انهيار STATCOM SSSCالمرنة النقل أنظمة ةمفتاحی كلمات

ملخص

Table des matiegraveres

Contexte de lrsquoeacutetude et eacutetat de lrsquoart

I1) Introduction 13

I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique 14

I21) De la centrale aux abonneacutes 14

I 3) Fonctionnement du reacuteseau eacutelectrique 16

I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectrique 16

I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie 17

I411) Reacuteseaux drsquoutilisation 17

I412) Reacuteseaux de distribution 18

I413) Reacuteseaux de reacutepartition 18

I414) Reacuteseaux de transport 18

I42) Topologie des reacuteseaux

I421) Reacuteseaux radiaux

I422) Reacuteseaux boucleacutes

I423) Reacuteseaux mailleacutes

18

18

19

20

Liste des figures 03

Liste des tableaux 05

Liste des acronymes 06

Liste des symboles 08

Introduction geacuteneacuterale 09

Table des matiegraveres

Chapitre I

I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques 20

I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du

Maghreb Arabe

21

I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique 22

I61) Qualiteacute de la tension 22

I611) Amplitude 22

I612) Freacutequence 23

I613) Forme Drsquoonde 23

I614) Symeacutetrie 23

I62) Qualiteacute du courant 23

I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique 24

I71) Classification des perturbations eacutelectriques 24

I711) Creux de tension et coupures 24

a) Origines de creux de tension et coupures 25

I712) Harmonique 26

a) Inters harmoniques 26

b) Infra-harmoniques 26

c) Conseacutequences des harmoniques 26

d) Les principales sources drsquoharmoniques 26

I713) Surtensions 27

a) Origine ou causes des surtensions 28

I714) Variations et fluctuations de tension 28

a) Origines des variations et fluctuations de tension 28

I715) Deacuteseacutequilibres 29

a) Origines de Deacuteseacutequilibres 29

I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations 29

I72) Le system de protection 30

I8) La Stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31

I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31

I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 31

I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire) 32

I8211) Stabiliteacute Angulaire Aux Petites Perturbations 33

I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

transitoire

34

I822) Stabiliteacute de la freacutequence 35

I823) Stabiliteacute de tension 35

I8231) Instabiliteacute de la tension 35

I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension 36

I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites

perturbations

36

I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes

perturbations

36

I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension 36

I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation 37

I92) Charge appeleacutee trop importante 37

I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport 37

I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 38

I11) Conclusion 40

Le concept des FACTS

II1) Introduction 42

II2) Le concept FACTS 42

II21) Fonctionnement des FACTS

II22) Contexte algeacuterien

44

45

II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS 47

II3) Les dispositifs FACTS 47

II4) Classification des dispositifs FACTS 48

II41) Classification selon la geacuteneacuteration 48

II411) Geacuteneacuteration I 48

II412) Geacuteneacuteration II 48

II413) Geacuteneacuteration III 48

II42) Classification selon la cateacutegorie 48

II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS 49

a) Dispositifs FACTS Shunt 49

Compensateur statique de puissance reacuteactive (SVC) 49

Compensateur statique synchrone ( STATCOM) 49

Geacuteneacuterateur statique synchrone (SSG) 49

Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (SVG) 50

Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (SVS) 50

Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (TCBR) 50

b) Dispositifs FACTS seacuteries 51

Controcircleur de transit de puissance entre lignes (IPFC) 51

Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (TCSC) 51

Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (TSSC) 51

Chapitre II

Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (TCSR) 51

Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (TSSR) 52

Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (SSSC) 52

c) Dispositifs FACTS hybrides 52

Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (UPFC) 52

Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (TCPST) 52

Reacutegulateur de puissance interphases (IPC) 52

d) Autres dispositifs FACTS 53

Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVL) 53

Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVR) 53

II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors 54

Compensateur synchrone statique(STATCOM) 54

Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC) 58

II6) Coucirct des dispositifs FACTS 62

II7) Synthegravese des dispositifs FACTS 63

II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie des

dispositifs FACTS

63

II9) Conclusion 64

Modeacutelisation du systegraveme eacutetudieacute de la charge au reacuteseau complet

III1) Introduction 67

III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS 67

III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs 67

III22) Modegraveles des charges 69

III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt 69

III24) Modegraveles de la ligne 70

Chapitre III

III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques 71

III26) Modegraveles du transformateur 72

III27) Modeacutelisation de la machine synchrone 73

III28) Modeacutelisation du STATCOM 74

III29) Modeacutelisation du SSSC 75

III3) Conclusion 78

IV1) Introduction 80

IV2) Outils de simulation 81

IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 82

IV31) Facteur de charger et les directions de puissance 83

IV32) Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance 84

IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE39 nœuds 87

IV41) Preacutesentation du reacuteseau 87

IV5) Emplacement du STATCOM 91

IV51) Impact du STATCOM 92

IV511) Profils des tensions et les pertes de puissance dans le

systegraveme

94

IV512) Synthegravese 98

IV6) Emplacement du SSSC 99

IV61) Impact du SSSC 100

IV611) SSSC inseacutereacute sur la linge 45 103

IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 104

IV613) Synthegravese 106

IV7) Conclusion 107

Chapitre IV

Ameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau de transport par les FACTS

Conclusion geacuteneacuterale 109

Bibliographies 112

Annexes 116

Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique 14

Figure I2 Reacuteseaux publique 15

Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique 17

Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial 19

Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute 19

Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute 20

Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension 24

Figure I8 Paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12) 25

Figure I9 Harmoniques 27

Figure I10 Exemple de surtension 27

Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension 28

Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension 29

Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques 30

Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique 32

Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps 34

Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 39

Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif 43

Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar 46

Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie 47

Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie 48

Figure II5 Classification des dispositifs FACTS 54

Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM 55

Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM 56

Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM 57

Liste des figures

Figure II9 Scheacutema de base du SSSC 58

Figure II10

Figure II11

Figure II12

Figure II13

Caracteacuteristique statiques du SSSC

Principe de fonctionnement de SSSC

Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple

Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du

SSSC

59

60

61

61

Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur 68

Figure III2 Modegravele des charges 69

Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt 70

Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport 70

Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur 72

Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone 73

Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM 74

Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation 76

Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT 82

Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink 82

Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas preacutedicteur) 85

Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas correcteur) 86

Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas correcteur obtenu

par les moyens de la parameacutetrisation locale

87

Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds 88

Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds 89

Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS 90

Figure IV9 Profile de tension du reacuteseau IEEE 39-nœuds 91

Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone 91

Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1 du systegraveme (eacutetat de base) 92

Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme (eacutetat de base) 92

Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de base 92

Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8 94

Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8 94

Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 8 95

Figure IV17 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 8 95

Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM 95

Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 03 96

Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 15 96

Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 15 97

Figure IV23 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV24 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV25 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 15 98

Figure IV26 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 15 98

Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents

emplacements du STATCOM

98

Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du

STATCOM

99

Figure IV29 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement 100

Figure IV30 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement 100

Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge15 102

Figure IV35 Profils de pertes de puissance actives avec SSSC sur la ligne 15 102

Figure IV36 Profils de pertes de puissance reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15 102

Figure IV37 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103

Figure IV38 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103

Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge 45 104

Figure IV41 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV42 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge48 105

Figure IV45 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV46 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC 106

Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents emplacements du

SSSC

106

Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS 62

Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS 63

Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme 72

Liste des tableaux

kV Kilovolt

Hz Hertz

THT Tregraves haute tension

UHT Ultra haute tension

Km Kilomegravetre

HTB Haute tension

RTE Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute

HTA Moyenne tension

BT Basse tension

SDO Socieacuteteacute de distribution de lrsquoouest

UMA Union du Maghreb Arabe

ONE Office National Marocain de lrsquoElectriciteacute

STEG Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz

Comelec Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute

IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Eacutelectriciteacute et en Eacutelectronique

CEI Commission eacutelectrotechnique internationale

119880119903119890119891 Tension de reacutefeacuterence

ms Mili-seconde

rms Root means square

pu Systegraveme de valeur relative (Per unit )

CPF Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance

GW Geacutegawatts

PSAT Power System Analysis Toolbox

AC Alternative Current (Courant altenatif)

IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Electriciteacute et en Electronique

Liste des acronymes

∆U Diffeacuterence de tension

∆T Diffeacuterence de temps

FACTS Flexible Alternating Current Transmission System

STATCOM Compensateur Statique Synchrone

SSSC

GTO

Compensateur Statique seacuterie synchrone

Gate Turn Off

119881119904 Tension de la source

119881119903 Tension de la charge

119868119898119886119909 Courant maximal

119868119898119894119899 Courant minimal

MLI Modulation par largeur dimpulsion

119881119904ℎ Tension (shunt) injecteacutee par le STATCOM

119876119904ℎ Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le STATCOM

119876119903 Puissance reacuteactive demandeacutee par la charge

119868119904ℎ Courant (shunt) injecteacute par le STATCOM

119881119904119890 Tension (seacuterie) injecteacute par le SSSC

119883119897 Reacuteactance de la ligne de transport

X Reacuteactance totale du reacuteseau

119883119890119891119891 Reacuteactance effective

V Tension de source

B Susceptance

119883119886 Reacuteactance seacuterie limitant les transitoires

119868119902 Composante du courant de la ligne sur lrsquoaxe q

119868prime119902 Composante du courant fourni par le compensateur shunt sur lrsquoaxe q

119881119904119902 Composante de la tension de la source sur lrsquoaxe q

119883119894 Angle de commutation

119868119897 Courant de ligne

λ Facteur de charge

Liste des symboles

Introduction geacuteneacuterale

INTRODUCTION GENERALE

9

Aujourdrsquohui la consommation de leacutenergie eacutelectrique et le sceacutenario des systegravemes

dalimentation est hautement complexe et interconnecteacute il y a un grand besoin

dameacuteliorer lutilisation deacutenergie eacutelectrique tout en conservant sa fiabiliteacute et sa seacutecuriteacute

Lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecoulement de puissance et la stabiliteacute dans le langage du systegraveme

eacutelectrique est la solution de leacutetat deacutequilibre des reacuteseaux Habituellement une centrale nest

pas situeacutee agrave proximiteacute du centre de charge mais elle peut ecirctre loin du centre de distribution

en raison de circonstances diverses Pour reacutepondre agrave la demande de puissance sans

cesse croissante les services publics preacutefegraverent sappuyer sur la production de

leacutelectriciteacute deacutejagrave existante au lieu de construire de nouvelles lignes de transmission qui

sont limiteacutees par des contraintes diverses

Les reacuteseaux eacutelectriques jusquagrave ces derniegraveres anneacutees sont controcircleacutes

meacutecaniquement malgreacute lutilisation de la microeacutelectronique des ordinateurs et des

moyens rapides de teacuteleacutecommunication dans le controcircle des reacuteseaux la derniegravere action dans

ces systegravemes de commande est prise avec des dispositifs meacutecaniques ayant un temps

de reacuteponse plus au moins long et avec lesquels laction damorccedilage et de reacuteamorccedilage

ne peut ecirctre reacutepeacutetitivement exeacutecuteacute agrave une freacutequence eacuteleveacutee

Les eacuteleacutements proposeacutes qui permettent drsquoameacuteliorer les systegravemes sont les dispositifs

FACTS laquo Flexible Alternating Current Transmission System raquo Les dispositifs FACTS font

en geacuteneacuteral appel agrave leacutelectronique de puissance des microprocesseurs de lautomatique des

teacuteleacutecommunications et des logiciels pour parvenir agrave controcircler les systegravemes de puissance Ce

sont des eacuteleacutements de reacuteponse rapide Ils donnent en principe un controcircle plus souple

de leacutecoulement de puissance Ils donnent aussi la possibiliteacute de charger les lignes de transit

agrave des valeurs pregraves de leur limite thermique et augmentent la capaciteacute de transfegravere de la

puissance dune reacutegion agrave une autre Ils Limitent aussi les effets des deacutefauts et

des deacutefaillances de leacutequipement et stabilisent le comportement du reacuteseau eacutelectrique

Lrsquoeacutetude du comportement de la tension dans les reacuteseaux eacutelectriques est devenue une

preacuteoccupation majeure des exploitants et planificateurs de ces systegravemes En fait plusieurs

incidents geacuteneacuteraliseacutes survenus dans le monde ont eacuteteacute associeacutes agrave des instabiliteacutes de tension Ce

mode drsquoinstabiliteacute nrsquoest pas encore bien maicirctriseacute compareacute au mode drsquoinstabiliteacute angulaire

(dynamique et transitoire) En effet le meacutecanisme causant lrsquoinstabiliteacute de tension semble lrsquoun

des plus importants problegravemes agrave clarifier Aujourdrsquohui encore il nrsquoy a pas une theacuteorie

INTRODUCTION GENERALE

10

disponible et largement accepteacutee pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension Les problegravemes lieacutes agrave

ce type drsquoinstabiliteacute constituent alors dans plusieurs pays un axe de recherche tregraves important

Des releveacutes sur les incidents survenus durant les derniegraveres deacutecennies ont montreacute que

lrsquoeffondrement de tension intervient geacuteneacuteralement suite agrave une perturbation majeure ou agrave une

augmentation importante de la charge sur un reacuteseau eacutelectrique soumis agrave de fortes contraintes

Ce reacuteseau srsquoaffaiblit et sa consommation reacuteactive srsquoaccroicirct Le pheacutenomegravene est alors

caracteacuteriseacute par une baisse progressive de la tension dans une ou plusieurs reacutegions

consommatrices et qui va en srsquoacceacuteleacuterant au bout de quelques minutes La deacutegradation de la

tension au niveau des charges est alors telle qursquoelle entraicircne des interruptions de service dont

les causes directes peuvent ecirctre

- Manque de tension

- Augmentation des pertes reacuteactive du reacuteseau

La deacutefaillance du reacuteglage de la tension au niveau des bornes des groupes a pour

conseacutequence une acceacuteleacuteration de la deacutegradation du plan de la tension qui peut aller jusqursquoagrave

des deacuteclenchements en cascade de groupes et de lignes et un effondrement geacuteneacuteral du reacuteseau

Dans cette situation les moyens classiques de controcircle des reacuteseaux (transformateur agrave

prises reacuteglables en charge transformateurs deacutephaseurs compensateurs seacuterie ou parallegravele

commuteacutes par disjoncteurs modification des consignes de production changement de

topologie du reacuteseau et action sur lexcitation des geacuteneacuterateurs) pourraient dans lavenir saveacuterer

trop lents et insuffisants pour reacutepondre efficacement aux problegravemes drsquoinstabiliteacute du reacuteseau

compte tenu notamment des nouvelles contraintes Il faudra donc compleacuteter leur action en

mettant en œuvre des dispositifs eacutelectroniques de puissance ayant des temps de reacuteponse

courts qui sont les FACTS

Le maintien de lrsquoeacutequilibre entre la production et la consommation neacutecessite alors une

surveillance permanente du systegraveme afin drsquoassurer la qualiteacute du service (problegraveme de

conduite) garantir sa seacutecuriteacute (problegraveme de protection) et sa stabiliteacute (problegraveme de reacuteglage)

Ainsi le premier chapitre de ce meacutemoire est consacreacute agrave une introduction geacuteneacuterale aux

problegravemes que rencontrent actuellement les reacuteseaux eacutelectriques Nous preacutesenterons ensuite La

INTRODUCTION GENERALE

11

stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

Dans le deuxiegraveme chapitre nous preacutesenterons le concept FACTS et plus

particuliegraverement le contexte Algeacuterien ainsi la conception et le principe de fonctionnement de

deux systegravemes FACTS qui seront retenus pour la suite de cette eacutetude

Dans le troisiegraveme chapitre nous preacutesenterons la modeacutelisation de deux systegravemes FACTS

qui sont retenus pour la simulation La modeacutelisation des eacuteleacutements des reacuteseaux sera eacutegalement

eacutevoqueacutee

Le chapitre quatre preacutesentera les reacutesultats des simulations lors de lrsquoeffondrement de

tension Ces tests concernent lrsquoimpact des dispositifs FACTS sur le pheacutenomegravene de

lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de

puissance (CPF) Nous utiliserons pour cela le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds

Lorsque tout ce qui preacutecegravede aura eacuteteacute exposeacute il ne nous restera plus qursquoagrave conclure et agrave

proposer des perspectives drsquoeacutetudes futures permettant de compleacuteter le travail reacutealiseacute tout au

long de ce meacutemoire

12

Chapitre 1

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

13

CHAPITRE I

I1) Introduction

Lrsquoeacutenergie eacutelectrique est la forme drsquoeacutenergie la plus largement reacutepandue car elle est

facilement transportable avec un rendement eacuteleveacute et un coucirct raisonnable Un reacuteseau eacutelectrique

est un ensemble dinfrastructures dont le but est dacheminer de leacutenergie eacutelectrique agrave partir de

centres de production vers les consommateurs deacutelectriciteacute (charge) Le premier reacuteseau

eacutelectrique a vu le jour aux Etats Unis en 1882 et a eacuteteacute conccedilu par Thomas

Edison Crsquoeacutetait un reacuteseau local agrave courant continu et servait agrave assurer lrsquoeacuteclairage de la reacutegion de

Manhattan La distribution de lrsquoeacutenergie eacutetait assureacutee par des cacircbles souterrains

Avec lrsquoinvention du transformateur par William Stanley en 1885 et celle du moteur agrave

courant alternatif par Nikola Tesla en 1888 les reacuteseaux agrave courant alternatif commencegraverent agrave

prendre le pas sur les reacuteseaux agrave courant continu du fait qursquoil eacutetait devenu possible drsquoacheminer

plus de puissance sur de plus grandes distances gracircce agrave des niveaux de tension plus eacuteleveacutes

Un autre avantage non neacutegligeable du courant alternatif est la suppression du collecteur

donc des problegravemes de commutation dans les alternateurs ce qui a permis de construire des

alternateurs de grande puissance agrave moyenne tension Les reacuteseaux eacutetaient drsquoabord monophaseacutes

puis triphaseacutes (23 kV en 1893) et agrave diffeacuterentes freacutequences (28Hz agrave 133Hz) Progressivement

la neacutecessiteacute de mise en fonctionnement en parallegravele et drsquointerconnexion des diffeacuterents reacuteseaux

a conduit agrave la standardisation de la freacutequence

60 Hz aux Etats Unis et au Canada

50 Hz pour la majoriteacute des pays en Afrique Asie et Europe

Les niveaux de tensions ont eux aussi eacutevolueacute graduellement jusqursquoagrave atteindre

aujourdrsquohui lrsquoUltra Haute tension 765 kV en service aux Etats Unis et ce depuis 1969Le

transport drsquoeacutenergie eacutelectrique sur de tregraves grandes distances est devenu plus avantageux en

courant continu qursquoen alternatif et ce gracircce au deacuteveloppement de lrsquoeacutelectronique de puissance

Ainsi il est plus eacuteconomique de convertir la THT ou UHT de lrsquoalternatif au continu de

transporter lrsquoeacutenergie eacutelectrique agrave lrsquoaide de deux lignes et de la reconvertir agrave lrsquoautre extreacutemiteacute

Des eacutetudes ont montreacute qursquoil eacutetait avantageux de recourir au courant continu lorsqursquoil

srsquoagissait de transporter de lrsquoeacutenergie eacutelectrique sur des distances supeacuterieures ou eacutegales agrave 500

km

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

14

CHAPITRE I

Lrsquoaccroissement eacutenorme de la demande de lrsquoeacutenergie eacutelectrique et les contraintes

eacuteconomiques de construire de nouveaux ouvrages conduisent agrave lrsquoexploitation des reacuteseaux

eacutelectriques preacutes de leurs limites de stabiliteacute et de seacutecuriteacute En effet lrsquoinstabiliteacute des reacuteseaux

eacutelectriques preacutesente un problegraveme majeur dans le bon fonctionnement de ces derniers autour du

monde Les perturbations ineacutevitables telles que les courts circuits les indisponibiliteacutes

momentaneacutees des lignes de transmission des geacuteneacuterateurs les transformateurs ainsi que les

pertes dans les lignes peuvent affecter le reacuteseau eacutelectrique agrave tout instant et lrsquoamener en dehors

de sa zone de stabiliteacute La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique est donc la proprieacuteteacute qui lui permet

de rester dans un eacutetat drsquoeacutequilibre pour des conditions de fonctionnement normales et de

retrouver un eacutetat drsquoeacutequilibre acceptable suite agrave une perturbation

I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique

Les reacuteseaux eacutelectriques (transport et distribution) ont pour rocircle drsquoacheminer lrsquoeacutenergie

des sites de production vers les lieux de consommation avec des eacutetapes de baisse du niveau

de tension dans des postes de transformation

Les reacuteseaux eacutelectriques ont pour fonction dinterconnecter les centres

de production tels que les centrales hydrauliques thermiquesetc avec les centres de

consommation (villes usines) [1]

I21) De la centrale aux abonneacutes

La tension agrave la sortie des grandes centrales est porteacutee agrave 400 000 volts (ou 400 kV) pour

limiter les pertes drsquoeacutenergies sous forme de chaleur dans les cacircbles des lignes eacutelectriques de

transport (ce sont les pertes par laquo effets de joule raquo) Ensuite la tension est progressivement

reacuteduite au plus preacutes de la consommation pour arriver aux diffeacuterents niveaux de tension

auxquels sont raccordeacutes les consommateurs (figure I1)

Centrale

De

Production

Poste de

Transformation

THT HT

Poste de

Transformation

MT BT

Poste de

Transformation

HT HT

Abonneacutes HT Abonneacutes BT Abonneacutes MT

Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique

Poste de

Transformation

HTMT

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

15

CHAPITRE I

Les reacuteseaux publics drsquoeacutelectriciteacute (figure I2) sont constitueacutes drsquoun ensemble de

conducteurs et de postes eacutelectriques permettant drsquoacheminer lrsquoeacutenergie depuis les installations

de production jusqursquoaux installations de consommation

Les conducteurs sont les lignes aeacuteriennes ou les cacircbles souterrains (ou les cacircblages

courant en faccedilades drsquoimmeubles) desservant le territoire selon un scheacutema mailleacute ou

arborescent Pour des raisons tenant agrave des calculs technico-eacuteconomiques ils sont exploiteacutes agrave

diffeacuterents niveaux de tension

Les postes eacutelectriques sont situeacutes aux nœuds du maillage ou de lrsquoarborescence des

conducteurs Ils accueillent les transformateurs (pour le changement de niveau de tension) les

organes drsquoaiguillage et de manœuvre des flux et les eacutequipements de surveillance et de seacutecuriteacute

du reacuteseau [2]

Le but premier dun reacuteseau deacutenergie est de pouvoir alimenter la demande des

consommateurs Comme on ne peut encore stocker eacuteconomiquement et en grande quantiteacute

leacutenergie eacutelectrique il faut pouvoir maintenir en permanence leacutegaliteacute [3]

(I1)

Figure I2 Reacuteseaux publiques

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

16

CHAPITRE I

Le reacuteseau eacutelectrique est exploiteacute de maniegravere agrave assurer trois principaux objectifs

bull La distribution drsquoeacutelectriciteacute doit pouvoir ecirctre garantie et ce malgreacute les aleacuteas du reacuteseau

En effet celle-ci est un enjeu agrave la fois financier et de seacutecuriteacute pour les biens mateacuteriels

et des personnes Ainsi lrsquoopeacuterateur du reacuteseau doit ecirctre capable de faire face agrave ces aleacuteas

et drsquoeacuteviter les deacutegacircts potentiels ainsi que leurs propagations Cet enjeu de sucircreteacute de

fonctionnement en reacutegime normal et en reacutegime perturbeacute est un des premiers objectifs

bull Lrsquoonde de tension fait lrsquoobjet drsquoengagement contractuel que lrsquoopeacuterateur se doit de

ternir en respectant une regravegle drsquoeacutegaliteacute cest-agrave-dire une impartialiteacute entre clients en

conservant une continuiteacute de service maximale

bull Le dernier objectif drsquoexploitation est un objectif eacuteconomique lrsquoexploitation doit ecirctre

meneacutee de maniegravere optimale dans le but de reacuteduire les pertes ainsi que les coucircts de

maintenance et drsquoinvestissement Drsquoautre part lrsquoexploitation doit favoriser lrsquoouverture

du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute

I 3) Fonctionnent du reacuteseau eacutelectrique

Lrsquoeacutelectriciteacute produite par les centrales est drsquoabord achemineacutee sur de longues distances

dans des lignes agrave haute tension (HTB) geacutereacutees par RTE (Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute)

Elle est ensuite transformeacutee en eacutelectriciteacute agrave la tension HTA pour pouvoir ecirctre

achemineacutee par le reacuteseau de distribution Cette transformation intervient dans les postes

sources

Une fois sur le reacuteseau de distribution lrsquoeacutelectriciteacute haute tension HTA alimente

directement les clients industriels Pour les autres clients (particuliers commerccedilants

artisans) elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation avant

drsquoecirctre livreacutee

Au final la qualiteacute de lrsquoalimentation en eacutelectriciteacute des utilisateurs du reacuteseau est donc le

reacutesultat de la qualiteacute de tout ce parcours [4]

I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectriques

Dans les pays doteacutes drsquoun systegraveme eacutelectrique eacutelaboreacute le reacuteseau est structureacute en plusieurs

niveaux assurant des fonctions speacutecifiques propres et caracteacuteriseacutes par des tensions adapteacutees agrave

ces fonctions

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

17

CHAPITRE I

Traditionnellement les reacuteseaux eacutelectriques sont deacutecomposeacutes en trois sous-systegravemes la

geacuteneacuteration le transport et la distribution (figure I3) Chaque sous-systegraveme est relieacute par des

postes sources chargeacutes de lrsquoadeacutequation des niveaux de tension

Dans le contexte de ce paragraphe nous allons preacutesenter la structure et la topologie du

reacuteseau eacutelectrique Algeacuterien (les informations des paragraphes ci ndashdessous sont prises lors drsquoun

stage effectueacute agrave la SDO

I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie

I411) Reacuteseaux drsquoutilisation

Ces sont les reacuteseaux de basse tension (BT) qui alimentent les maisons lrsquoeacuteclairage

public les moteurs et les appareils domestiques Ce type de reacuteseau eacutelectrique doit preacutesenter

une continuiteacute de service permanente Geacuteneacuteralement la gamme de tension est de 220 volts agrave

380 volts

Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

18

CHAPITRE I

I412) Reacuteseaux de distribution

Ce sont les reacuteseaux de moyenne tension (MT) qui fournissent aux reacuteseaux

drsquoutilisation les puissances neacutecessaires demandeacutees Ils doivent observer des distances limiteacutees

de voisinage crsquoest pour cela que ces reacuteseaux se reacutealisent en souterrain dans les villes (En

Algeacuterie le niveau de tension de distribution de lrsquoeacutenergie est fixeacute agrave 10 kV)

I413) Reacuteseaux de reacutepartition

Ce sont les reacuteseaux HTMT (3010 kV) ils fournissent les puissances neacutecessaires

aux reacuteseaux de distribution relieacutes entre eux ils facilitent le secours mutuel entre reacutegions

I414) Reacuteseaux de transport

Ils assurent lrsquoalimentation de lrsquoensemble du territoire national gracircce agrave des

transits de puissances importantes et de tensions qui sont de 60 220 et 400 kV

I42) Topologie des reacuteseaux

Les reacuteseaux doivent assurer le transit de lrsquoeacutenergie eacutelectrique avec une seacutecuriteacute

suffisante cette seacutecuriteacute drsquoalimentation est augmenteacutee soit

Par les lignes aux appareillages plus solides

Par des circuits plus nombreux

I421) Reacuteseaux radiaux

Le principe de fonctionnement de reacuteseau radial est agrave une seule voie drsquoalimentation Ceci

signifie que tout point de consommation sur une telle structure ne peut ecirctre alimenteacute que par

un seul chemin eacutelectrique possible Il est de type arborescent Cette arborescence se deacuteroule agrave

partir des points drsquoalimentation qui sont constitueacutes par les postes de distribution publique

HTBHTA ou HTAHTA (reacutepartition) Ce scheacutema (figure I4) est particuliegraverement utiliseacute pour

la distribution de la MT en milieu rural En effet il permet facilement et agrave un moindre coucirct

drsquoacceacuteder agrave des points de consommation de faible densiteacute de charge (gtgt10 kVA) et largement

reacutepartis geacuteographiquement (gtgt 100 km2)

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

19

CHAPITRE I

I422) Reacuteseaux boucleacutes

Cette topologie (Figure I5) est surtout utiliseacutee dans les reacuteseaux de reacutepartition et

distribution MT Les postes de reacutepartition HT ou MT alimenteacutes agrave partir du reacuteseau THT sont

relieacutes entre eux pour former des boucles ceci dans le but drsquoaugmenter la disponibiliteacute

Cependant il faut noter que les reacuteseaux MT ne sont pas forcement boucleacutes [23]

1 Source

2 Poste MTHT

3 Poste MTBT

4 Consommateur

Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute

Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

20

CHAPITRE I

I423) Reacuteseaux mailleacutes

Cette topologie (Figure I6) est presque la norme pour les reacuteseaux de transport Tous les

centres de production sont lieacutes entre eux par des lignes THT au niveau des postes

drsquointerconnexion ce qui forme un maillage Cette structure permet une meilleure fiabiliteacute

mais neacutecessite une surveillance agrave lrsquoeacutechelle nationale voire continentale

On obtient ainsi une meilleure seacutecuriteacute mais agrave un prix plus chers [5]

I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques [6]

Lrsquointerconnexion entre les reacuteseaux de transport drsquoeacutelectriciteacute sert agrave faire passer lrsquoeacutenergie

drsquoun pays agrave un autre Leur rocircle premier est de permettre drsquoassurer la distribution drsquoeacutelectriciteacute

en cas de deacutefaillance soudaine sur le reacuteseau national en faisant appel agrave lrsquoeacutenergie produite et

transporteacutee par les pays voisins

Lrsquointerconnexion des reacuteseaux permet de rendre solidaires les pays voisins et de

diversifier les sources de production Ce foisonnement renforce la seacutecuriteacute

drsquoapprovisionnement et diminue le risque de panne geacuteneacuteraliseacutee

Les infrastructures existantes doivent ecirctre adapteacutees afin drsquoacheminer lrsquoeacutenergie

produite par les nouvelles sources renouvelables

Les infrastructures eacutenergeacutetiques doivent permettre en augmentant les eacutechanges

interreacutegionaux de favoriser la concurrence et drsquoameacuteliorer le fonctionnement du marcheacute

Source 1 Source 2 Source 3 Source 4

Source 5 Source 6

Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

21

CHAPITRE I

I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du Maghreb Arabe

Degraves le mois de juin 1974 bien avant la constitution de lrsquoUnion du Maghreb Arabe

(UMA) en 1989 les entreprises publiques drsquoeacutelectriciteacute des trois pays lrsquoOffice National

Marocain de lrsquoElectriciteacute (ONE) la Socieacuteteacute Nationale Algeacuterienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz

(SONELGAZ) la Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz (STEG) ont deacutecideacute la creacuteation

du Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute (Comelec) immeacutediatement enteacuterineacutee par le Conseil

Permanent Consultatif Maghreacutebin (CPCM) qui regroupe les ministres de lrsquoEconomie des trois

pays

Les compagnies des deux autres pays ont rejoint le Comiteacute Sonelec (Mauritanie) en

1975 et Gecol (Libye) en 1989 apregraves la constitution de lrsquoUMA formant ainsi le groupe

speacutecialiseacute le plus ancien de lrsquoUnion dont les missions consistent agrave promouvoir et coordonner

agrave lrsquoeacutechelle maghreacutebine et vis agrave vis des institutions internationales les relations sur le plan

technique eacuteconomique commercial industriel du management de la formation et des

relations sociales Dans ce cadre des actions concregravetes et efficaces ont eacuteteacute conduites en

commun

bull Renforcement des lignes drsquointerconnexion et deacuteveloppement des eacutechanges eacutelectriques

avec pour finaliteacute drsquoassurer une solidariteacute des reacuteseaux tout en eacutevitant les risques de

propagation drsquoincidents graves

bull Programmes drsquoeacutequipement et eacutetude de projets communs diffusion drsquoun scheacutema

directeur agrave long terme du reacuteseau maghreacutebin projets de station de pompage ou mecircme de

centrale nucleacuteaire

bull Elaboration et mise agrave jour permanente drsquoune carte du reacuteseau eacutelectrique maghreacutebin y

compris le reacuteseau de distribution impliquant lrsquoalimentation des villages frontaliers agrave partir du

reacuteseau le plus proche et dans les conditions technico - eacuteconomiques les plus favorables la

premiegravere action et probablement la plus symbolique a eacuteteacute lrsquoalimentation du village tunisien

martyre de Sakiet Sidi Youcef agrave partir du reacuteseau algeacuterien ou du village marocain de Figuig agrave

partir du reacuteseau algeacuterien agrave Beni Ounif

bull Utilisation commune des structures de formation eacutelectriques et gaziegraveres

bull Promotion de lrsquointeacutegration industrielle maghreacutebine de lrsquointervention des bureaux

drsquoeacutetudes et entreprises de travaux et de fabrication de mateacuteriel eacutelectrique du Maghreb agrave

travers notamment le renforcement de la fonction engineering [7]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

22

CHAPITRE I

I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique

La qualiteacute de cette eacutenergie deacutepend de celle de la tension aux points de raccordement

toutefois cette tension subit geacuteneacuteralement beaucoup de perturbations de deux origines

distinctes drsquoune part les perturbations de courant causeacutees par le passage dans les reacuteseaux

eacutelectriques des courants perturbateurs comme les courants harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et

reacuteactifs et drsquoautre part les perturbations de tension causeacutees par des tensions perturbatrices

comme les tensions harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et les creux de tension [8]

La qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique est consideacutereacutee comme une combinaison de la qualiteacute

de la tension et de la qualiteacute du courant Nous allons donc deacutefinir ces deux notions dans la

suite de ce paragraphe

I61) Qualiteacute de la tension

Dans la pratique lrsquoeacutenergie eacutelectrique distribueacutee se preacutesente sous la forme drsquoun ensemble

de tensions constituant un systegraveme alternatif triphaseacute qui possegravede quatre caracteacuteristiques

principales amplitude freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie [9]

I611) Amplitude

Lrsquoamplitude de la tension est un facteur crucial pour la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute Elle

constitue en geacuteneacuteral le premier engagement contractuel du distributeur drsquoeacutenergie

Habituellement lrsquoamplitude de la tension doit ecirctre maintenue dans un intervalle de plusmn 10

autour de la valeur nominale

Dans le cas ideacuteal les trois tensions ont la mecircme amplitude qui est une constante

Cependant plusieurs pheacutenomegravenes perturbateurs peuvent affecter lrsquoamplitude des tensions En

fonction de la variation de lrsquoamplitude on distingue deux grandes familles de perturbations

- Les creux de tension coupures et surtensions Ces perturbations se caracteacuterisent par des

variations importantes de lrsquoamplitude Elles ont pour principale origine des courts-circuits et

peuvent avoir des conseacutequences importantes pour les eacutequipements eacutelectriques

- Les variations de tension Ces perturbations se caracteacuterisent par des variations de

lrsquoamplitude de la tension infeacuterieure agrave 10 de sa valeur nominale Elles sont geacuteneacuteralement

dues agrave des charges fluctuantes ou des modifications de la configuration du reacuteseau

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

23

CHAPITRE I

I612) Freacutequence

Dans le cas ideacuteal les trois tensions sont alternatives et sinusoiumldales drsquoune freacutequence

constante de 50 ou 60 Hz selon le pays Des variations de freacutequence peuvent ecirctre provoqueacutees

par des pertes importantes de production de lrsquoicirclotage drsquoun groupe sur ses auxiliaires ou son

passage en reacuteseau seacutepareacute ou drsquoun deacutefaut dont la chute de tension reacutesultante entraicircne une

reacuteduction de la charge [9]

I613) Forme drsquoonde

La forme drsquoonde des trois tensions formant un systegraveme triphaseacute doit ecirctre la plus proche

possible drsquoune sinusoiumlde En cas de perturbations au niveau de la forme drsquoonde la tension

nrsquoest plus sinusoiumldale et peut en geacuteneacuteral ecirctre consideacutereacutee comme une onde fondamentale agrave

50Hz associeacutee agrave des ondes de freacutequences supeacuterieures ou infeacuterieures agrave 50 Hz appeleacutees

eacutegalement harmoniques Les tensions peuvent eacutegalement contenir des signaux permanents

mais non-peacuteriodiques alors deacutenommeacutes bruits

I614) Symeacutetrie

La symeacutetrie drsquoun systegraveme triphaseacute se caracteacuterise par lrsquoeacutegaliteacute des modules des trois

tensions et celle de leurs deacutephasages relatifs La dissymeacutetrie de tels systegravemes est

communeacutement appeleacute deacuteseacutequilibre [9]

I62) Qualiteacute du courant

La qualiteacute du courant est relative agrave une deacuterive des courants de leur forme ideacuteale et se

caracteacuterise de la mecircme maniegravere que pour les tensions par quatre paramegravetres amplitude

freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie Dans le cas ideacuteal les trois courants sont drsquoamplitude et

de freacutequence constantes deacutephaseacutes de 2π3 radians entre eux et de forme purement

sinusoiumldale

Le terme laquo qualiteacute du courant raquo est rarement utiliseacute car la qualiteacute du courant est

eacutetroitement lieacutee agrave la qualiteacute de la tension et la nature des charges Pour cette raison laquo la

qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique raquo est souvent reacuteduite agrave laquo la qualiteacute de la tension raquo [10]

Crsquoest lrsquoobjectif de ce meacutemoire ougrave le terme de laquo qualiteacute de lrsquoeacutenergie raquo srsquoapplique

uniquement agrave celle de la tension [13]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

24

CHAPITRE I

I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique

Le reacuteseau eacutelectrique peut ecirctre soumis agrave de multiples perturbations Ces deacutefauts qui

peuvent ecirctre mesureacutes gracircce agrave lrsquoutilisation de centrales de mesure peuvent endommager les

machines et fragiliser toutes les installations eacutelectriques

Il existe diffeacuterents types de perturbations les creux de tension les surtensions

passagegraveres les pheacutenomegravenes transitoires les deacuteseacutequilibres les distensions harmoniques ou

encore les entailles de commutations [11]

I71) Classification des perturbations eacutelectriques

I711) Creux de tension et coupures

Un creux de tension (figure I7) est une baisse brutale de la tension en un point drsquoun

reacuteseau drsquoeacutenergie eacutelectrique agrave une valeur comprise (par convention) entre 90 et 1 (CEI

61000-2-1 CENELEC EN 50160) ou entre 90 et 10 (IEEE 1159) drsquoune tension de

reacutefeacuterence (119880119903119890119891) suivie drsquoun reacutetablissement de la tension apregraves un court laps de temps compris

entre la demi-peacuteriode fondamentale du reacuteseau (10 ms agrave 50 Hz) et une minute

La tension de reacutefeacuterence est geacuteneacuteralement la tension nominale pour les reacuteseaux BT et la

tension deacuteclareacutee pour les reacuteseaux MT et HT

Une tension de reacutefeacuterence glissante eacutegale agrave la tension avant perturbation peut aussi ecirctre

utiliseacutee sur les reacuteseaux MT et HT eacutequipeacutes de systegraveme de reacuteglage (reacutegleur en charge) de la

tension en fonction de la charge Ceci permet drsquoeacutetudier (agrave lrsquoaide de mesures simultaneacutees dans

Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

25

CHAPITRE I

chaque reacuteseau) le transfert des creux entre les diffeacuterents niveaux de tension La meacutethode

habituellement utiliseacutee pour deacutetecter et caracteacuteriser un creux de tension est le calcul de la

valeur efficace laquo rms (12) raquo du signal sur une peacuteriode du fondamental toutes les demi-

peacuteriodes (recouvrement drsquoune demi-peacuteriode)

La figure (I8) montre les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension qui sont donc

bull sa profondeur ∆U (ou son amplitude U)

bull sa dureacutee ∆T deacutefinie comme le laps de temps

a) Origines des creux de tension et coupures

Les creux de tension et les coupures bregraveves sont principalement causeacutes par des

pheacutenomegravenes conduisant agrave des courants eacuteleveacutes qui provoquent agrave travers les impeacutedances des

eacuteleacutements du reacuteseau une chute de tension drsquoamplitude drsquoautant plus faible que le point

drsquoobservation est eacutelectriquement eacuteloigneacute de la source de la perturbation

Les creux de tension et les coupures bregraveves ont diffeacuterentes causes

bull des deacutefauts sur le reacuteseau de transport (HT) de distribution (BT et MT) ou sur

lrsquoinstallation elle-mecircme [9]

Les creux de tension et les coupures bregraveves sont causeacutes par des pheacutenomegravenes aleacuteatoires

Ces pheacutenomegravenes concernent soit le reacuteseau du distributeur soit le reacuteseau de lrsquoutilisateur [12]

Figure I8 Les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12)

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

26

CHAPITRE I

I712) Harmonique

Une harmonique (figure I9) est une composante sinusoiumldale drsquoune onde peacuteriodique ou

drsquoune quantiteacute posseacutedant une freacutequence qui est multiple entier de la freacutequence fondamentale

a) Inters harmoniques

Les inter-harmoniques sont des signaux de freacutequence non multiple de la freacutequence

fondamentale

b) Infra-harmoniques

Les infra harmoniques sont des signaux de freacutequence infeacuterieure agrave celle du fondamentale

c) Conseacutequences des harmoniques

Les courants harmoniques qui se propagent dans les reacuteseaux eacutelectriques deacuteforment

lrsquoallure du courant de la source et polluent les consommateurs alimenteacutes par les mecircmes

reacuteseaux On peut classer les effets engendreacutes par les harmoniques en deux types [8]

les effets instantaneacutes

les effets agrave terme

d) Les principales sources drsquoharmoniques

Ce sont des charges qursquoil est possible de distinguer selon leurs domaines industrielles

ou domestiques

Les charges industrielles

Eacutequipements drsquoeacutelectroniques de puissance variateurs de vitesse redresseurs agrave

diodes ou agrave thyristors onduleurs alimentations agrave deacutecoupage

Charges utilisant lrsquoarc eacutelectrique fours agrave arc machines agrave souder eacuteclairage

(lampes agrave deacutecharge tubes fluorescents) Les deacutemarrages de moteurs par

deacutemarreurs eacutelectroniques et les enclenchements de transformateurs de puissance

sont aussi geacuteneacuterateurs drsquoharmoniques (temporaires) [9]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

27

CHAPITRE I

I713) Surtensions

Ce pheacutenomegravene (figure I10) se produit lorsqursquoun composant eacutelectrique posseacutedant deux

bornes reccediloit une tension supeacuterieure agrave celle de la tension normale du circuit [13]

Les surtensions sont de trois natures

bull Temporaires (agrave freacutequence industrielle)

bull De manœuvre

bull Drsquoorigine atmospheacuterique (foudre)

Elles peuvent apparaicirctre

bull en mode diffeacuterentiel (entre conducteurs actifs phph ndash phneutre)

bull en mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) [10]

Figure I9 Harmoniques

Figure I10 Exemple de surtension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

28

CHAPITRE I

a) Origine ou causes des surtensions

Les orages sont des eacuteveacutenements tregraves habituels et aussi tregraves dangereux On estime que

sur notre planegravete se produisent simultaneacutement quelques 2000 orages et quenviron 100 coups

de foudre se deacutechargent sur la terre chaque seconde Au total cela repreacutesente environ 4000

orages quotidiens et 9 millions de deacutecharges atmospheacuteriques chaque jour

Au moment de lrsquoimpact la foudre provoque une impulsion de courant qui arrive agrave

atteindre des dizaines de milliers drsquoampegraveres Cette deacutecharge geacutenegravere une surtension dans le

systegraveme eacutelectrique qui peut provoquer des incendies la destruction de machines et la mort de

personnes [14]

I714) Variations et fluctuations de tension

Des variations rapides de tension reacutepeacutetitives ou aleacuteatoires (figure I11) sont provoqueacutees

par des variations rapides de puissance absorbeacutee ou produite par des installations telles que les

soudeuses fours agrave arc eacuteoliennes etc [15]

Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations

cycliques ou aleacuteatoires de lrsquoenveloppe drsquoune tension dont les caracteacuteristiques sont la

freacutequence de la variation et lrsquoamplitude

a) Origines des variations et fluctuations de tension

bull Les variations lentes de tension sont causeacutees par la variation lente des charges

connecteacutees au reacuteseau

bull Les fluctuations de tension sont principalement dues agrave des charges industrielles

rapidement variables comme les machines agrave souder les fours agrave arc les laminoirs

Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

29

CHAPITRE I

I715) Deacuteseacutequilibres

Dans un reacuteseau triphaseacute on a ideacutealement des amplitudes eacutegales de la tension et du

courant respectivement sur chacune des trois phases et un angle de phase de 120 degreacutes

Lorsque les tensions ou les courants preacutesentent une diffeacuterence drsquoamplitude il y a deacuteseacutequilibre

(figure I12) et cela peut causer des problegravemes pour les eacutequipements triphaseacutes brancheacutes au

reacuteseau Lrsquoimpact le plus courant du deacuteseacutequilibre est la surchauffe des eacutequipements et par

conseacutequent la deacutegradation de lrsquoisolation eacutelectrique et la reacuteduction de la dureacutee de vie

a) Origines de deacuteseacutequilibres

Les deacuteseacutequilibres de tension surviennent habituellement en preacutesence drsquoun deacuteseacutequilibre

des charges et de leurs appels de courant En effet toute charge triphaseacutee doit appeler un

courant identique sur chaque phase Quant aux charges monophaseacutees brancheacutees agrave un reacuteseau

triphaseacute on doit les reacutepartir le plus uniformeacutement possible entre les trois phases

De plus certains deacuteseacutequilibres de tension reacutesultent de lrsquoexploitation et de la nature des

eacutequipements du reacuteseau eacutelectrique [16]

I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations

La figure (I13) preacutesente une classification possible des diffeacuterents types de

perturbations Il est agrave noter qursquoaucune classification ne fait actuellement reacutefeacuterence et drsquoautres

notions peuvent ecirctre parfois utiliseacutees variations rapides de tension surtensions temporaires

etc Il faut noter eacutegalement que lrsquoimpact agrave long terme de ces diffeacuterents types de perturbations

sur la dureacutee de vie des appareils eacutelectriques reste aujourdrsquohui assez meacuteconnu Preacutecisons enfin

qursquoen langage courant le terme tension fait le plus souvent reacutefeacuterence agrave la valeur efficace de

Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

30

CHAPITRE I

lrsquoonde de tension ou agrave une moyenne de la valeur efficace sur une certaine dureacutee (pour une

onde imparfaitement peacuteriodique la valeur efficace nrsquoa de sens que localement pour un

intervalle de temps suffisamment court) et non agrave la valeur instantaneacutee de la tension (qui

oscille autour de 0 V avec une peacuteriode de 20 ms)

I72) Le systegraveme de protection

A lrsquoinstar des alternateurs des transformateurs et des lignes drsquoautres dispositifs

existent pour assurer non seulement un fonctionnement normal mais aussi la protection des

eacutequipements et du personnel drsquoexploitation du reacuteseau Cela englobe les transformateurs de

mesures les disjoncteurs les interrupteurs les sectionneurs les fusibles les eacuteclateurs et sont

directement relieacutes au reacuteseau Ces dispositifs permettent drsquointerrompre volontairement et agrave

Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

31

CHAPITRE I

tout moment la fourniture drsquoeacutenergie eacutelectrique mais aussi automatiquement agrave la survenance

drsquoune quelconque perturbation (deacutefaut) Les eacutequipements de controcircle associeacutes agrave ces dispositifs

ainsi que les relais de protection sont installeacutes dans des salles de controcircle [17]

I8) La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique de HT est une proprieacuteteacute dun systegraveme de puissance

qui lui permet de rester dans un eacutetat deacutequilibre dans des conditions normales de

fonctionnement et de retrouver un eacutetat acceptable deacutequilibre apregraves avoir eacuteteacute soumis agrave

une perturbation [18]

Une perturbation sur un reacuteseau peut ecirctre une manœuvre preacutevue comme lenclenchement

dune inductance shunt ou non preacutevue comme un court-circuit causeacute par la foudre entre une

phase et la terre par exemple Lors de la perturbation lamplitude de la tension aux diffeacuterents

jeux de barres du reacuteseau peut varier ainsi que la freacutequence La variation de la freacutequence est

due aux variations de la vitesse des rotors des alternateurs [19]

I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques

La stabiliteacute peut ecirctre eacutetudieacutee en consideacuterant la topologie du reacuteseau sous

diffeacuterents angles Lrsquoeacutetat de fonctionnement drsquoun reacuteseau eacutelectrique est deacutecrit selon des

grandeurs physiques telles que lamplitude et langle de phase de la tension agrave chaque bus et la

puissance active reacuteactive circulant dans chaque ligne et la vitesse de rotation de la

geacuteneacuteratrice synchrone Si elles ne sont pas constantes le reacuteseau eacutelectrique est consideacutereacute

comme eacutetant en perturbations [16]

La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee selon la nature de la perturbation

Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor

Stabiliteacute de la freacutequence

Stabiliteacute de la tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

32

CHAPITRE I

La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee en petite et grande amplitude de perturbation en

fonction de lrsquoorigine et de lampleur du deacutefaut Par rapport au temps deacutevaluation la

stabiliteacute peut ecirctre agrave courte ou agrave longue dureacutee tel qursquoil est deacutecrit dans la figure (I14)

I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire)

Dans un reacuteseau eacutelectrique la stabiliteacute de lrsquoangle du rotor est deacutefinie comme la capaciteacute

drsquoun ensemble de geacuteneacuteratrices synchrones interconnecteacutees de conserver le synchronisme

dans des conditions de fonctionnement normales ou apregraves une perturbation Un systegraveme

est instable si la diffeacuterence entre les angles rotoriques des geacuteneacuterateurs augmente

indeacutefiniment ou si loscillation transitoire provoqueacutee par une perturbation nest pas

suffisamment amortie dans le temps deacutevaluation

Lrsquoinstabiliteacute angulaire se manifeste sous forme drsquoun eacutecart croissant entre les angles

rotorique Une machine qui a perdu le synchronisme sera deacutebrancheacutee par une protection de

survitesse ou par une protection de perte de synchronisme ce qui met en danger lrsquoeacutequilibre

production consommation du systegraveme

Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique [18]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

33

CHAPITRE I

I8211) Stabiliteacute angulaire aux petites perturbations

Elle concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir le synchronisme en preacutesence

de petites perturbations comme une petite variation de la charge ou de geacuteneacuteration manœuvre

drsquoeacutequipement etc Lrsquoeacutevaluation de ce type de perturbation prend quelques secondes

a) La stabiliteacute statique

Apregraves le reacutegime transitoire ducirc agrave la perturbation le systegraveme entre dans le reacutegime

permanent Dans ce cas pour eacutetudier le systegraveme il faut eacutevaluer la stabiliteacute statique du reacuteseau

Le systegraveme nest pas stable si les contraintes de fonctionnement ne sont pas respecteacutees

Cet eacutetat est appeleacute lrsquoeacutetat instable ou leacutetat durgence

Dans un reacuteseau qui est dans leacutetat durgence les opeacuterateurs du centre de controcircle ont

suffisamment de temps pour ramener le systegraveme agrave leacutetat stable ou au reacutegime normal en

apportant des modifications suppleacutementaires [20]

b) Stabiliteacute dynamique

Si une perturbation mineure est effectueacutee sur le reacuteseau agrave partir dun reacutegime permanent

stable et que le reacuteseau retrouve son mode de fonctionnement normal en reacutegime permanent le

reacuteseau est dit dynamiquement stable Pour un reacuteseau deacutenergie eacutelectrique on entend par

perturbation mineure des manœuvres ou des opeacuterations normales sur le reacuteseau comme

lenclenchement dune inductance shunt ou des variations mineures de la charge

c) Stabiliteacute transitoire

Lorsquil y a une perturbation majeure sur le reacuteseau et que le reacuteseau retrouve son mode

de fonctionnement normal apregraves la perturbation alors le reacuteseau est dit transitoirement stable

Les perturbations majeures sont les courts-circuits les pertes de lignes les bris deacutequipements

majeurs comme les transformateurs de puissance et les alternateurs peuvent ecirctre tregraves graves

pouvant mecircme conduire agrave lrsquoeffondrement total du reacuteseau Si lrsquoinstabiliteacute se manifeste

directement suite agrave la perturbation (plus preacuteciseacutement dans la premiegravere La stabiliteacute transitoire

deacutepend de la relation non-lineacuteaire couples- angles Le pheacutenomegravene de la stabiliteacute transitoire

concerne les grandes perturbations telles que [15]

Les courts-circuits affectant un eacuteleacutement du reacuteseau notamment aux bornes des

machines

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

34

CHAPITRE I

La perte drsquoun ouvrage (eg une ligne de transmissionhellip)

La perte drsquoun groupe de production

Les conseacutequences de ces deacutefauts seconde qui suit lrsquoeacutelimination du deacutefaut) elle est

appeleacutee instabiliteacute de premiegravere oscillation (en anglais First Swing Instability) (cas 1 figure

I15) et elle srsquoeacutetend sur 3 agrave 5 secondes Elle peut reacutesulter de la superposition des effets de

plusieurs modes drsquooscillation lents exciteacutes par la perturbation provoquant ainsi une variation

importante de lrsquoangle de rotor au-delagrave de la premiegravere oscillation (instabiliteacute de multi

oscillations) (cas 2 figure I15) La gamme de temps associeacutee srsquoeacutetend de 10 agrave 20 secondes

[25]

I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire

En vue de son importance dans la planification la conception et lrsquoexploitation des

reacuteseaux drsquoeacutenergie eacutelectrique lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire reste un deacutefit majeur

pour les ingeacutenieurs pour eacuteviter tous eacuteveacutenement qui peut conduire vers un black out Les

solutions envisageables drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire se basent sur [8]

bull Augmentation de la constante drsquoinertie des geacuteneacuterateurs

bull Augmentation de la puissance active

bull Installation des protections et des appareils de coupure rapides

bull Implantation des valves rapides des turbines agrave gaz

bull Installation des reacutesistances drsquoamortissement

bull Utilisation des PSS

bull Controcircle rapide et flexible de lrsquoeacutecoulement de puissance

a- Stable

b- instable

Cas 1 instabiliteacute de premiegravere oscillation Cas 2 instabiliteacute de plusieurs oscillations

Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

35

CHAPITRE I

I822) Stabiliteacute de la freacutequence

La stabiliteacute de freacutequence concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir sa freacutequence

proche de la valeur nominale suite agrave un incident seacutevegravere ayant ou non conduit agrave un

morcellement du systegraveme La stabiliteacute de freacutequence est eacutetroitement lieacutee agrave lrsquoeacutequilibre global

entre la puissance active produite et consommeacutee [20]

I823) Stabiliteacute de tension

Dans des conditions de fonctionnement normales ou suite agrave une perturbation La

stabiliteacute de tension concerne la capaciteacute dun systegraveme de puissance agrave maintenir des tensions

acceptables en tous ses nœuds En fonctionnement normal lorsque nous connectons des

eacutequipements consommateurs agrave un reacuteseau eacutelectrique la tension au point de raccordement

tombe leacutegegraverement et la puissance totale consommeacutee augmente

Selon lrsquoamplitude de la perturbation on distingue la stabiliteacute de tension de

petites perturbations et celle de grandes perturbations [20]

Lrsquoinstabiliteacute reacutesultante peut se produire sous forme de chute progressive ou eacuteleacutevation de

la tension de quelques jeux de barres Les reacutesultats possibles de lrsquoinstabiliteacute de tension sont la

perte de la charge dans un secteur ou deacuteclenchement des lignes de transmission et mecircme

drsquoautres eacuteleacutements par leurs systegravemes de protection agrave des pannes en cascades Il est deacutemontreacute

que la majoriteacute des blackouts sont causeacutes par lrsquoinstabiliteacute de tension [8]

I8231) Instabiliteacute de la tension

On deacutefinit la stabiliteacute de la tension comme la capaciteacute de maintenir une tension de barre

constamment acceptable agrave chaque nœud du reacuteseau dans des conditions normales de

fonctionnement apregraves avoir subi une perturbation Leacutetat du reacuteseau est dit instable en tension

lorsquune perturbation un accroissement de la charge ou une modification de la condition du

reacuteseau entraicircne une chute de tension progressive et incontrocirclable de la tension aboutissent en

un effondrement geacuteneacuteraliseacute de la tension [16]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

36

CHAPITRE I

I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension

Les problegravemes drsquoapparition du pheacutenomegravene drsquoeacutecroulement de tension sont toujours lieacutes agrave

la difficulteacute de reacutegler la tension au dessus drsquoune certaine valeur appeleacutee tension critique

Geacuteneacuteralement lrsquoeffondrement de tension se produit dans les reacuteseaux eacutelectriques qui sont

fortement chargeacutes court-circuiteacutes etou ont un manque de puissance reacuteactive

I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites perturbations

La stabiliteacute de tension de petites perturbations concernes la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique

agrave maintenir la tension dans les limites permise en preacutesence de perturbations telles que une

variation faible de la charge de la production etc [18]

I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes perturbations

Elle est deacutefinie comme la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique agrave maintenir les tensions des

nœuds dans les limites de fonctionnement permise en preacutesence des grandes perturbations agrave

savoir la perte drsquoun eacutequipement de transport ou de production le court circuithellipetc [18]

Dans ce meacutemoire nous nous inteacuteressons seulement agrave la stabiliteacute de tension Une eacutetude

deacutetailleacutee sera preacutesenteacutee dans la section suivante

I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension

La plupart de ces changements ont des effets significatifs sur la production la

consommation et la transmission de puissance reacuteactive ainsi sur la stabiliteacute de tension Par

conseacutequent des mesures peuvent ecirctre utiliseacutees pour ameacuteliorer la stabiliteacute de tension tels que

- Un controcircle automatique des condensateurs shunts

- Un blocage des reacutegleurs en charge automatique

- Une nouvelle reacutepartition de la geacuteneacuteration

- Une replanification du fonctionnement des geacuteneacuterateurs et des nœuds de commande

- Une reacutegulation de tension secondaire

- Un plan de deacutelestage

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

37

CHAPITRE I

I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation

Dans la plupart du temps les sources drsquoeacutenergie eacutelectrique se trouvent loin des zones de

consommation Cette situation rend le transport de lrsquoeacutenergie reacuteactive tregraves difficile agrave cause des

pertes reacuteactives tregraves eacuteleveacutees Cette difficulteacute de transport drsquoeacutenergie reacuteactive augmente la

probabiliteacute drsquoapparition drsquoune instabiliteacute ou drsquoun effondrement de tension

I92) Charge appeleacutee trop importante

Lrsquoune des causes de lrsquoinstabiliteacute de tension correspond agrave une charge eacuteleveacutee Elle est

ducirce agrave lrsquoaugmentation croissante de la demande et agrave un large transfert drsquoeacutenergie entre

compagnies Une instabiliteacute de tension peut se produire en particulier lorsque la charge eacuteleveacutee

est plus importante que celle preacutevue et le risque est drsquoautant plus grand que la consommation

reacuteactive est eacutegalement plus grande que preacutevue [18]

I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport

Les planificateurs sont de plus en plus conscients des limites dutilisation des reacuteseaux de

transport et dinterconnexion La situation actuelle dans beaucoup de pays au monde est

caracteacuteriseacutee par les tendances suivantes

1 Augmentation de la consommation deacutelectriciteacute due agrave lindustrialisation agrave

lurbanisation et agrave la croissance de la population Avec laugmentation des transits

de puissance les reacuteseaux deviennent plus compliqueacutes agrave geacuterer subissent de grandes

variations de puissance et de grandes pertes Ceci fait que leur niveau de seacutecuriteacute

diminue

2 Contraintes eacutecologiques et administratives Le respect de lenvironnement joue un

rocircle important dans la socieacuteteacute actuelle et cest principalement pourquoi il est de

plus en plus difficile dobtenir des permis de construire pour de nouvelles lignes ou

pour limplantation de nouvelles centrales Dans laffirmative cela demande

plusieurs anneacutees

3 Contraintes opeacuterationnelles La demande de puissance a une croissance constante

mais geacuteographiquement irreacuteguliegravere Les centrales qui geacutenegraverent leacutenergie sont

souvent eacuteloigneacutees des charges importantes et la localisation des nouvelles centrales

deacutepend essentiellement dautorisations administratives et du respect de

lenvironnement

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

38

CHAPITRE I

Pour satisfaire la demande deacutenergie sous ces conditions contradictoires les services

publics font de plus en plus appel pour des problegravemes eacuteconomiques et dameacutelioration de la

seacutecuriteacute aux eacutechanges internationaux de puissance ce qui demande une interconnexion entre

des systegravemes preacutevus indeacutependants au deacutepart

Laugmentation du maillage associeacute au mode de transit libre de puissance agrave travers les

reacuteseaux deacuteveloppe des boucles de puissance et des lignes en parallegravele ce qui surcharge

certaines lignes avec pour conseacutequence de deacuteteacuteriorer le profil de tension et de diminuer la

stabiliteacute du reacuteseau Consideacuterant que les reacuteseaux de transport eacutelectrique repreacutesentent une

grande valeur eacuteconomique il faut essayer daller dans les directions suivantes

Ameacuteliorer lutilisation des eacutequipements existants en augmentant leur capaciteacute de

transfert de puissance Dun point de vue financier cela peut se reacuteveacuteler avantageux

Ameacuteliorer la flexibiliteacute des reacuteseaux car pouvoir changer rapidement leur

configuration permet une meilleure reacutepartition de la puissance particuliegraverement en cas de

perturbations ou de transferts de puissance impreacutevus [21]

I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Le transport de la puissance reacuteactive par les lignes eacutelectriques cause des pertes une

diminution de la stabiliteacute du reacuteseau et une chute de tension agrave son extreacutemiteacute Afin deacuteviter cela

de la compensation de puissance reacuteactive seacuterie ou shunt selon les cas est utiliseacute pour limiter

ce transport de puissance reacuteactive

Diffeacuterents appareils eacutelectriques peuvent servir agrave reacutealiser cette compensation (figure I16)

machines synchrones batteries de condensateurs inductance ou FACTS [22]

La compensation est une technique de la gestion drsquoeacutenergie reacuteactive afin drsquoameacuteliorer la

qualiteacute eacutenergeacutetique dans les reacuteseaux eacutelectriques agrave courant alternatif Elle peut se reacutealiser de

plusieurs maniegraveres ayant pour buts

La correction du facteur de puissance

Ameacutelioration de la reacutegulation de la tension

Equilibre des charges

Lrsquoaide au retour agrave la stabiliteacute en cas de perturbation [19]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

39

CHAPITRE I

En installant des dispositifs controcirclables comme le transport drsquoeacutenergie en courant

continu (High Voltage Direct Current HVDC) et les dispositifs FACTS (Flexible Alternating

Current Transmission System) Malgreacute le coucirct eacuteleveacute de cette solution mais vu lrsquoeacutevolution

reacutecente des reacuteseaux eacutelectriques et leurs contraintes cette solution est tregraves efficace

Lrsquoune des meacutethodes drsquoameacuteliorer la capaciteacute drsquoun systegraveme eacutelectrique agrave reacutesister contre les

grands incidents est drsquointeacutegrer des dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance (FACTS)

dans le reacuteseau de transport Lrsquoeacutetude lrsquoapport et lrsquoutilisation de ces dispositifs font lrsquoobjet de

ce meacutemoire

Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Compensation

traditionnelles

Les dispositifs FACTS

Compensateurs

synchrones Batteries de

condensateurs

Batteries de

condensateurs

HT et MT

Les inductances

les PSS (Power

System Stabiliser)

1er

geacuteneacuteration

2eme

geacuteneacuteration

3eme

geacuteneacuteratio

n

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

40

CHAPITRE I

I11) Conclusion

Ce chapitre nous a permis drsquoexposer des geacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriques en

mentionnant la structure et la topologie du reacuteseau ensuite on a parleacute sur lrsquointerconnexion entre

les pays du Maghreb et le reacuteseau Algeacuterien

Dans ce chapitre nous avons aussi preacutesenteacute les deacutefinitions et les caracteacuteristiques des

diffeacuterents types de stabiliteacute drsquoun systegraveme de puissance Le concept geacuteneacuteral de la stabiliteacute est

syntheacutetiseacute en trois groupes (stabiliteacute de lrsquoangle de rotor de la tension et de la freacutequence)

Les dispositifs FACTS sont capables de remplir diverses fonctions comme le maintien

de tension le controcircle des flux de puissance et aussi lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau

etc

Dans le chapitre suivant nous allons exposer le concept des FACTS le contexte

algeacuterien concernant ses dispositifs sera aussi abordeacute

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

41

CHAPITRE I

Chapitre 2

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

42

II1) Introduction

Avec le deacuteveloppement technologique et industriel que vie le monde entier la demande

en eacutenergie eacutelectrique est en augmentation continue et sans cesse Pour satisfaire ces besoins et

acheminer cette eacutenergie aux points de consommation disperseacutes sur un large espace

geacuteographique les reacuteseaux eacutelectriques ayant des capaciteacutes de transit limiteacute agrave cause des limites

thermique des lignes doivent seacutelargir et de nouvelles lignes dextension seront ajouteacutees Face

agrave ce problegraveme et devant les contraintes environnementale eacutecologique et eacuteconomique de

reconstructions de nouvelles lignes la compagnie ameacutericaine EPRI (Electric Power Research

Institue) a lanceacute en 1988 un projet drsquoeacutetude des systegravemes FACTS afin de mieux maicirctriser le

transit de puissance dans les lignes eacutelectriques et daugmenter leurs capaciteacutes de transfert Le

concept FACTS regroupe tous les dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance qui

permettent drsquoameacuteliorer lrsquoexploitation du reacuteseau eacutelectrique

Aussi ces reacuteseaux eacutelectriques de taille importantes seront confronteacutes par divers

problegravemes de fonctionnement agrave cause du controcircle traditionnel utilisant des systegravemes de

commande eacutelectromeacutecaniques de temps de reacuteponse lent par rapport agrave ces nouveaux systegravemes

FACTS agrave base dinterrupteurs statiques et de court temps de reacuteponse (moins dune seconde)

Aujourdhui cette technologie FACTS simpose pour les systegravemes eacutenergeacutetiques en

augmentant leurs capaciteacutes de transport en ameacuteliorant le controcircle des paramegravetres de ces

derniers donc leur assurer une flexibiliteacute du transfert de leacutenergie et ameacuteliorer sa stabiliteacute

Le concept FACTS (Flexible AC Transmission System) est neacute pour reacutepondre aux

diffeacuterentes difficulteacutes croissantes de transmission dans les reacuteseaux et surtout la maicirctrise de

transit de puissance (compensateur de puissance reacuteactive variateur de charge universelhellip)

ces dispositifs peuvent ameacuteliorer le comportement dynamique des reacuteseaux eacutelectriques [25]

II2) Le concept FACTS

Les problegravemes des reacuteseaux eacutenonceacutes ci ndashdessus devenant plus preacutesents drsquoanneacutee en

anneacutee EPRI (Electric Power Research Institute) qui repreacutesente un consortium deacutedieacute agrave la

recherche dans les reacuteseaux eacutelectriques et regroupant des compagnies drsquoeacutelectriciteacute ameacutericaines

a lanceacute en 1988 le concept FACTS (Flexible AC Transmission Systems) qui est un projet agrave

long terme La technologie FACTS utilise lrsquoeacutelectronique de puissance et plus particuliegraverement

des systegravemes agrave thyristors qui permettent drsquoobtenir des vitesses de commande nettement

supeacuterieures agrave celles des systegravemes meacutecaniques qui sont encore largement utiliseacutes et un niveau

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

43

de maintenance bien infeacuterieur car les systegravemes meacutecaniques srsquousent beaucoup plus rapidement

que les systegravemes statiques Parmi les systegravemes FACTS on cite [26]

Compensateur synchrone statique (lsquoSTATCOMrsquo Static Synchronous Compensator)

Static Synchronous Series Compensator (SSSC)

Le controcircleur de transit de puissance entre ligne IPFC (Interline Power Flow

Controller)

Face agrave la saturation des reacuteseaux de puissance les compagnies de distribution drsquoeacutenergie

eacutelectrique exploitent de plus en plus leurs reacuteseaux pregraves des limites de seacutecuriteacute (conduite aux

limites) Cette situation engendre des problegravemes drsquoexploitation notamment pour le controcircle

des flux de puissance le maintien drsquoun profil de tension acceptable la surveillance des reports

de chargehellipetc Agrave cet effet lrsquoaspect seacutecuriteacute prend une grande importance et des recherches

sont entreprises dans diffeacuterents pays pour trouver des moyens susceptibles drsquoameacuteliorer la

seacutecuriteacute et rendre lrsquoexploitation des reacuteseaux plus flexible

Ainsi plusieurs eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees pour connaitre les avantages lieacutes agrave lrsquoutilisation

des dispositifs FACTS dans les reacuteseaux pour

le support du profil de la tension

lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute statique et dynamique

lrsquoamortissement des oscillations subsynchrones

Ces avantages deacutecoulent principalement de lrsquoaugmentation des capaciteacutes de transit des

lignes existantes par un controcircle rigoureux des diffeacuterents variables du reacuteseau Pour fixer les

ideacutees nous pouvons prendre un exemple simple

Consideacuterons le transit de puissance sur une ligne agrave courant alternatif Cette ligne est

repreacutesenteacutee sur la figure (II1) les pertes eacutetant supposeacutees nulles la puissance transmise P est

fonction des amplitudes des tensions E1 et E2 aux extreacutemiteacutes de la ligne du deacutephasage 12057512

entre ces deux tensions et de lrsquoimpeacutedance x de la ligne comme le montre lrsquoeacutequation (II1)

1

Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif

x

p

1 2

119916120783

2 119916120784

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

44

119823 = 119812120783119812120784

119831 119852119842119847120517120783120784

Cette eacutequation montre que la puissance transmissible par une ligne est limiteacutee par les

paramegravetres eacutenonceacutes ci-dessus et pas forceacutement par sa limite thermique De plus il deacutecoule de

cette eacutequation que si lrsquoon peut reacutegler un deux ou les trois paramegravetres on controcircle alors le

transit de puissance dans la ligne [26]

Elle montre aussi quil est possible daugmenter la puissance transiteacutee entre deux

reacuteseaux soit en maintenant la tension des systegravemes soit en augmentant langle de transport

entre les deux systegravemes soit en reacuteduisant artificiellement limpeacutedance de la liaison En jouant

sur un ou plusieurs de ses paramegravetres les FACTS permettent un controcircle preacutecis des transits de

puissance reacuteactive une optimisation des transit de puissance active sur les installations

existantes et une ameacutelioration de la stabiliteacute dynamique du reacuteseau Ils permettent aussi aux

consommateurs industriels de reacuteduire les deacuteseacutequilibres de charges et de controcircler les

fluctuations de tensions creacuteeacutees par des variations rapides de la demande de puissance reacuteactive

et ainsi daugmenter les productions de reacuteduire les coucircts et dallonger la dureacutee de vie des

eacutequipements [27]

En effet les FACTS permettent de

ne pas transporter drsquoeacutenergie reacuteactive en la fournissant lagrave ougrave elle est demandeacutee

augmenter les puissances maximales transmissibles et donc les transferts de

puissance active

controcircler les flux de puissance pour la surcharge des lignes et le risque de

deacuteclenchement en cascade [26]

II21) Fonctionnement des FACTS

Un FACTS agit geacuteneacuteralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de

la puissance reacuteactive sur le reacuteseau Ceci a pour effet de modifier lamplitude de la tension agrave

son point de connexion et par conseacutequent la puissance active maximale transmissible

Les FACTS sont utiliseacutes aussi pour le filtrage des courants harmoniques et la

stabilisation de la tension Lordre de grandeur de la puissance dun FACTS va de

quelques MVA (Meacutega Volts Ampegraveres) agrave quelques centaines de MVA Ils sappliquent dans

deux secteurs principaux

(II1)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

45

Grand reacuteseaux de transmission

Pour ameacuteliorer le controcircle augmenter les capaciteacutes de transfert de puissance et assister

la reacutecupeacuteration du reacuteseau conseacutecutive agrave un deacutefaut dans les systegravemes de transmission AC

(Alternative Current)

Reacuteseaux Industriels

Pour ameacuteliorer la qualiteacute de la puissance fournie en un point preacutecis du reacuteseau AC en

preacutesence de fluctuations de charge eg compensation du flicker pour les fours agrave arc Gamme

de puissance infeacuterieure agrave celle dun reacuteseau de transmission

II22) Contexte algeacuterien

Depuis les anneacutees 2000 le deacuteveloppement du reacuteseau de transport drsquoeacutelectriciteacute fait partie

des prioriteacutes de lrsquoAlgeacuterie [26]

Le reacuteseau de transport algeacuterien est en phase drsquoexpansion car il doit reacutepondre agrave la forte

augmentation de la demande en eacutelectriciteacute (+ 5 agrave 7 par an) Les principaux besoins en

eacutelectriciteacute sont domestiques lieacutes

bull agrave lrsquoaccroissement de la population (celle-ci a plus que tripleacute en 50 ans et son

taux de croissance est actuellement estimeacute agrave 12 par an)

bull au changement des habitudes de consommation avec lrsquousage des appareils En

outre dans les anneacutees 90 peu drsquoinvestissements ont eacuteteacute entrepris sur le reacuteseau

eacutelectrique et celui-ci srsquoest deacutegradeacute

Au total depuis 2005 pregraves de 15 000 km de nouvelles lignes HT et THT ont eacuteteacute

reacutealiseacutes ou restent agrave construire

Le deacuteveloppement du reacuteseau de transport concerne agrave la fois le deacuteveloppement des

reacuteseaux hauts tension (60 et 220 000 Volts) et la creacuteation drsquoun reacuteseau agrave tregraves haute tension

(400 000 Volts)

Le deacuteveloppement du reacuteseau 400 000 Volts est mis en œuvre agrave la fois dans lrsquoaxe

bull Est-Ouest (interconnexions internationales avec le Maroc et la Tunisie)

bull Nord-Sud (raccordement des reacuteseaux du Sud jusqursquoalors le point trop isoleacute du reacuteseau

national)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

46

En 2002 un total de trois SVC (static var compensator) a eacuteteacute introduit dans le reacuteseau

national de la Sonelgaz un dispositif agrave la sous station de Naama et deux agrave Beacutechar (figure

II2)

Les trois SVC ont une classe identique -10+40Mvar agrave la tension 220 kV (figure II3) et

lrsquoune des plates- formes de ses trois SVC est montreacutee par la figure (II2) Le reacuteseau est

constitueacute drsquoune ligne de 500km sous une tension de 220kv Un seul circuit aeacuterien de la ligne

de transmission pour lrsquoalimentation de la charge eacuteloigneacutee dans la partie ouest du pays

Des productions locales de diesel et des turbines agrave gaz alimentent les charges locales de

Beacutechar depuis le deacutebut des anneacutees quatre vingt dix et elles ont eacuteteacute fermeacutees pendant lrsquoanneacutee

2002

Deux sous stations 22060 kV une intermeacutediaire (Naama) et une agrave la fin de la ligne

(Beacutechar) ont eacuteteacute eacutequipeacutees avec des SVC (figure II3) pour les objectifs suivants

bull Pour fournir au systegraveme de transmission le support en eacutenergie reacuteactive afin de

maintenir une tension stable pendant le fonctionnement normal et quotidien

bull Pour le rendement dynamique au cours du controcircle de la ligne 220 kV mise sous

tension ainsi pour le maintien drsquoune tension stable dans le systegraveme sous diverses

conditions drsquoexploitation En particulier pour preacutevenir lrsquoeffondrement de tension

(voltage collapse) et lrsquoinstabiliteacute du systegraveme pendant le transitoire et lrsquoeacutevolution

rapide des conditions de tension dans le systegraveme Les charges prisent hors reacuteseau

220 kV sont de lrsquoordre de 12 MVA agrave Naama et 35 MVA agrave Beacutechar

Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar [26]

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

47

II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS

La compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive au niveau des lignes de transmission permet la

reacutegulation du profil de la tension le long de ces lignes avec un bon controcircle de la puissance

active transmise Il est reconnu que la stabiliteacute peut ecirctre ameacutelioreacutee quelque soit son type si la

compensation reacuteactive du systegraveme de transmission varie rapidement Les meacutethodes de

compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive classiques se basent sur les batteries de condensateurs ou

les bobines fixes ou commandeacutees meacutecaniquement Ces meacutethodes sont non efficaces dans le

controcircle du reacuteseau eacutelectrique quand il est seacutevegraverement perturbeacute

Gracircce aux avanceacutees reacutecentes dans la technologie des IGBT et GTO le temps de reacuteaction

de ces dispositifs a diminueacute agrave quelques milli secondes Il est possible donc de reacutepondre agrave la

demande par lrsquoutilisation drsquoune compensation rapide en utilisant les dispositifs FACTS [31]

II3) Les dispositifs FACTS

Selon lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) la deacutefinition du terme

FACTS est la suivante Systegravemes de Transmission en Courant Alternatif comprenant des

dispositifs baseacutes sur leacutelectronique de puissance et dautres dispositifs statique utiliseacutes pour

accroicirctre la controcirclabiliteacute et augmenter la capaciteacute de transfert de puissance du reacuteseau

Avec leurs aptitudes agrave modifier les caracteacuteristiques apparentes des lignes les FACTS

sont capables daccroicirctre la capaciteacute du reacuteseau dans son ensemble en controcirclant les transits de

puissances Les dispositifs FACTS ne remplacent pas la construction de nouvelles lignes Ils

sont un moyen de diffeacuterer les investissements en permettant une utilisation plus efficace du

reacuteseau existant [28]

Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie [26]

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

48

II4) Classification des dispositifs FACTS

II41) Classification selon la geacuteneacuteration

Depuis les premiers compensateurs trois geacuteneacuterations de dispositifs FACTS ont vu le

jour Elles se distinguent par la technologie des semi-conducteurs et des eacuteleacutements de

puissance utiliseacutes

II411) Geacuteneacuteration I

Baseacutee sur les thyristors classiques Ceux-ci sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour enclencher

ou deacuteclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance reacuteactive dans les

transformateurs de reacuteglage

II412) Geacuteneacuteration II

Dite avanceacutee est neacutee avec lavegravenement des semi-conducteurs de puissance commander

agrave la fermeture et agrave louverture comme le thyristor GTO Ces eacuteleacutements sont assembleacutes pour

former les convertisseurs de tension ou de courant afin drsquoabsorber ou dinjecter des courants

(tensions) controcirclables dans le reacuteseau

II413) Geacuteneacuteration III

FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adapteacutee agrave chaque cas

Contrairement aux deux premiegraveres geacuteneacuterations celle-ci nutilisent pas des dispositifs

auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le reacuteseau

II42) Classification selon la cateacutegorie

Les dispositifs FACTS peuvent ecirctre classeacutes en trois cateacutegories figure (II4)

Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie

Dispositifs FACTS

Compensateurs shunt

Compensateurs seacuteries

Compensateurs hybrides

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

49

II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS

Le but de cette section est de donner une description bregraveve et de deacutefinir diffeacuterent shunt

seacuterie et combineacutes seacuterie-shunt dispositifs FACTS nous allons utiliser les termes et les

deacutefinitions drsquoIEEE [26]

a) Dispositifs FACTS Shunt

Compensateur statique de puissance reacuteactive (Static Var Compensator- SVC)

Un geacuteneacuterateur (ou absorbeur) statique drsquoeacutenergie reacuteactive shunt dont la sortie est ajusteacutee

en courant capacitif ou inductif afin de controcircler des paramegravetres speacutecifiques du reacuteseau

eacutelectrique typiquement la tension des nœuds Les sous-ensembles du SVC sont

Inductance Controleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Reactor-

TCR)

Une inductance placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele La valeur de

lrsquoinductance est continuellement changeacutee par lrsquoamorccedilage des thyristors

Condensateur Commuteacute par Thyristors (Thyristor-Switched

Capacitor- TSC)

Un condensateur placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele Les

thyristors fonctionnent en pleine conduction

Inductance Commuteacutee par Thyristors (Thyristor-Switched Reactor-

TSR)

Une inductance commuteacutee par thyristors dans le TSR les thyristors fonctionnent en

pleine conduction

Compensateur Statique Synchrone (Static Synchronous Compensator-

STATCOM)

Un geacuteneacuterateur synchrone fonctionnant comme un compensateur parallegravele de lrsquoeacutenergie

reacuteactive dont le courant capacitif ou inductif geacuteneacutereacute peut ecirctre controcircleacute seacutepareacutement de la

tension du systegraveme agrave courant alternatif

Geacuteneacuterateur Statique Synchrone (Static Synchronous Generator- SSG)

Un convertisseur de puissance statique agrave interrupteurs auto commuteacutes alimenteacute par une

source deacutenergie eacutelectrique approprieacutee et exploiteacute pour produire un ensemble ajustables de

tensions de sortie multi phases qui peut ecirctre coupleacute agrave un systegraveme de puissance alternatif dans

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

50

le but deacutechanger indeacutependamment la puissance controcirclable active et reacuteactive

Toutefois deux dispositifs particuliers peuvent ecirctre mis en eacutevidence

Systegraveme de Stockage par Batterie (Battery Energy Storage System-

BESS)

Un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie drsquoune source de nature chimique la conversion de la

tension de source est capable drsquoajuster rapidement lrsquoeacutenergie amont qui est fournit ou absorber

drsquoun systegraveme alternatif

Systegraveme de Stockage drsquoEacutenergie par Aimant Supraconducteur

(Superconducting Magnetic Energy Storage- SMES)

Un dispositif contenant des convertisseurs eacutelectroniques que rapidement injectent et ou

absorbent la puissance active et ou reacuteactive Le SMES sert principalement au controcircle

dynamique du flux de puissance dans les systegravemes eacutelectriques

Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var Generator

or Absorber- SVG)

Un dispositif eacutelectrique statique un eacutequipement ou un systegraveme qui est capable de tracer

un courant controcircleacute capacitif et ou inductif agrave partir dun systegraveme de puissance eacutelectrique et

ainsi geacuteneacuterer ou absorber la puissance reacuteactive Geacuteneacuteralement consideacutereacute pour consister en

connexion shunt Inductance controcircleacutee par thyristors etou condensateur commuteacute par

thyristors

Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var System- SVS)

Une combinaison de diffeacuterent compensateurs de puissance reacuteactive statiques et

meacutecaniquement commuteacutes dont les sorties sont coordonneacutes

Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Braking

Resistor- TCBR)

Une reacutesistance commuteacutee par thyristors et connecteacutee en parallegravele qui est controcircleacutee pour

aider le systegraveme de puissance agrave se stabiliser ou de minimiser lacceacuteleacuteration des puissances

drsquoune uniteacute geacuteneacuteratrice lors dune perturbation

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

51

b) Dispositifs FACTS seacuteries

La compensation seacuterie peut ecirctre utiliseacutee dans les systegravemes eacutenergeacutetiques pour la

commande du flux drsquoeacutenergie en reacutegime permanent En cas de lignes de transport avec une

capaciteacute thermique suffisante la compensation peut soulager des surcharges eacuteventuelles

sur drsquoautres lignes parallegraveles

Controcircleur de transit de puissance entre lignes (Interline Power Flow Controller-

IPFC)

Une combinaison de deux ou plusieurs compensateurs statiques seacuterie synchrone qui sont

relieacute entre eux via une liaison commune agrave courant continu pour faciliter lrsquoeacutecoulement

bidirectionnel de la puissance active entre les bornes alternatives des SSSC et sont controcircleacutes

pour fournir une compensation reacuteactive indeacutependante pour lrsquoeacutecoulement de puissance ajusteacute

dans chaque ligne et maintenir la distribution de lrsquoeacutecoulement de puissance reacuteactive deacutesireacute

entre les lignes

Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (Thyristor Controlled Series

Capacitor- TCSC)

Un compensateur agrave reacuteactance capacitif qui consiste en une seacuterie de condensateurs en

parallegravele avec des inductances commandeacutees par thyristor afin de pouvoir assurer une variation

homogegravene de la reacuteactance capacitive

Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (Thyristor Switched Series

Capacitor- TSSC)

Compensateur agrave reacuteactance capacitive qui est constitueacute drsquoun banc de capaciteacute seacuterie

shunteacute par une inductance commuteacutee par thyristor pour fournir un controcircle pas agrave pas de la

reacuteactance capacitive seacuterie

Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Series

Reactor- TCSR)

Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute de lrsquoinductance seacuterie shunteacute par

une inductance commandeacutee par thyristor afin de fournir une reacuteactance inductive seacuterie

leacutegegraverement variable

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

52

Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (Thyristor Switched Series Reactor-

TSSR)

Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute drsquoune inductance seacuterie shunteacutee par

une inductance commuteacutee par thyristor afin de fournir un controcircle pas agrave pas de la reacuteactance

inductive seacuterie

Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (Static Synchronous Series

Compensator- SSSC)

Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par

lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur Le SSSC agit sur le courant de ligne en inseacuterant une

tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou inductive Un

SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une ligne voire drsquoen

inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun condensateur ou

drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait que la tension

injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC preacutesente lrsquoavantage

de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante indeacutependamment du courant

c) Dispositifs FACTS hybrides (seacuterie ndashparallegravele)

Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (Unified Power Flow Controller- UPFC)

Une combinaison entre un STATCOM et un SSSC coupleacutes via une liaison agrave courant

continu pour permettre un eacutecoulement bidirectionnel de la puissance active entre la sortie du

SSSC et celle du STATCOM

Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Phase

Shifting Transformer- TCPST)

Transformateur deacutephaseur ajusteacute par un thyristor afin de fournir un angle de phase

rapidement variable Ce dispositif est eacutegalement appeleacute reacutegulateur drsquoangle de phase

commandeacute par thyristor (TCPAR -Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)

Reacutegulateur de puissance interphases (Interphase Power Controller- IPC)

Un controcircleur de la puissance active et reacuteactive connecteacute en seacuterie et comprenant dans

chaque phase des branches inductives et capacitives soumises agrave des tensions deacutephaseacutees

seacutepareacutement Les puissances active et reacuteactive peuvent ecirctre reacutegleacute indeacutependamment en ajustant

les deacutecalages de phase et ou les impeacutedances de branche agrave laide des commutateurs

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

53

meacutecaniques ou eacutelectroniques Dans le cas particulier ougrave lrsquoimpeacutedance inductive et capacitive

forment une paire conjugueacutee chaque terminal de lIPFC est une source passive de courant

deacutependant de la tension agrave lautre borne

d) Autres dispositifs FACTS

Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled voltage

Limiter- TCVL)

Une varistance agrave oxyde meacutetallique commuteacutee par thyristor utiliseacutee pour limiter la

tension agrave ses bornes durant les conditions transitoires

Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Voltage

Regulator- TCVR)

Un Transformateur commandeacute par thyristor qui peut fournir une tension variable dans

une phase avec un control continu

La figure (II5) preacutesente les diffeacuterents dispositifs qui peuvent controcircler certains variables

du systegraveme eacutelectrique

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

54

Dans la section qui suit nous allons deacutevelopper la preacutesentation du STATCOM et du

SSSC Il srsquoagit des dispositifs FACTS qui nous inteacuteresse particuliegraverement dans cette eacutetude et

que nous devons traiter pour une meilleure compreacutehension de la suite de ce meacutemoire

II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors

a) Dispositifs FACTS Shunt

Compensateur synchrone statique(STATCOM)

Un compensateur synchrone statique est constitueacute drsquoun convertisseur agrave source de

tension drsquoun transformateur de couplage et de la commande Dans cette application la source

drsquoeacutenergie agrave courant continue peut ecirctre remplaceacutee par un condensateur agrave courant

FACTS

Shunt

Thyristors GTO

Series

Thyristors GTO

Hybrides

Serie-Shunt

Autres FACTS

TCSC

TSSSC

GCSC

TCSR

IPFC

TSSR

SSSC

STATCOM

SSG

BESS

SMES SVC

TCR

TSC

TCBR

SVS

TSR

UPFC

TCPST

IPC

TCVR

TCPAR

TCPSR

TCVL

Figure II5 Classification des dispositifs FACTS

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

55

continue de sorte que lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie en reacutegime permanent entre le compensateur

statique et le systegraveme ca peut ecirctre uniquement reacuteactif comme illustreacute par la figure (II6)

119868119902 (est le courant de sortie du convertisseur) perpendiculaire agrave la tension du convertisseur

119881119894 (Lrsquoamplitude de la tension du convertisseur) et donc la sortie reacuteactive du convertisseur

sont reacuteglables [27]

Le convertisseur STATCOM

Produit les ondes rectangulaires de tension triphaseacutee eacutequilibreacutee Un compensateur

statique pouvant geacuteneacuterer ou absorber une puissance reacuteactive Il sagit du STATCOM

(Compensateur Statique) qui a connu jusqursquoagrave preacutesent sous diffeacuterents appellations

1 ASVC (Advanced Static Var Compensator)

2 STATCON (Static Condenser)

3 SVG (Static Var Generator)

4 SVC light (ABB)

5 SVC plus (SIEMENS)

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

nrsquoest que dans les anneacutees 90 que ce type de compensateur a connu un essor important gracircce

aux deacuteveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [27]

Le STATCOM possegravede plusieurs avantages par rapport aux compensateurs

conventionnels

La vitesse de reacuteaction la reacuteponse en moins drsquoun cycle agrave des variations de la

tension

Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

56

Lorsque la tension est basse il peut produire plus de puissance reacuteactive

notamment au moment ougrave lrsquoon a besoin drsquoune puissance reacuteactive consideacuterable

pour empecirccher la chute tension

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

utiliser pour reacutesoudre ce problegraveme des compensateurs multi-niveaux agrave commande MLI ou

encore installer des filtres

Le rocircle du STATCOM est drsquoeacutechanger de lrsquoeacutenergie reacuteactive avec le reacuteseau Pour ce

faire lrsquoonduleur est coupleacute au reacuteseau par lrsquointermeacutediaire drsquoune inductance qui est en geacuteneacuteral

lrsquoinductance de fuite du transformateur de couplage

Lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie reacuteactive se fait par le controcircle de la tension de sortie de

lrsquoonduleur 119881119904ℎ dont laquelle est en phase avec la tension du reacuteseau (Figure II7) Le

fonctionnement peut ecirctre deacutecrit de la faccedilon suivante

Si la tension 119881119904ℎ est infeacuterieure agrave la tension V le courant circulant dans lrsquoinductance est

deacutephaseacute de-π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant inductif (figure

II7a)

Si la tension119881119904ℎ est supeacuterieur agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est deacutephaseacute

de +π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant capacitif (figure II7b)

Si la tension 119881119904ℎ est eacutegale agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est nul et par

conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutechange drsquoeacutenergie

Lrsquoavantage de ce dispositif est de pouvoir eacutechanger de lrsquoeacutenergie de nature inductive ou

capacitive uniquement agrave lrsquoaide drsquoune inductance Contrairement au SVC il nrsquoy a pas

drsquoeacuteleacutement capacitif qui puisse provoquer des reacutesonances avec des eacuteleacutements inductifs du

119881119904ℎ

119881119904ℎ

119868119904ℎ V

V

a) Courant inductif b) Courant capacitif

Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM

119868119904ℎ

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

57

reacuteseau La caracteacuteristique statique de ce convertisseur est donneacutee par la figure (II8) Ce

dispositif a lrsquoavantage contrairement au SVC de pouvoir fournir un courant constant

important mecircme lorsque la tension V diminue

Le STATCOM permet le mecircme controcircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce

dispositif est capable de deacutelivrer la puissance reacuteactive mecircme si la tension au jeu de barres

(nœud de connexion) est tregraves faible dapregraves sa caracteacuteristique on constate que le courant

maximal du STATCOM est indeacutependant de la tension du nœud

Pour un STATCOM ideacuteal nayant pas des pertes actives leacutequation (II2) deacutecrit le

transfert de puissance reacuteactive dans le reacuteseau eacutelectrique [5]

119876119904ℎ =|⋁ 2

119896 |

Xshminus

|Vk||Vsh|

Xshcos( 120579119896 minus 120579119904ℎ) =

|⋁ 2119896 |minus

Xsh

|Vk||Vsh|

Xsh

Si |119881119896| gt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne positive et le STATCOM absorbe la puissance reacuteactive

Si |119881119896| lt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne neacutegative et le STATCOM fournie la puissance reacuteactive

Deacutepassement

transitoire en

fonctionnement

Deacutepassement

transitoire en

fonctionnement

Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM

119868119904ℎ

119868119898119886119909 119868119898119894119899

Capacitif Inductif

V

(II2)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

58

b) Dispositifs FACTS Seacuteries

Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC)

Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par

lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur (figure II9) Le SSSC agit sur le courant de ligne en

inseacuterant une tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou

inductive Un SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une

ligne voire drsquoen inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun

condensateur ou drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait

que la tension injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC

preacutesente lrsquoavantage de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante

indeacutependamment du courant [26]

Ce type de compensateur seacuterie (Compensateur Synchrone Statique Seacuterie) est le plus

important dispositif de cette famille Il est constitueacute drsquoun onduleur triphaseacute coupleacute en seacuterie

avec la ligne eacutelectrique agrave laide dun transformateur Ce dispositif possegravede des avantages si

lrsquoon compare avec le TCSC

Elimination des composants passifs (inductance et capaciteacutes)

Une aptitude symeacutetrique dans les deux modes (inductif et capacitif)

Son rocircle est drsquointroduire une tension triphaseacutee agrave la freacutequence du reacuteseau en seacuterie avec la

ligne de transport

Figure II9 Scheacutema de base du SSSC

Transformateur

seacuterie

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

59

Nous pouvons dans ce cas reacutegler continuellement la valeur apparente de la capaciteacute ou

de lrsquoinductance ainsi introduite dans la ligne Lrsquoavantage de ce dispositif est de ne pas

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

Cela eacutevite lapparition des oscillations dues agrave la reacutesonance avec les eacuteleacutements inductifs du

reacuteseau La caracteacuteristique statique drsquoun Compensateur Synchrone Statique Seacuterie est preacutesenteacutee

par la figure (II10)

Si lon utilise un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie le SSSC peut agrave ce moment lagrave eacutechanger

de la puissance active avec la ligne eacutelectrique Ceci peut contribuer agrave ameacuteliorer la stabiliteacute du

reacuteseau Dans ce cas la tension 119881119887 nrsquoest pas obligatoirement en quadrature avec le courant de

ligne

Principe de fonctionnement de SSSC

Le SSSC injecte en seacuterie une tension alternative avec une amplitude et un angle de

phase reacuteglable dans la ligne de transport agrave lrsquoaide drsquoun transformateur seacuterie Le SSSC peut

produire ougrave absorber de la puissance reacuteactive suivant la commande de convertisseur statique

il permet drsquoassurer une compensation shunt indeacutependante agrave la ligne de transport Il fourni ou

absorbe la puissance reacuteactive neacutecessaire localement et produit de la puissance active comme

reacutesultat de lrsquoinjection en seacuterie drsquoune tension [21]

Le principe de fonctionnement peut ecirctre expliqueacute par la figure (II11)

Figure II10 Caracteacuteristique statiques du SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

60

Le SSSC deacutelivre une tension triphaseacutee 119881119904119890 agrave la freacutequence du reacuteseau en quadrature (

90 ) avec le courant de la ligne et controcirclable afin daugmenter ou diminuer la tension agrave

travers la ligne repreacutesenteacutee par sa reacuteactance 119883119897 selon le mode de compensation capacitif ou

inductif respectivement (figure II12) mais comme la reacuteactance de la ligne ne varie pas

reacuteellement cest le courant dans la ligne qui sera affecter par cette variation et par

conseacutequence les puissances correspondante

Ideacutealement la tension 119881119904119890 est agrave 90 du courant de la ligne ce qui fait quaucun eacutechange

de la puissance active nrsquoest entre le reacuteseau et le SSSC Pratiquement il y a toujours une petite

composante de cette tension 119881119904119890 en phase avec le courant 119868119897 qui geacutenegravere une petite quantiteacute de

la puissance active pour couvrir les pertes dans le convertisseur

On peut expliquer les diffeacuterents modes de compensation capacitive et inductive en ce

reacutefeacuterant aux diagrammes vectoriels de la figure (II13) qui suit en admettant le scheacutema

eacutequivalent dun SSSC installeacute dans un reacuteseau eacutelectrique simple repreacutesenteacute sur la figure (II12)

Figure II11 Principe de fonctionnement de SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

61

bull

Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du

reacuteseau

Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du

reacuteseau (eacutetat deacutequilibre) la tension au borne de la reacuteactance effective 119881119909119890119891119891

est eacutegale agrave la tension aux bornes de la ligne de transport sans compensation

la ougrave le degreacute de compensation K est nul K = 119881119902

119881119894 x 100 avec 119883119902 =

119881119902

119868119894

Dans le mode de compensation inductif le courant de la ligne 119868119897 diminue en

augmentant le degreacute de compensation K de 0 agrave 100 Du diagramme (b)

on voit que pour maintenir 119881119904 119881119903 et constants la variation dans

lamplitude de 119881119904119890 se reacutepercute directement sur la tension 119881119897 et chaque

Figure II12 Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple

Figure II13 Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

62

augmentation dans 119881119904119890 entraicircne une diminution dans 119881119897 et par conseacutequence

dans le courant 119868119897

En mode capacitif le courant dans la ligne augmente avec laugmentation du

niveau de compensation la tension 119881119904119890 injecteacutee en anti-phase avec la tension

119881119897 (- 90deg en arriegravere du courant 119868119897 ) force la tension 119881119897 agrave augmenter pour

garder langle de charge constant ainsi que les tensions aux extreacutemiteacutes de la

ligne (figure II12c) [37]

II6) Coucirct des dispositifs FACTS [29]

Mis agrave part les avantages techniques apporteacutes par les FACTS drsquoautres critegraveres lieacutes au

coucirct doivent ecirctres pris en consideacuteration dans la deacutecision drsquoinstaller un dispositif Sur le plan

eacuteconomique le critegravere geacuteneacuteralement adopteacute dans lrsquoeacutevaluation des beacuteneacutefices obtenus par un

FACTS est que lrsquoaccroissement des revenues doit exceacuteder les coucircts drsquoexploitations de

maintenance et drsquoamortissement de lrsquoinstallation

Le coucirct drsquoune installation FACTS deacutepend principalement des facteurs tels que

Les performances requises

La puissance de lrsquoinstallation

Le niveau de tension du systegraveme

La technologie du semi-conducteur utiliseacute

Controcircleurs FACTS Coucirct (US$)

Condensateur Shunt 8$Kvar

Condensateur Seacuterie 20$ Kvar

SVC 40$Kvar

TCSC 40$Kvar

STATCOM 50$Kvar

UPFC Partie Seacuterie 50$Kvar

UPFC Partie Shunt 50$Kvar

Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

63

II7) Synthegravese des dispositifs FACTS

Les diffeacuterents dispositifs FACTS preacutesenteacutes dans ce chapitre possegravedent tous leurs propres

caracteacuteristiques tant en reacutegime permanent quen reacutegime transitoire Chaque type de dispositif

sera donc utiliseacute pour reacutepondre agrave des objectifs bien deacutefinis Des consideacuterations eacuteconomiques

entreront eacutegalement dans le choix du type dinstallation agrave utiliser Le tableau (II2) syntheacutetise

les principaux beacuteneacutefices techniques des nouvelles technologies de FACTS Le nombre +

est proportionnel agrave lefficaciteacute du dispositif

II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie

des dispositifs FACTS [29]

A Les avantages des dispositifs FACTS

Controcircle le transit de la puissance active

Augmente la seacutecuriteacute des systegravemes eacutenergeacutetiques (augmentation de la limite de la

stabiliteacute transitoire amortissement des oscillations hellip)

Reacuteduit le transit de lrsquoeacutenergie reacuteactive

Optimise les puissances geacuteneacutereacutees donc reacuteduit le coucirct de production de lrsquoeacutenergie

Agir comme filtre actif

Ameacutelioreacutee lrsquointerconnexion et lrsquoeacutechange eacutenergeacutetique

Dispositif

Controcircle du

transit de

puissance

Controcircle

de la

tension

Stabiliteacute

transitoire

Stabiliteacute

statique

STATCOM + +++ ++ ++

SSSC ++ + +++ ++

IPFC +++ ++ +++ ++

Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS [14]

+ Petite ++ Moyenne +++Forte

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

64

B Les inconveacutenients

Lrsquointroduction des harmoniques du reacuteseau eacutelectrique ce qui le rend pollueacute cest-agrave- dire le

signal sera tendu et non sinusoiumldale Il rend le reacuteseau vulneacuterable agrave la surtension ducirce aux

commutations reacutepeacutetitives

C Les contraintes des dispositifs FACTS

Les dispositifs FACTS sont consideacutereacutes comme des solutions pour aider les systegravemes

eacutelectriques mais ils preacutesentent des inconveacutenients en plus qursquoils ne sont pas une solution

universelle ils existent plusieurs contraintes pour que ces dispositifs soient efficaces et

rentables [30]

o Le choix du FACTS

o Le choix du modegravele du FACTS

o Choix de la localisation des FACTS

o Protection pour les FACTS et pour le reacuteseau

o Interactions entre les dispositifs FACTS et les autres eacuteleacutements

Nous avons deacutecideacute pour la suite de notre travail de ne pas eacutetudier lrsquoimpact de chaque

cateacutegorie des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique Notre choix srsquoest porteacute sur lrsquoeacutetude du

Compensateur Statique Synchrone (STATCOM) et du Conpensateur statique seacuterie

synchrone (SSSC)Il nous a sembleacute raisonnable drsquoessayer drsquoanalyser lrsquoimpact de la

compensation shunt et de la compensation seacuterie de faccedilon seacutepareacutee avant de regrouper lrsquoeacutetude

de ces concepts FACTS agrave lrsquoaide de la compensation hybride

II9) Conclusion

Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre en premier lieu le concept FACTS ainsi nous

avons donneacute une bregraveve description et des deacutefinitions des divers types de dispositifs FACTS

Cette description est adopteacutee comme classification universelle des systegravemes FACTS La

plupart dentre eux sont deacutejagrave en service dans la pratique Si aujourdhui les FACTS sont encore

peu utiliseacutes par rapport agrave leur potentiel les eacutevolutions techniques de leacutelectronique de

puissance vont rendre les solutions FACTS de plus en plus compeacutetitives face aux

renforcements des reacuteseaux le contexte algeacuterien a eacuteteacute abordeacute ainsi que la conception et le

fonctionnement des 2 dispositifs retenus pour cette eacutetude

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

65

Nous avons choisi deacutetudier le STATCOM et le SSSC comme dispositifs FACTS pour

controcircler et ameacuteliorer la tension et la puissance reacuteactive Le chapitre suivant (chapitre III) sera

deacutedieacute agrave la modeacutelisation des systegravemes FACTS

66

Chapitre 3

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

67

Dans le but drsquoeacutetudier lrsquoimpact des FACTS sur lrsquoameacutelioration de tension des reacuteseaux

eacutelectriques des modegraveles approprieacutes sont neacutecessaires agrave deacutevelopper Nous tenons agrave mentionner

que plusieurs logiciels incorporent ces modegraveles Dans ce chapitre nous allons preacutesenter les

modegraveles matheacutematiques du STATCOM et du SSSC retenus au chapitre II

III1) Introduction

Pour pouvoir observer limpact des dispositifs FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique il est

neacutecessaire de les repreacutesenter par des modegraveles Ceux-ci sont ensuite inteacutegreacutes dans des

programmes de calcul permettant de simuler leurs effets sur lensemble du systegraveme

Plusieurs modegraveles de FACTS ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes tant pour des reacutegimes de

fonctionnement stationnaire que dynamique Certains modegraveles sont speacutecifiques agrave un type de

dispositif alors que dautres plus geacuteneacuteraux sont utiliseacutes pour repreacutesenter plusieurs FACTS

Dans le cadre de ce meacutemoire et plus preacuteciseacutement le chapitre quatre cest lrsquoimpact des

dispositifs FACTS sur le reacuteseau de transport qui est eacutetudieacute Dans ce contexte nous nous

restreignons agrave leacutetude de lrsquoeffondrement de tension et plus particuliegraverement aux effets des

FACTS sur la stabiliteacute des tensions

La modeacutelisation des FACTS est effectueacutee sur la base des eacuteleacutements utiliseacutes dans les

calculs de lrsquoeacutecoulement de puissance Ce sont plus particuliegraverement les geacuteneacuterateurs les

charges les eacuteleacutements shunt ainsi que les lignes et les transformateurs

III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS [26]

III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs

Les geacuteneacuterateurs sont des eacuteleacutements qui permettent la conversion de leacutenergie (meacutecanique

photonique chimique) vers une forme eacutelectrique Ils peuvent fournir ou consommer de

leacutenergie active ou reacuteactive et ils peuvent maintenir un niveau de tension deacutesireacutee

Un geacuteneacuterateur peut ecirctre consideacutereacute comme une source de puissance active et reacuteactive qui

peut maintenir une tension de consigne Agrave cause de facteurs comme la limite thermique du

rotor celle du stator et la limite de stabiliteacute au reacutegime permanent le fonctionnement dun

geacuteneacuterateur est limiteacute en puissance active ainsi quen puissance reacuteactive Ainsi un geacuteneacuterateur

peut ecirctre modeacuteliseacute dans le calcul drsquoeacutecoulement de puissance par le scheacutema de la figure (III1)

Dans lrsquoanalyse de lrsquoeacutecoulement de puissance les geacuteneacuterateurs sont modeacuteliseacutes comme des

injecteurs de courants La puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur est reacutegleacutee agrave travers le

controcircle de la turbine qui doit ecirctre dans les limites de la capaciteacute du systegraveme turbine

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

68

geacuteneacuterateur La tension est lieacutee principalement agrave lrsquoinjection de la puissance reacuteactive au jeu de

barres de production et comme le geacuteneacuterateur doit fonctionner dans les limites de sa courbe de

capaciteacute reacuteactive il nrsquoest pas possible de reacutegler la tension en dehors de certaines limites

admissibles

Avec

Si Puissance apparente complexe

PGi Puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i

QGi Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i

V i Tension complexe au nœud i

δi Deacutephasage de la tension au nœud i

Les limites de production des geacuteneacuterateurs sont deacutefinies par

PGimin le PGi le PGimax

QGimin le QGi le QGimax

Dans les calculs de transit de puissance la puissance PGi est prise constante et la

tension V i peut ecirctre maintenue en module agrave une valeur consigne constante La phase δi et la

puissance reacuteactive quand agrave elles deacutependent de leacutetat du reacuteseau Lorsque QGi deacutepasse une de ces

limites sa valeur est fixeacutee agrave cette valeur limite et la tension ne peut plus ecirctre controcircleacutee Le

nœud nest plus consideacutereacute comme geacuteneacuterateur mais comme une charge

120575119894

119878119894 i 119881 119894

119875119866119894 119876119866119894

119876119866119894

Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur

(III1)

(III2)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

69

III22) Modegraveles des charges [26]

Les charges repreacutesentent les consommateurs connecteacutes au reacuteseau (figure III2) Elles

correspondent agrave des injections neacutegatives aux nœuds Les charges sont modeacuteliseacutees par des

puissances constantes indeacutependantes de la tension nodale

SLi = PLi + j QLi

Ougrave

SLi La puissance complexe de la charge

PLi La puissance active

QLi La puissance reacuteactive

La puissance reacuteactive QLi peut ecirctre positive ou neacutegative selon que la charge est de nature

inductive ou capacitive respectivement

III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt [26]

Dans la plupart des cas les eacuteleacutements shunt sont des dispositifs destineacutes agrave la

compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive et la tenue de la tension chaque eacuteleacutement connecteacute au

reacuteseau sera modeacuteliseacute par des admittances 1199101198940 de la forme

1199101198940 = 1198921198940 + 1198951198871198940

Le symbole geacuteneacuteral repreacutesentant un eacuteleacutement shunt est donneacute agrave la figure III3a La

susceptance 1198871198940 peut ecirctre inductive ou capacitive Dans le premier cas leacuteleacutement consomme de

la puissance reacuteactive (fig III3b) alors quil en fournit au systegraveme dans le second (fig III3c)

Les modegraveles des dispositifs FACTS preacutesenteacute dans la section suivante sont baseacutes sur une

(III3)

Figure III2 Modegravele des charges

PLi QLi

i

(III4)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

70

simple modification des eacuteleacutements approprieacutes de 119884

III24) Modegraveles de la ligne [26]

Les lignes sont deacutefinies par leur scheacutema en 120587 (figure III4) qui caracteacuterise en geacuteneacuteral les

lignes moyennes dont les paramegravetres sont la reacutesistance r la reacuteactance 119909 = 119871 ω et la

susceptance b =119862120596 Dans le cas des lignes longues on peut toujours se ramener agrave un scheacutema

eacutequivalent en 120587 Les lignes de transport sont modeacuteliseacutees par leur scheacutema en 120587 classique dans

lequel la conductance transversale est neacutegligeacutee

La matrice dadmittance nodale dune ligne reliant un nœud i agrave un nœud k est donneacute par

lrsquoeacutequation (III5)

Y = (

yik+

yik0

2

minusyik

minusyik yik + yik0

2

)

Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt a) symbole b) eacuteleacutement

inductif c) eacuteleacutement capacitif

c) eacuteleacutement capacitif

(III5)

i 119909119894119896 119903119894119896 k

119887119894119896119900

2

119887119894119896119900

2

Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

71

Ougrave ladmittance longitudinale yik vaut

yik = 1

rik + j 120013ik

Avec

rik Reacutesistance longitudinale de la ligne

120013ik Reacuteactance longitudinale de la ligne

Ladmittance transversale correspondant aux effets capacitifs seacutecrit

yik0 = j119887ik0

Avec

119887ik0 Sousceptance transversale de la ligne

III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques [32]

Chaque nœud est caracteacuteriseacute par quatre variables Pi Qi Vi θi Si on connaicirct deux des

quatre variables nous permettent de deacuteterminer les deux autres agrave partir des eacutequations

principales de leacutecoulement de puissance En pratique le problegraveme se pose autrement Pour

cela il faut classifier les nœuds du systegraveme comme suit (Tableau III1)

Nœud de charge (P-Q) Pour ce type de nœuds on associe geacuteneacuteralement les charges

Ces derniegraveres sont caracteacuteriseacutees par la consommation des puissances active et reacuteactive

On peut aussi associer des geacuteneacuterateurs avec des puissances active et reacuteactive fixeacutees

Les variables agrave deacuteterminer sont le module et la phase de la tension

Nœud geacuteneacuterateur (P-V) Pour ce type de nœuds on associe les centrales de

production On speacutecifie la puissance active et le module de la tension Les variables agrave

deacuteterminer sont la phase de la tension et la puissance reacuteactive

Nœud bilan (slack bus) Pour ce type de nœud on associe la centrale de production la

plus puissante Dans un nœud k (nœud de reacutefeacuterence ou slack bus) on speacutecifie la phase

et le module de la tension Les valeurs agrave deacuteterminer sont les puissances actives et

reacuteactives

(III6)

(III7)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

72

III26) Modegraveles du transformateur

Les transformateurs sont repreacutesenteacutes par leur impeacutedance connecteacutee en seacuterie avec un

transformateur ideacuteal (figure III5) Le rapport de transformation est reacuteel pour un

transformateur classique alors quil est complexe dans le cas dun transformateur deacutephaseur

De maniegravere geacuteneacuterale le rapport de transformation complexe μik

est deacutefini par

μik

=Ui

Um

avec

Ui Tension complexe au nœud i

Um Tension complexe au nœud m

III27) Modegraveles de la machine synchrone

Nœuds Puissances actives Puissances reacuteactives Module de Tension Lrsquoangle de phase

Nœud (PQ) Connue Connue Inconnue Inconnue

Nœud (PV) Connue Inconnue Connue Inconnue

Nœud (slack

bus)

Inconnue Inconnue Connue Connue

Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme

(III8)

Si i

Ii Im

Um

119898

119903119894119896 Ik

Uk

119909119894119896

Ui μik 1

119896

Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

73

(III10)

La fem de la machine synchrone est donneacutee par la relation suivante

Ersquo = 119881119904+119903119886119868119904+j119883119889119868119904

Ersquo fem transitoire de la machine synchrone

119881119904 Tension aux bornes de la machine

119868119904 courant de la machine

119903119886 Reacutesistance statorique de la machine

119883119889 Reacuteactance transitoire de la machine

La repreacutesentation de la machine synchrone utiliseacutee pour la solution du reacuteseau et le diagramme

de phase sont scheacutematiseacutes dans la figure suivante

Les composantes de la tension 119881119904 aux bornes de la machine suivant les axes d-q sont

119881119889 = 119864prime119889 minus 119903119868119889 minus 119883prime

119902 119868prime119902

119881119902 = 119864prime119902 minus 119903119868119902 + 119883prime119889 119868prime119889

III28) Modeacutelisation du STATCOM

(III9)

Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone

(III11)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

74

(III12)

(III13)

Le STATCOM appartient agrave la deuxiegraveme geacuteneacuteration des dispositifs FACTS Selon

lIEEE Le STATCOM est un moyen de compensation dynamique connecteacute en parallegravele au

systegraveme eacutelectrique il est baseacute sur lrsquoinjection drsquoun courant AC controcircleacute agrave travers un

transformateur de couplage La structure de base drsquoun STATCOM ayant le scheacutema qui est

montreacute par la figure (III7) [33]

En geacuteneacuteral la tension du STATCOM 119881119904ℎest injecteacutee en phase avec la tension 119881119903 de la

ligne et dans ce cas il n y a pas deacutechange de leacutenergie active avec le reacuteseau mais seulement la

puissance reacuteactive qui sera injecteacutee (ou absorbeacutee) par le STATCOM Le STATCOM a le

mecircme rocircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce dispositif capable de deacutelivrer la

puissance reacuteactive mecircme si la tension de jeu de barre de connexion est faible Avec

lhypothegravese dun STATCOM ideacuteal (convertisseur sans pertes) la contrainte de fonctionnement

que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas eacutechanger la puissance active avec le reacuteseau

La tension du STATCOM est donneacute par

119864119904ℎ = 119881119904ℎ(119888119900119904120575119904ℎ + 119895119904119894119899120575119904ℎ)

Le courant injecteacutee par le STATCOM est donneacute par

119868119904ℎ =119881119904ℎ minus 119881119894

119895119883119894

Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

75

(III14)

(III15)

(III16)

(III17)

La puissance de transmission entre les deux systegravemes peut ecirctre repreacutesenteacutee par

La puissance active transmis

119875 = 119881119894119881119904ℎ

119883 119904119894119899(120575119894minus120575119904ℎ)

La puissance reacuteactive transmis

119876 =119881119894

2

119883minus

119881119894119881119904ℎ

119883 cos (120575119894120575119904ℎ)

Ougrave 119881119894119881119904ℎ est la tension aux nœuds (120575119894120575119904ℎ) lrsquoangle entre la tension et X impeacutedance de la

ligne Apregraves lrsquoexeacutecution de quelques opeacuterations complexes les eacutequations de puissance active

et reacuteactive sont obtenues comme suit

119875119904ℎ = 1198811198942119892119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ) + 119887119904ℎ119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ))

119876119904ℎ = minus1198811198942119887119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ) minus 119887119904ℎ119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ))

Avec 119892119904ℎ + 119895119887119904ℎ = 1119885119904ℎ

frasl

119892119904ℎ Conductance eacutequivalente du STATCOM

119887119904ℎ Susceptance eacutequivalente du STATCOM

119885119904ℎ Impedance eacutequivalente du STATCOM

III29) Modeacutelisation du SSSC

Le SSSC peut acqueacuterir un eacuteleacutement de stockage drsquoeacutenergie pour une compensation de la

puissance active momentaneacutement qui reacutesulte dans un maintien efficace de la stabiliteacute du

reacuteseau eacutelectrique Un SSSC est donc modeacuteliseacute comme une source de tension en seacuterie la figure

(III8) montre un SSSC inseacutereacute dans un reacuteseau agrave deux machines et son diagramme vectoriel des

tensions [33]

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

76

(III18)

(III19)

(III20)

(III21)

(III22)

(III23)

A partir du diagramme vectoriel on peut voir que la tension injecteacutee en seacuterie controcircle

directement la tension agrave travers lrsquoinductance X de la ligne qui en la augmentant reacutesulte en

une augmentation dans la valeur du courant et par conseacutequence une augmentation dans la

puissance transmissible agrave travers la ligne Ce fonctionnement est similaire agrave une compensation

seacuterie par un condensateur Si on eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant

de la ligne on obtient le mecircme reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un

condensateur

119880= -j119883119862 119868

Avec 119883119862 qui repreacutesente la reacuteactance capacitive du condensateur Mais comme le SSSC

est une source de tension il peut alors maintenir une tension constante puisque il controcircle

indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC peut augmenter ou diminuer le

flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant la tension injecteacutee en seacuterie agrave la

ligne Comme le SSSC est une source reacuteactive la tension geacuteneacutereacutee est perpendiculaire au

courant de la ligne ce courant est

119868 =1198801minus119880119902minus1198802

119895119883

119920 =120783

119947119935(( 119880120783 minus 119880120784) minus 119880119954

(119880120783minus119880120784)

|119880120783minus119880120784|)

119920 =119947(119880120783minus119880120784)

119935(120783 minus

119880119954

|119880120783minus119880120784|)

Cette eacutequation montre qursquoagrave lrsquoabsence du SSSC la chute de tension agrave travers X

est ( 1198801

minus 1198802

) Si on prend 1198802 Comme reacutefeacuterence du SSSC

1198802

= U2

et

Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

77

(III24)

(III25)

1198801=1198801(119888119900119904120575 + 119895119904119894119899120575)

Si on prend par consideacuteration que

|119880120783

minus 119880120784

| = radic119880120783120784 + 119932120784

120784 minus 120784119932120783119932120784119940119952119956120633

Ce qui nous donne la puissance agrave travers la ligne

P = 11988011198802119904119894119899120575

119883(1 minus

119880119902

radic11988012+1198802

2minus211988011198802119888119900119904120575

)

Par conseacutequent la puissance transmise P est une fonction de la tension injecteacutee La

puissance transmise en fonction de lrsquoangle δ

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

78

III3) Conclusion

Dans ce chapitre nous avons modeacuteliseacute les diffeacuterents composants du reacuteseau eacutelectrique agrave

savoir les lignes de transport les transformateurs et les charge les machines

synchroneshellipetc

Des modegraveles simplifieacutes de deux diffeacuterents types de FACTS agrave savoir le STATCOM et le

SSSC baseacute sur la modification de la matrice admittance 119884 et suitable pour lrsquoeacutetude du controcircle

du power flow et la reacutegulation de la tension ont eacuteteacute deacutemontreacutees dans ce chapitre Les deux

modegraveles ont eacuteteacute observeacutes dans la litteacuterature Agrave cet effet une bregraveve preacutesentation des approches

existantes agrave des modegraveles de ces deux dispositifs FACTS ont eacuteteacute fournis Les modegraveles

seacutelectionneacutes sont faciles agrave impleacutementer dans les logiciels du power flow comme le PSAT Au

chapitre suivant crsquoest lrsquoimpact du STATCOM et du SSSC sur lrsquoeffondrement de tension qui

sera analyseacute

79

Chapitre 4

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

80

IV1) Introduction

Le transfert de puissance au travers drsquoun reacuteseau eacutelectrique srsquoaccompagne de chutes de

tension entre les points de production et ceux de consommation Dans des conditions

normales de fonctionnement ces chutes de tension sont de lrsquoordre de quelque pour cents de la

tension nominale Une des preacuteoccupations des planificateurs et des exploitants est de srsquoassurer

que les tensions aux diffeacuterents jeux de barres du reacuteseau demeurent malgreacute tout dans des

limites prescrites speacutecialement dans des conditions de forte charge etou suite agrave des incidents

plausibles Dans certaines circonstances cependant dans les secondes ou dans les minutes qui

suivent lrsquoapparition drsquoune perturbation les tensions peuvent deacutecroitre de maniegravere

catastrophique agrave tel point que la puissance ne peut plus ecirctre achemineacutee correctement aux

consommateurs et que lrsquointeacutegriteacute du systegraveme peut ecirctre mise en danger

Le meacutecanisme qui sous-tend cet affaissement des tensions est lrsquoinstabiliteacute de tension et

la catastrophe qui en reacutesulte est lrsquoeffondrement de tension [34]

En termes simples lrsquoinstabiliteacute de la tension provient drsquoun comportement des charges

qui tend agrave ramener la consommation de puissance de celles-ci au-delagrave de ce que peuvent

fournir ensemble le reacuteseau de transport et les geacuteneacuterateurs

Dans de nombreux reacuteseaux agrave travers le monde lrsquoinstabiliteacute de tension est consideacutereacutee

comme une source majeure de deacutefaillance au moins aussi importante que les surcharges

thermiques drsquoeacutequipements (et le risque associeacute de deacuteclenchements en cascade) ou lrsquoinstabiliteacute

angulaire (perte de synchronisme entre geacuteneacuterateurs) connues depuis plus longtemps

Plusieurs facteurs contribuent agrave cet eacutetat de fait

- comme on le sait la construction de nouvelles lignes eacutelectriques est de

plus en plus difficile souvent retardeacutee et parfois impossible

- la concentration de la production dans ces centrales de plus en plus

puissantes a diminueacute le nombre de points tenus en tension dans le reacuteseau et

augmenteacute les distances eacutelectriques entre centres de production et de consommation

Certes lrsquoeacutemergence de la production deacutecentraliseacutee va quelque peu inverser cette

tendance en rapprochant producteurs et consommateurs Encore faut ndashil que ces

sources drsquoeacutenergie fournissent les services auxiliaires que sont la reacutegulation de

tension et la mise agrave disposition drsquoune reacuteserve de puissance reacuteactive

- lrsquousage massif de condensateurs shunt pour soutenir le profil de tension

permet de transporter de plus grandes quantiteacutes de puissance mais rapproche le point

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

81

drsquoinstabiliteacute des plages de fonctionnement normal

- lrsquoinstabiliteacute de tension est souvent deacuteclencheacutee par la perte

drsquoeacutequipements de transport et ou de production incidents dont la probabiliteacute

drsquoapparition est relativement eacuteleveacutee (compareacutee par exemple agrave celle du court-circuit

triphaseacute consideacutereacute en stabiliteacute transitoire angulaire)

- lrsquoouverture du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute incite agrave faire fonctionner les

reacuteseaux plus pregraves de leurs limites physiques pour des raisons de rentabiliteacute

eacuteconomique Plus encore que par le passeacute il est donc neacutecessaire drsquoeacutevaluer ces

limites en particulier vis ndashagrave vis du risque drsquoinstabiliteacute de tension

IV2) Outils de simulation

Plusieurs outils de simulation ont eacuteteacute utiliseacutes dans lrsquoanalyse et lrsquoeacutetude des reacuteseaux

eacutelectriques tels que (Matlab EMTP Etap PowerWorld PSAThellip etc) Ces logiciels

permettent de nous renseigner sur les diffeacuterents facteurs drsquoun reacuteseau eacutelectrique et agrave simuler les

diffeacuterents cas pour avoir les paramegravetres du reacuteseau Ces derniers utilisent les mecircmes

concepts Dans ce meacutemoire le logiciel PSAT est utiliseacute pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de

tension drsquoun reacuteseau de transport

PSAT est un logiciel librement distribueacutes conccedilu par Federico Milano baseacute sur

MATLAB pour lanalyse et lrsquooptimisation des reacuteseaux eacutelectriques Lrsquointerface graphique

interactive du PSAT permet agrave lrsquoutilisateur drsquoeffectuer les fonctions statiques et dynamiques

suivantes [35]

Calcul drsquoeacutecoulement de puissance (Power Flow- PF)

Calcul drsquoeacutecoulement de puissance Optimal (Optimal Power Flow- OPF)

Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation Power Flow- CPF)

Analyse de la stabiliteacute de petites perturbations (Small Signal Stability Analysis-

SSSA)

Simulation temporelle (Time Domaine Simulation- TDS)

Analyse transitoire drsquoeacutelectromagneacutetique (Electro Magnetic Transient Analysis-

EMT)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

82

Interface graphique (Graphical User Interface- GUI)

Eacutediteur de reacuteseau graphique (Graphical Network Editor- GNE)

Toutes les opeacuterations de PSAT peuvent ecirctre reacuteparties en deux genres drsquoanalyse

- La premiegravere analyse est de reacutesoudre les problegravemes de lrsquoeacutecoulement de puissance

Cette application srsquoeffectue dans une page de commande ou un eacutediteur comme

montre la figure (IV1)

- La seconde analyse est drsquoimplanter le reacuteseau agrave eacutetudier en utilisant une bibliothegraveque

de Simulink qui contient de nombreux modegraveles pour lrsquoimplantation des systegravemes

eacutelectriques comme montreacute dans la figure (IV2)

IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques

La deacutefinition et les types de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques sont repreacutesenteacutes dans le

chapitre I

Durant les derniegraveres deacutecennies la stabiliteacute de tension dans les systegravemes dalimentation

est devenue un vaste champ de recherches Les pheacutenomegravenes dinstabiliteacute en tension peuvent

srsquoeacutetendre dans une plage de temps allant de quelques secondes agrave quelques heures et ont eacuteteacute

eacutetudieacutes en utilisant une varieacuteteacute de modegraveles statiques et dynamiques y compris les reacutegulateurs

et les dispositifs eacutelectroniques de puissance

Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

83

Les sujets pertinents pour le marcheacute de leacutelectriciteacute et pour les techniques optimales

deacutecoulement de puissance sont geacuteneacuteralement les pheacutenomegravenes drsquoeffondrement de tension

reacutesultant des variations de charge et des opeacuterations de commutation Lrsquoeffondrement de

tension est geacuteneacuteralement la conseacutequence de laugmentation de la charge dans les systegravemes

caracteacuteriseacutes par des conditions de chargement lourd et ou lorsque survient une modification

dans le systegraveme comme une ligne hors service Le reacutesultat est geacuteneacuteralement que le point de

fonctionnement actuel qui est stable laquodisparaicirctraquo et le systegraveme transitoire suivant conduit agrave

une rapide irreacutecupeacuterable baisse de tension

IV31) Facteur de charge et les directions de puissance [34]

Loutil analytique le plus accepteacute pour lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes de lrsquoeffondrement de

tension est la theacuteorie de la bifurcation qui est une theacuteorie matheacutematique geacuteneacuterale capable de

classer les instabiliteacutes drsquoeacutetudier le comportement du systegraveme dans le voisinage

drsquoeffondrement ou des points instables et de donner une information quantitative sur les

actions correctives pour eacuteviter les conditions critiques

Dans la theacuteorie de la bifurcation il est supposeacute que les eacutequations du systegraveme deacutependent

dun ensemble de paramegravetres avec des variables deacutetat comme suit

0 = 119891 (120013 λ)

avec

119891 Eacutequation de lrsquoeacutecoulement de puissance

120013 Variables deacutependantes

120582 Facteur de charge

Alors les proprieacuteteacutes de la stabiliteacute instabiliteacute sont eacutevalueacutees en variant lsquolsquolentementrsquorsquo les

paramegravetres Dans ce meacutemoire le paramegravetre utiliseacute pour eacutetudier la proximiteacute du systegraveme de

lrsquoeffondrement de tension est le soi-disant facteur de charge 120582 (120582 isin ℛ) ce qui modifie les

puissances du geacuteneacuterateur et la charge comme suit

(IV1)

1198751198661 = (1 + 120582)(1198751198660 + 119875119878)

1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)

1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)

(IV2)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

84

Avec

1198751198660 Puissance active du geacuteneacuterateur

1198751198710 Puissance active de la charge

119875119878 Fourniture de lrsquooffre (Supply bids)

119875119863 Demande drsquooffre (Demand bids)

Les puissances qui multiplient λ sont appeleacutees les puissances de direction Les eacutequations

(IV2) diffegraverent du modegravele geacuteneacuteralement utiliseacute dans lanalyse du calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) cest-agrave-dire

Ougrave le facteur de charge touche uniquement les variables puissances PS et PD Dans les

diagrammes typiques de bifurcation les tensions sont traceacutees en fonction de λ cest agrave dire la

mesure de la capaciteacute de charge du systegraveme obtenant ainsi les courbes V(p)

Les indices 0 1 et 2 deacutenotent le cas de base le premier point et le deuxiegraveme point de

directions des puissances respectivement

IV 32) Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation

power flow- CPF) [34]

Les techniques du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance sont largement

reconnues comme un outil preacutecieux pour deacuteterminer les courbes V(P) du systegraveme de

puissance et permettent destimer les conditions de chargement maximal et des solutions

laquocritiquesraquo (par exemple saddle-node et limites induites de points de bifurcation) Malgreacute que

les grands systegravemes neacutecessitent un calcul numeacuterique exigeant le CPF nest pas affecteacutee par

des instabiliteacutes numeacuteriques En fait il est capable de deacuteterminer la partie stable et instable des

courbes V(p) et peut fournir des informations suppleacutementaires telles que les facteurs de

sensibiliteacute de la solution actuelle agrave leacutegard des paramegravetres pertinents

Dun point de vue matheacutematique le CPF est une technique dhomotopie et permet

dexplorer la stabiliteacute des eacutequations du systegraveme eacutelectrique en faisant varier un paramegravetre du

systegraveme qui dans les eacutetudes de stabiliteacute statique et dynamique typique de tension est le

paramegravetre de charge λ De maniegravere geacuteneacuterale le CPF consiste en un pas preacutedicteur reacutealiseacute par

le calcul du vecteur tangent et un pas correcteur qui peut ecirctre obtenu soit par lintermeacutediaire

PG2 = (PG0 + λPS)

PL2 = (PL0 + λPD)

PL2 = (PL0 + λPD)

(IV3)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

85

dun parameacutetrage local ou agrave une intersection perpendiculaire

a) Pas preacutedicteur

Au point deacutequilibre geacuteneacuterique p la relation suivante sapplique

Et le vecteur tangent peut ecirctre approximeacute par

Agrave partir de lrsquoeacutequation (IV4) et (IV5) on a

Agrave ce point un pas de grandeur k de controcircle doit ecirctre choisi pour deacuteterminer la quantiteacute Δ120013119901

et Δ120582119901 avec une normalisation afin deacuteviter de grands pas quand 120591119901 est grand

Δ120582119901 ≜ 119896

120591119901 Δ120013119901 ≜

119896 120591119901

120591119901

Ougrave ∙ est la norme euclidienne et 119896 = plusmn1 Le signe de k deacutetermine lrsquoaugmentation ou la

diminution de 120582 La figure (IV3) preacutesente une repreacutesentation graphique du pas preacutedicteur

119891(120013 p λp) = 0 rArr d119891

dλ|

p= D120013 119891|p

d120013

dλ|

p+

d119891

dλ|

p= 0 (IV4)

120591p = d120013

dλ|

p asymp

Δ 120013 p

∆λp

(IV5)

120591119901 = minus D120013 119891|pminus1

part119891

partλ|

p

∆120013p = 120591119901 ∆λp

(IV6)

(IV7)

(120013119901 120582119901)

120591119901

119891(120013 120582) = 0

(120013119875 + ∆120013119875 120582119875 + ∆120582119875)

Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance

pas preacutedicteur obtenu par les moyens de la tangente

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

86

b) Pas correcteur

Pour le pas correcteur lrsquoensemble des eacutequations n+1 est reacutesolu

119891(120013 λ) = 0

120578(120013 λ) = 0

Ougrave la solution de 119891 doit ecirctre dans le collecteur de bifurcation et 120578 est une eacutequation

additionnelle pour garantir un ensemble non singulier au point de bifurcation Pour le choix de

120578 il yrsquoa deux options lrsquointersection perpendiculaire et la parameacutetrisation locale

Dans le cas de lrsquointersection perpendiculaire dont la repreacutesentation est donneacutee par la figure

(IV2) lrsquoexpression de 120578 devient (eacutequation IV9)

Tandis que pour la parameacutetrisation locale soit le paramegravetre 120582 soit la variable 120013119894 est forceacutee

drsquoecirctre une valeur fixe

(120013119901 120582119901)

119891(120013 120582) = 0

(120013119888 120582119888)

(120013119888 minus (120013119875 + ∆120013119875 ) 120582119888 minus (120582119875 + Δ120582119901 ) )

120578 (120013 λ) = [Δ120013p

Δλp]

T

[120013c minus (120013p + Δ120013p)

λc minus (λp minus Δλp)] = 0

ppcx )(

(IV8)

(IV9)

(IV10)

Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas

correcteur obtenu par les moyens dintersection perpendiculaire

P

900

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

87

Ou

pipici xxxx )(

Le choix pour que la variable soit fixe deacutepend du collecteur de bifurcation de 119891 comme

crsquoest preacutesenteacute agrave la figure (IV5)

IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE 39 nœuds

IV41) Preacutesentation du reacuteseau

Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds est un reacuteseau de transport standard IEEE New England

39 nœuds sera utiliseacute pour les diffeacuterents sceacutenarios de nos simulations Ce reacuteseau repreacutesente

une simplification du reacuteseau de transport de la reacutegion Nouvelle Angleterre (nord-est des Etats-

Unis) Il srsquoagit donc drsquoune partie drsquoun reacuteseau reacuteel ameacutericain Ce reacuteseau fonctionne agrave 100

kV et comporte 10 geacuteneacuterateurs (119875119866119905119900119905119886119897119890= 619 Gw 119876119866119905119900119905119886119897119890= 113 Gvar) et 39 nœuds dont

19 nœuds de charge et 48 lignes Un scheacutema complet de ce reacuteseau est preacutesenteacute par la figure

IV6) [36]

Les donneacutees des jeux de barres ainsi que les caracteacuteristiques des branches sont

indiqueacutees dans lrsquoannexe A1

Le reacuteseau de transport IEEE-39 nœuds est constitueacute de 3 reacutegions (figure IV7) Chaque

reacutegion contient des nœuds PV et des nœuds PQ ainsi des geacuteneacuterateurs synchrones

(IV11)

Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas

correcteur obtenu par les moyens de la parameacutetrisation locale

λ

Correcteur

Correcteur

x

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

88

En utilisant la technique du CPF la stabiliteacute de tension est eacutetudieacutee Le comportement du

systegraveme test consideacutereacute avec et sans les dispositifs FACTS sous diffeacuterentes conditions de

charge est eacutetudieacute Lrsquoemplacement des FACTS est deacutetermineacute agrave travers le CPF

Un modegravele classique PQ est utiliseacute pour les charges Les limites des geacuteneacuterateurs sont

ignoreacutees Lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension est effectueacutee en commenccedilant agrave partir dun point

de fonctionnement stable initiale et en augmentant ensuite les charges par le facteur 120582 jusqursquoagrave

atteindre le point de singulariteacute de la lineacutearisation de lrsquoeacutecoulement de puissance

Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

89

Lorganigramme de la stabiliteacute de tension avec les FACTS en utilisant la meacutethode CPF

est illustreacute par la figure (IV8)

De la figure (IV8) on peut observer que les eacutequations des dispositifs FACTS sont

ajouteacutees dans les eacutequations de lrsquoeacutecoulement de puissance Les nouvelles eacutequations de

lrsquoeacutecoulement de puissance sont ensuite utiliseacutees dans le pas correcteur du processus CPF

Zone I

Noeuds (PQ) 4 5 6

7 8 910 11 12 13

14

Noeuds (PV) 31 32 39

Zone II

Noeuds(PQ) 1 2 3 17 18 25 26

27

Noeuds(PV) 3037

Zone III

Noeuds (PQ) 15 16 19 20 21 22 23 24

28 29

Noeuds (PV) 3334353638

Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds

Reacuteseau IEEE 39-nœuds

Geacuteneacuterateurs synchrones

30 31323334353637

3839

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

90

IV5) Emplacement du STATCOM

Fixer le nombre des points du CPF

Reacutesoudre les eacutequations de

lrsquoeacutecoulement de puissance de

charge avec les FACTS

Reacutesoudre les eacutequations de

lrsquoeacutecroulement de charge avec les

FACTS

Nombres des points de CPF

Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS

Lire les donneacutees

Pas preacutedicteur dans la meacutethode

CPF

Creacuteer les eacutequations de lrsquoeacutecoulement

de puissance avec les eacutequations du

FACTS

La courbe PV

complegravete

Fin

Deacutebut

Pas correcteur dans la meacutethode

CPF

Non

Oui

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

91

IV5) Emplacement du STATCOM

Drsquoapregraves le profil de tension (figure IV9) ainsi une preacutesentation des nœuds critiques sur

la figure (IV10) et leurs courbes V(p) obtenues par la meacutethode du CPF illustreacutee aux figures

(IV11 IV12 IV13) nous implanterons le STATCOM sur le nœud de charge le plus fragile

du reacuteseau de transport Le point de chargement maximal ou le point de bifurcation quand la

matrice jacobienne est singuliegravere survient agrave 120640=22806 pu

Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone

Reacuteseau IEEE 39-nœuds

Zone I

Les noeuds fragiles

875641214

le noeud le plus critique 8

Zone II

Les noeuds fragiles

3181727

le noeud le plus critique 3

Zone III

Les noeuds fragiles

1516242128

le noeud le plus critique 15

Figure IV9 Profil des tensions du reacuteseau IEEE 39-nœuds

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

92

Le calcul du CPF sur le reacuteseau seul (crsquoest ndash agrave dire sans y inseacuterer le STATCOM) a

montreacute que le nœud concerneacute est le nœud 8 de la zone 1

IV51) Impact du STATCOM

Apregraves la deacutetermination du nœud fragile du reacuteseau consideacutereacute et qui a besoin drsquoecirctre

soutenus les valeurs nominales (the ratings) du STATCOM doivent ecirctre choisies il est agrave

Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de

base)

0 05 1 15 2 25

065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

X 228

Y 07822

Lambda(pu)

Tensio

ns(pu)

Zone 3

V15

V16

V21

V24

V28

Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme

(eacutetat de base)

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

115

12

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu

)

Zone 2

V3

V17

V18

V27

Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1

du systegraveme (eacutetat de base)

0 05 1 15 2 250

02

04

06

08

1

12

14

X 228

Y 06766

Lambda (pu)

Tensio

ns(p

u)

Zone 1

V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

93

preacutevoir que par lintroduction du STATCOM aux nœuds critiques le profil de tension sera

plat et le facteur de charge du systegraveme va augmenter

Les gestionnaires des reacuteseaux eacutelectriques imposent une toleacuterance de plusmn 5 sur la tension

du reacuteseau de transport pour garantir une qualiteacute de distribution de lrsquoeacutelectriciteacute Nous

prendrons donc 119880119898119894119899 = 095pu et 119880119898119886119909 = 105 pu (soit respectivement 95KV et 105 KV

pour notre reacuteseau de transport de 100KV nominal) On obtient les valeurs nominales de la

puissance reacuteactive du STATCOM par [21]

119876119898119886119909 = 119868119871119898119886119909 lowast 119880119898119886119909

Et

119876119898119898119894119899 = 119868119888119898119886119909 lowast 119880119898119894119899

Drsquoougrave 119883119878119871 = 119880max minus 119880119898119894119899

119868119871119898119886119909minus 119868119888119898119886119909

Avec

119868119871119898119886119909 Courant inductif maximum

119868119888119898119886119909 Courant capacitif maximum

119880119898119886119909 119880119898119894119899 tension limites en reacutegulation

119883119878119871 ∶ Pente de la caracteacuteristique statique dans la zone de fonctionnement en reacutegulation

Quand le STATCOM est connecteacute au nœud 8 on observe drsquoapregraves la figure (IV14) que

les nœuds les plus fragiles de la zone 1 ont un profil de tension plus plat que lrsquoeacutetat de base et

introduire le STATCOM va augmenter le facteur de charge agrave la valeur maximale Comme

attendu le point de bifurcation pour le STATCOM placeacute au nœud 8 survient agrave une valeur de

charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 231 pu Sa puissance reacuteactive capacitive calculeacutee drsquoapregraves les

eacutequations IV12 et IV13 est de ndash 380 Mvar + 420 Mvar pour une puissance de base de

100MVA

(IV12)

(IV13)

(IV14)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

94

IV511) Profils des tensions et les pertes de puissances dans le

systegraveme

Les profils des tensions du cas de base et du systegraveme avec le STATCOM sont illustreacutes

agrave la figure (IV15) Il est eacutevident agrave partir de cette figure que le STATCOM fournit un meilleur

profil de tension au point drsquoeffondrement de tension compareacute agrave lrsquoeacutetat de base Cela est ducirc au

fait que le STATCOM est installeacute au nœud le plus faible

Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV16)

et la figure (IV17) respectivement Lrsquoaugmentation des pertes au voisinage du point

drsquoeffondrement est faible dans le cas du STATCOM placeacute au nœud 8

Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Ten

sion

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 8

Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

X 2315

Y 07441

Lambda(pu)

Tensio

ns(p

u

Zone STATCOM au 8

V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

95

La figure (IV18) illustre le paramegravetre de charge pour diffeacuterents emplacements du

STATCOM sur les nœuds les plus critiques des 3 zones selon les courbes V(p) des figures

(IV11 IV12 et IV13)

Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives

avec STATCOM au nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Zone 1 avec STATCOM au noeud 8

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 8

Figure IV17 Profils de pertes de

puissances reacuteactives avec STATCOM au

nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 1 avec STATCOM au noeud 8

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 8

Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM

[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

225

226

227

228

229

23

231

232

233

234

Base STATACOM aunœud 08

STATACOM aunœud 03

STATACOM aunœud 15

22806

23164232

234

Paramegravetre de charge(pu)

Paramegravetre decharge(pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

96

Puisque notre but agrave travers la recherche de lrsquoemplacement ideacuteal du dispositif

STATCOM est drsquoaugmenter la stabiliteacute de tension c-agrave-d maximiser le facteur de charge 120582 du

systegraveme tous en controcirclant la tension et minimisant les pertes des puissances actives et

reacuteactives nous placcedilons le mecircme STATCOM sur ces diffeacuterents nœuds fragiles et nous

observons lrsquoimpact qursquoil peut apporter

Le STATCOM placeacute sur le nœud 3 de la zone 2 et le nœud 15 de la zone 3 offre le

maximum du facteur de charge (voir figure IV18)

Les courbes V(p) avec le STATCOM sur les nœuds 3 et 15 sont illustreacutes sur les figures

(IV19) et (IV20) ainsi leurs profils des tensions sont illustreacutes sur les figures (IV21) et

(IV22)

Drsquoapregraves ces figures on constate une leacutegegravere ameacutelioration de tension sur les nœuds 2 3 et

4 pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3

Pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 15 on remarque sur les profils des

tensions une leacutegegravere baisse de tension sur les nœuds 5 6 7 8 9 11 et 13 et une ameacutelioration

pour les nœuds 15 16 17 18 et 20

Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au

nœud 03

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

115

12

Lambda(pu)

Tensio

n (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

X 2325

Y 08385

V3

V17

V18

V27

Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au

nœud 15

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

X 234

Y 07461

Lambda(pu)

Tensio

ns(p

u)

Zone 3 avec STATCOM au noeud 15

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

97

Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV23)

et la figure (IV24) respectivement pour le STATCOM au nœud 3 et les figures (IV25) et

(IV26) pour le STATCOM au nœud 15 Lrsquoaugmentation des pertes actives et reacuteactives au

voisinage du point drsquoeffondrement est grande dans le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3

et 15 presque pour tous les nœuds

Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme

avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 3

Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme

avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns(p

u)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 15

Figure IV23 Profils de pertes de puissances

actives avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 03

Figure IV24 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 03

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

98

IV512) Synthegravese

Les diffeacuterents emplacements du STATCOM preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE

39 nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV27) et

(IV28) syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du STATCOM Notre choix du nœud 8

comme un nœud fragile qui avait besoin drsquoecirctre soutenu est raisonnable vu lrsquoapport qursquoil a

fourni (figure IV28)

Figure IV25 Profils de pertes de puissance actives

avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 15

Figure IV26 Profils de pertes de puissance

reacuteactives avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 3 avec STATCOM au noeud 15

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 15

Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les

diffeacuterents emplacements du STATCOM [Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

0

20

40

60

80

100

Base STATCOMau 08

STATCOMau 03

STATCOMau 15

404 354 418 415

895298

738

9261 9249

Pertes de puissancesactives (pu)

Pertes de puissancesreacuteactives (pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

99

IV6) Emplacement du SSSC

Comme nous lrsquoavons deacutejagrave signaleacute dans le chapitre 2 Un SSSC fonctionne sans la

preacutesence drsquoune source de tension externe Il opegravere comme une source de tension en seacuterie agrave la

ligne Cette source geacutenegravere une tension en quadrature avec et controcircleacutee seacutepareacutement du courant

qui passe agrave travers la ligne dont le but drsquoaugmenter ou de diminuer la tension injecteacute en seacuterie

dans la ligne et par conseacutequence controcircler le flux de puissance qui passe agrave travers la ligne

Son fonctionnement est similaire agrave une compensation seacuterie par un condensateur Si on

eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant de la ligne on obtient le mecircme

reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un condensateur

119880119902 = minus119895 119883119888119868

Avec

119883119888 Reacuteactance capacitive du condensateur

(IV15)

Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du STATCOM

[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

07846081614

073999

0

02

04

06

08

1

12

1 5 10 15 20 25 30 35

Zone 1 (08)

Zone 2 (03)

Zone 3 (15)

Base

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

100

Mais comme le SSSC est une source de tension il peut alors maintenir une tension

constante puisque il la controcircle indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC

peut augmenter ou diminuer le flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant

la tension injecteacutee en seacuterie agrave la ligne

Dans nos simulations nous avons reacutegleacute la tension injecteacutee entre ses limites ainsi le taux de

compensation du SSSC

IV61) Impact du SSSC

Drsquoapregraves la figure (IV6) et la figure (IV9) le nœud 8 le plus fragile est alimenteacute par trois

lignes 8-5 8-7 et 8-9 Donc pour seacutelectionner lrsquoemplacement du SSSC nous allons nous baser

sur lrsquoaugmentation maximale de la puissance au point de lrsquoeffondrement [34] Les figures

(IV29) et (IV30) montrent clairement que les puissances actives et reacuteactives sur la ligne 15

(8-9) sont maximales au point de lrsquoeffondrement de tension

Apregraves lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 15 les figures (IV31) (IV32) et (IV33)

montrent les courbes V(p) des 3 zones le point de bifurcation pour le SSSC inseacutereacutee sur la

ligne 15 survient agrave une valeur de charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 239 pu Nous pouvons

remarquer que les courbes V(p) gardent toujours la partie infeacuterieure (partie instable) de la

courbe

Figure IV29 Puissances actives

maximales au point drsquoeffondrement

0 05 1 15 2-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Lambda (pu)

Puis

sance a

ctives (

pu

X 228

Y -08897

X 228

Y 4079

X 228

Y 7041

PBUS05 BUS08

PBUS07 BUS08

PBUS08 BUS09

Figure IV30 Puissances reacuteactives

maximales au point drsquoeffondrement

0 05 1 15 2-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

Lambda (pu)

Puis

sances r

eacuteactives(p

u)

X 228

Y 1762

X 228

Y -05669

X 228

Y -4221

QBUS05 BUS08

QBUS07 BUS08

QBUS08 BUS09

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

101

Les profils des tensions des pertes actives et reacuteactives sont illustreacutes sur les figures

(IV34) (IV35) (IV36) respectivement

Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC

sur la ligne 15

0 05 1 15 2 25065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

115

X 239

Y 07389

Lambda (pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 2 avec SSSS sur la ligne 15

V3

V17

V18

V27

Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec

SSSC sur la ligne 15

0 05 1 15 2 250

02

04

06

08

1

12

14

X 239

Y 06732

Lambda(pu)

Tensio

n(p

u)

Zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15

0 05 1 15 2 2505

06

07

08

09

1

11

12

X 239

Y 06487

Lambda (pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 avec SSSC sur la ligne 15

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

102

Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tens

ions

(pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 15

Figure IV35 Profils de pertes de

puissances actives avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 15

Figure IV36 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

103

Drsquoapregraves ces reacutesultats nous pouvons conclure que le SSSC inseacutereacute sur la ligne 15 de la

zone 1 nrsquoa pas ameacutelioreacute les profils de tension les pertes actives et reacuteactives au point

drsquoeffondrement de tension

Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion pour le SSSC nous allons le placeacute dans

la zone 3 ougrave se trouve le 2egraveme nœud fragile drsquoapregraves la courbe de la figure IV9 qui est le nœud

15

Nos simulations nous en permettent de trouver 2 situations critiques lors de

lrsquoeffondrement de tension sur la ligne 45 (22- 35) et la ligne 48 (29- 38) leurs puissances

actives et reacuteactives au point drsquoeffondrement sont illustreacutees par les figures (IV37) et (IV38)

IV611) SSSC inseacutereacute sur la ligne 45

Nous avons inseacutereacute le SSSC sur la ligne 45 entre le nœud 22 et le nœud 35 la courbe

V(p) de la zone 3 (zone drsquoinsertion du SSSC) les profils de tensions les pertes actives et

reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV39) (IV40) (IV41) et (IV42) respectivement

Figure IV37 Puissances actives

maximales au point drsquoeffondrement de la

zone 3

0 05 1 15 2-20

-15

-10

-5

0

5

X 228

Y -1513

Lambda (pu)

Puis

sances a

ctives (

pu)

Zone 3 Etat de base

X 228

Y -1895

PBUS22 BUS35

PBUS29 BUS38

Figure IV38 Puissances reacuteactives

maximales au point drsquoeffondrement de la

zone 3

0 05 1 15 2-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

X 2281

Y -3841

Lambda (pu)

puis

sances r

eacuteactives (

pu)

Zone 3 Etat de base

X 2281

Y -945Q

BUS22 BUS35

QBUS29 BUS38

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

104

Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 45 les profils des tensions sont meilleurs par apport

agrave ceux du SSSC sur la ligne 15 de la zone 1

IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48

Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion du SSSC sur notre reacuteseau de transport

nous allons lrsquoinseacutereacute sur la ligne 48 entre le nœud 29 et le nœud 38 la courbe V(p) les profils

de tensions les pertes actives et reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV43) (IV44)

(IV45) et (IV46) respectivement

Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme

avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV41 Profils de pertes de puissances

actives avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV42 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec

SSSC sur la ligne 45

0 05 1 15 2 25065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

115

X 234

Y 07265

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 SSSC sur la ligne 45

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

105

Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 les profils des tensions ne sont pas meilleurs

par apport au cas du SSSC sur la ligne 45 mais pour les pertes reacuteactives lrsquoinsertion sur la

ligne 48 est meilleure que pour lrsquoinsertion sur la ligne 45

Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec

SSSC sur la ligne 48

0 05 1 15 2 25

065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

X 2306

Y 0704

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 avec SSSC sur la ligne 48

V15

V16

V21

V24

V28

Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme

avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 48

Figure IV46 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Petes reacuteactiv

es (pu)

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48

Figure IV45 Profils de pertes de puissances

actives avec SSSC sur la ligne 48

Figure (IV45) Profils de pertes de puissance

actives avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pertes activ

es (pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 48

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

106

IV613) Synthegravese

Les diffeacuterents emplacements du SSSC preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE 39

nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV47) et (IV48)

syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du SSSC

Lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 45 de la zone 3 nous a fourni des meilleurs reacutesultats au

point drsquoeffondrement

Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC

[Extrait de lrsquoannexe B1 B3]

222

224

226

228

23

232

234

236

238

24

Base SSSC agrave laligne 15

SSSC agrave laligne 45

SSSC agrave laligne 48

22806

239

234

23

Paramegravetre de charge(pu)

Paramegravetre de charge(pu)

Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents

emplacements du SSSC [Extrait de lrsquoannexe B1 B3]

0

20

40

60

80

100

120

Base SSSC agrave laligne 15

SSSC agrave laligne 45

SSSC agrave laligne 48

404 466 402 363

89529810482

8381 8211

Pertes Actives (pu)

Pertes Reactives (pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

107

IV7) Conclusion

Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre une eacutetude de lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute des

reacuteseaux eacutelectriques en y inseacuterant deux systegravemes FACTS le STATCOM (Static Synchronous

Compensator) et le SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Le reacuteseau utiliseacute pour

les simulations est le reacuteseau de transport IEEE_39 nœuds Lrsquoanalyse des performances du

reacuteseau porte sur le support du profil de tension lrsquoaugmentation de la stabiliteacute en tension et la

diminution des pertes actives et reacuteactives et ce pour lrsquoeffondrement de tension Le

programme utiliseacute est un logiciel de calcul drsquoeacutecoulement de puissance (PF) et le calcul

continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) [PSAT]

Les tests effectueacutes ont montreacute plusieurs reacutesultats inteacuteressants Tout drsquoabord le systegraveme

FACTS shunt (le STATCOM) assure une stabilisation globale du reacuteseau En effet dans tous

les cas le STATCOM tend soit agrave stabiliser tous les nœuds soit en agrave stabiliser certains sans

affecter les autres En tout eacutetat de cause ce systegraveme nrsquoa jamais deacutestabiliseacute un nœud quel qursquoil

soit En fait le STATCOM ameacuteliore les performances du reacuteseau eacutelectrique (surtout en termes

de stabiliteacute et de soutien de tension) en fournissant de la puissance reacuteactive dans la zone de

charge Ceci doit ecirctre nuanceacute en ce qui concerne le compensateur seacuterie Si celui ndashci peut avoir

un bon comportement local crsquoest-agrave-dire dans la zone ougrave il est implanteacute en augmentant le

paramegravetre de charge il peut deacutestabiliser certains nœuds du reacuteseau Cette deacutestabilisation risque

drsquoecirctre importante Pour ecirctre efficace un SSSC doit ecirctre implanteacute sur une ligne preacutesentant des

puissances maximales au point drsquoeffondrement

Les reacutesultats obtenus pour la stabiliteacute de tension restent valables pour le support du

profil de tension On peut toutefois noter que la stabiliteacute drsquoun nœud ne deacutepend pas

uniquement de son niveau de tension crsquoest-agrave-dire qursquoun nœud agrave tension eacuteleveacutee peut malgreacute

tout ecirctre instable

Gracircce agrave lrsquoinsertion de ces deux systegravemes FACTS on pourra suivant les cas eacuteviter un

effondrement de tension du reacuteseau Les FACTS ont donc un apport beacuteneacutefique en termes de

seacutecuriteacute du reacuteseau

108

Conclusion geacuteneacuterale

Conclusion geacuteneacuterale

109

Le deacuteveloppement de leacutelectronique de puissance a permet dameacuteliorer la gestion des

reacuteseaux eacutelectriques en introduisant un nouveau concept par les systegravemes de transmission de

leacutenergie agrave courant alternatif flexible appeleacutee FACTS avec lesquels le controcircle du flux de

puissance active et reacuteactive ainsi que laugmentation des capaciteacutes de charge des lignes sont

atteints et performeacutes par linjection des tension (ou courant) des convertisseur conccedilus avec des

interrupteurs statiques modernes commandeacutees en ouverture et en fermeture tels que les GTO

IGBT concernant la nouvelle geacuteneacuteration de ces systegravemes FACTS

Dans le contexte de lrsquoinsertion des systegravemes FACTS dans les reacuteseaux eacutelectriques nous

avons orienteacute nos travaux vers lrsquoeacutetude de la stabiliteacute de tension en reacutegime statique

speacutecialement lrsquoemplacement optimal des dispositifs FACTS en utilisant le calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance

Nous avons dans ce cadre choisi drsquoeacutetudier le comportement de deux dispositifs FACTS

qui sont

le Compensateur Statique Synchrone le STATCOM (Static Synchronous

Compensator)

le Conpensateur statique seacuterie synchrone le SSSC (Static Synchronous Series

Compensator

Ces dispositifs ont eacuteteacute choisis comme base de deacutepart en vue de lrsquoeacutetude ulteacuterieure de

systegravemes FACTS plus complexes

Lrsquoimpact des systegravemes FACTS sur lrsquoeffondrement de tension a eacuteteacute meneacute agrave bien agrave lrsquoaide

de deux logiciels le PSAT et le MATLAB et deux modegraveles FACTS ont eacuteteacute utiliseacutes Pour les

simulations statiques nous avons utiliseacute le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds le facteur de

charge a eacuteteacute calculeacute par la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF)

Cette technique a montreacute ses capaciteacutes agrave surmonter les problegravemes de la singulariteacute de la

matrice jacobienne rencontreacutes dans les algorithmes standards de calcul de lrsquoeacutecoulement de

puissance

Les simulations statiques ont montreacute lrsquoapport incontestable des FACTS dans

lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute de tension Le systegraveme FACTS shunt le STATCOM stabilise le

reacuteseau de faccedilon globale alors que le SSSC a un meilleur comportement local Lrsquoimplantation

Conclusion geacuteneacuterale

110

du SSSC doit ecirctre faite sur une ligne preacutesentant des puissances maximales au point de

lrsquoeffondrement Ces reacutesultats sont eacutegalement valables en ce qui concerne le support du profil

de tension Les FACTS ameacuteliorent le niveau de seacutecuriteacute du reacuteseau car on pourra gracircce agrave leur

insertion et suivant les cas eacuteviter lrsquoeffondrement de tension

Nous pouvons maintenant eacutenoncer quelques perspectives ayant pour objectif de

compleacuteter ce que nous avons preacutesenteacute dans ce rapport de meacutemoire

bull Comparaison entre tous les types des FACTS et leur impact sur le pheacutenomegravene de

lrsquoeffondrement de tension

bull Lorsque les compensations shunt et seacuterie seront bien connues nous pourrons alors nous

inteacuteresser aux deacutephaseurs commandeacutes par thyristors et agrave lrsquoUPFC le compensateur

universel qui reacuteunit agrave lui seul les fonctions FACTS de compensation shunt et seacuterie et de

deacutephasage

bull Pour les besoins de la deacutetermination de lrsquoemplacement optimal des FACTS nous

proposons pour un futur travail de deacutevelopper un programme baseacute sur les meacutethodes

heuristiques qui simule lrsquoemplacement optimal des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique

bull Le raccordement des eacutenergies renouvelables aux reacuteseaux intelligents dits laquosmart

gridsraquo lrsquoun des deacutefis des eacutenergies renouvelables telles que lrsquoeacuteolien ou le solaire reacuteside

dans le risque drsquointerruption de leur production dont la stabiliteacute est menaceacutee par leur

caractegravere aleacuteatoire Les systegravemes FACTS apportent une solution agrave ce problegraveme de

capaciteacute et de stabiliteacute du reacuteseau lequel integravegre une part croissante deacutenergie

renouvelable

111

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13 Juin 2009

115

Annexes

116

117

A Donneacutees du reacuteseau IEEE 39 nœuds

Lines Power

rating

(MVA)

Voltage

Rating

(kV)

Frequence

rating

(Hz)

Trnasfo-

magnitude

Resistance

(pu)

Reactance

(pu)

Supstance

1-2 100 100 60 000000 000350 004110 069870

1-39 100 100 60 000000 00010 002500 075000

1-39 100 100 60 000000 000200 005000 037500

2-3 100 100 60 000000 000130 001510 025720

2-25 100 100 60 000000 000700 000860 014600

3-4 100 100 60 000000 000130 002130 022140

3-18 100 100 60 000000 000110 001330 021380

4-15 100 100 60 000000 000080 001280 013420

4-14 100 100 60 000000 000080 001290 013820

5-6 100 100 60 000000 000020 000260 004340

5-8 100 100 60 000000 000080 001120 014760

6-7 100 100 60 000000 000060 000920 011300

6-11 100 100 60 000000 000070 000820 013890

7-8 100 100 60 000000 000040 000460 007800

8-9 100 100 60 000000 000230 003630 038040

9-39 100 100 60 000000 000100 002500 120000

10-11 100 100 60 000000 000040 000430 007290

10-13 100 100 60 000000 000040 000430 007290

13-14 100 100 60 000000 000090 001010 017230

14-15 100 100 60 000000 000180 002170 036600

15-16 100 100 60 000000 000090 000940 017100

16-17 100 100 60 000000 000070 000890 013420

16-19 100 100 60 000000 000160 001950 030400

16-21 100 100 60 000000 000080 001350 025480

16-24 100 100 60 000000 000030 000590 006800

17-18 100 100 60 000000 000070 000820 013190

17-27 100 100 60 000000 000130 001730 032160

21-22 100 100 60 000000 000080 001400 025650

22-23 100 100 60 000000 000060 000960 018460

23-24 100 100 60 000000 000220 003500 036100

25-26 100 100 60 000000 000320 003230 051300

26-27 100 100 60 000000 000140 001470 023960

26-28 100 100 60 000000 000430 004740 078020

26-29 100 100 60 000000 000570 006250 102900

28-29 100 100 60 000000 000140 001510 024900

2-30 100 100 60 102500 000000 001810 000000

6-31 100 100 60 107000 000000 002500 000000

6-31 100 100 60 107000 000000 005000 000000

10-32 100 100 60 107000 000000 002000 000000

12-11 100 100 60 100600 000160 004350 000000

12-13 100 100 60 100600 000160 004350 000000

19-20 100 100 60 106000 000070 001380 000000

19-33 100 100 60 107000 000070 001420 000000

20-34 100 100 60 100900 000090 001800 000000

22-35 100 100 60 102500 000000 001430 000000

23-36 100 100 60 100000 000050 002720 000000

25-37 100 100 60 102500 000060 002320 000000

29-38 100 100 60 102500 000080 001560 000000

118

Ndeg du geacuteneacuterateur

H (sec)

119877119886 119883prime119889 119883prime119902 119883119889 119883119902 119879prime119889119900 119879prime119902119900 119883119897

1 50000 0 00006 0008 002 0019 7 07 0003

2 303 0 00697 0170 0295 0282 656 15 0035

3 353 0 00531 00876 02495 0237 57 15 00304

4 286 0 00436 0166 0262 0258 569 15 00295

5 260 0 0132 0166 067 062 54 044 0054

6 348 0 005 00814 0254 0241 73 04 00224

7 264 0 0049 0186 0295 0292 566 15 00322

8 243 0 0057 00911 02920 0280 67 041 0028

9 345 0 0057 00587 02106 0205 479 196 00298

10 420 0 0031 0008 01 0069 102 0 00125

Ndeg du geacuteneacuterateur

119870119860 119879119860 119881119877119872119868119873 119881119877119872119860119883 119870119864 119879119864 119870119865 119879119865 1198621 1198622

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2 62 005 -10 10 -0633 0405 057 05 066 088

3 50 006 -10 10 -00198 05 008 10 013 034

4 50 006 -10 10 -00525 05 008 10 008 0314

5 400 002 -100 -100 -10 0785 003 10 007 091

6 50 002 -10 10 -00419 0417 00754 1246 0064 0251

7 400 002 -65 65 -10 073 003 10 053 074

8 50 002 -10 10 -0047 0528 00854 126 0072 0282

9 400 002 -105 105 -10 14 003 10 062 085

10 50 006 -10 10 -00485 025 004 1 008 026

Annexe A1 Donneacutees du reacuteseau IEEE 39-nœud

119

B Reacutesultats du power flow avec le PSAT

POWER FLOW REPORT

P S A T 219

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail federicomilanoucdie

website faraday1ucdiepsathtml

File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeb_d_Ieee39

Date 09-Jun-2017 153332

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 337

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

120

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 098837 -066635 0 0 0 0

BUS02 091007 -052232 0 0 0 0

BUS03 077924 -068701 0 0 73428 005473

BUS04 065385 -074122 0 0 114019 41959

BUS05 066496 -062088 0 0 0 -044217

BUS06 067682 -055724 0 0 0 0

BUS07 063518 -07578 0 0 53315 19155

BUS08 063731 -080455 0 0 119035 40135

BUS09 088016 -076257 0 0 0 0

BUS10 072414 -036303 0 0 0 0

BUS11 070043 -042663 0 0 0 0

BUS12 063569 -043042 0 0 019383 20067

BUS13 070204 -042245 0 0 0 0

BUS14 067659 -057193 0 0 0 0

BUS15 069422 -062942 0 0 72972 3489

BUS16 076104 -052743 0 0 75116 073656

BUS17 076356 -060644 0 0 0 0

BUS18 076264 -066831 0 0 3603 068411

BUS19 091709 -024485 0 0 0 0

BUS20 089167 -031561 0 0 155065 23488

BUS21 077199 -035331 0 0 62482 26224

BUS22 088171 -006877 0 0 0 0

BUS23 086321 -008056 0 0 56439 19292

BUS24 07756 -051796 0 0 70372 -21025

BUS25 093695 -045068 0 0 5108 10763

BUS26 083005 -050209 0 0 31697 038766

121

BUS27 077377 -062834 0 0 64079 17217

BUS28 086833 -029065 0 0 46976 062938

BUS29 090865 -013955 0 0 64649 061342

BUS30 10475 -04087 58254 95686 0 0

BUS31 098193 0 133488 175863 020979 01049

BUS32 098303 010972 151461 187014 0 0

BUS33 099716 -000678 147267 10807 0 0

BUS34 10123 -008336 118373 79733 0 0

BUS35 10492 017356 151459 157144 0 0

BUS36 10635 031043 13049 101381 0 0

BUS37 10278 -013919 125829 6659 0 0

BUS38 10265 018789 193404 113176 0 0

BUS39 103 -074024 233017 127501 251753 57009

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -07402

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 000039

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098206

e1d_Syn_2 000015

delta_Syn_3 011009

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098313

e1d_Syn_3 000028

delta_Syn_4 -00064

omega_Syn_4 1

122

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000032

delta_Syn_5 -008265

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000057

delta_Syn_6 017388

omega_Syn_6 1

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 031077

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 00003

delta_Syn_8 -013886

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000027

delta_Syn_9 018826

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000028

delta_Syn_10 -040867

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

123

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098193

vr1_Exc_2 10001

vr2_Exc_2 -1179

vf_Exc_2 098246

vm_Exc_3 098303

vr1_Exc_3 10012

vr2_Exc_3 -07868

vf_Exc_3 09835

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079795

vf_Exc_4 099744

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030385

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10492

vr1_Exc_6 10706

vr2_Exc_6 -067176

vf_Exc_6 10496

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10855

vr2_Exc_7 -031913

vf_Exc_7 10638

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073425

vf_Exc_8 1028

124

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57287

tg2_Tg_2 57287

tg3_Tg_2 43538

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

125

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

tg3_Tg_10 19

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 233017

p_Syn_1 233017

q_Syn_1 127501

vf_Syn_2 098246

pm_Syn_2 133489

p_Syn_2 133488

q_Syn_2 175863

vf_Syn_3 09835

pm_Syn_3 151461

p_Syn_3 151461

q_Syn_3 187014

vf_Syn_4 099744

pm_Syn_4 147267

p_Syn_4 147267

q_Syn_4 10807

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 118373

126

p_Syn_5 118373

q_Syn_5 79733

vf_Syn_6 10496

pm_Syn_6 151462

p_Syn_6 151459

q_Syn_6 157144

vf_Syn_7 10638

pm_Syn_7 13049

p_Syn_7 13049

q_Syn_7 101381

vf_Syn_8 1028

pm_Syn_8 125829

p_Syn_8 125829

q_Syn_8 6659

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 193404

p_Syn_9 193404

q_Syn_9 113176

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 58254

p_Syn_10 58254

q_Syn_10 95686

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

127

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -29402 20187 005093 -003257

BUS01 BUS39 2 14701 -10093 000582 -023653

BUS01 BUS39 3 14701 -10093 000582 -023653

BUS02 BUS03 4 83713 76933 020549 22022

BUS02 BUS25 5 -5537 18564 029017 023195

BUS03 BUS04 6 15723 44591 004916 069085

BUS03 BUS18 7 -07493 097723 000298 -0091

BUS04 BUS05 8 -40818 -009527 003119 044062

BUS04 BUS14 9 -57969 -033235 006305 095555

BUS05 BUS06 10 -111502 -18364 005774 073114

128

BUS05 BUS08 11 70371 17427 00953 12716

BUS06 BUS07 12 95297 33531 01339 20045

BUS06 BUS11 13 -75986 -083911 008922 097932

BUS07 BUS08 14 40642 -056691 001668 016022

BUS08 BUS09 15 -091415 -42695 010425 14208

BUS09 BUS39 16 -10184 -56903 003659 -018671

BUS10 BUS11 17 7823 34845 005605 056551

BUS10 BUS13 18 73231 32305 004896 048928

BUS13 BUS14 19 71513 16135 00984 10223

BUS14 BUS15 20 1193 -069671 000707 -008669

BUS15 BUS16 21 -61113 -4099 010049 095887

BUS16 BUS17 22 51209 -045295 00319 032762

BUS16 BUS19 23 -102938 -39142 033316 38445

BUS16 BUS21 24 -75106 041206 007824 11706

BUS16 BUS24 25 -10399 -18394 000228 00046

BUS17 BUS18 26 43783 -019098 002304 019313

BUS17 BUS27 27 071071 -058958 000167 -016774

BUS21 BUS22 28 -13837 -3381 027167 4578

BUS22 BUS23 29 10372 15681 000291 -009404

BUS23 BUS24 30 83187 33043 023923 35628

BUS25 BUS26 31 15326 27558 004095 001147

BUS26 BUS27 32 57848 2892 008598 07485

BUS26 BUS28 33 -3195 -031065 006372 013951

BUS26 BUS29 34 -42678 -022476 015083 087458

BUS28 BUS29 35 -79563 -10795 011934 10905

BUS02 BUS30 36 -58254 -74984 0 20702

BUS06 BUS31 37 -65695 -25408 0 61999

BUS06 BUS31 38 -65695 -25408 0 61999

BUS10 BUS32 39 -151461 -6715 0 119864

129

BUS12 BUS11 40 -007516 -099262 000397 010795

BUS12 BUS13 41 -011868 -10141 000418 011357

BUS19 BUS20 42 38649 -17168 001672 032972

BUS19 BUS33 43 -144918 -60419 02349 47652

BUS20 BUS34 44 -116584 -43953 01789 3578

BUS22 BUS35 45 -151459 -95271 0 61873

BUS23 BUS36 46 -129283 -35713 012071 65668

BUS25 BUS37 47 -124678 -22077 011512 44514

BUS29 BUS38 48 -189592 -38828 038127 74347

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 29911 -20513 005093 -003257

BUS39 BUS01 2 -14643 077281 000582 -023653

BUS39 BUS01 3 -14643 077281 000582 -023653

BUS03 BUS02 4 -81658 -54911 020549 22022

BUS25 BUS02 5 58272 -16244 029017 023195

BUS04 BUS03 6 -15231 -37683 004916 069085

BUS18 BUS03 7 075229 -10682 000298 -0091

BUS05 BUS04 8 4113 053589 003119 044062

BUS14 BUS04 9 58599 12879 006305 095555

BUS06 BUS05 10 112079 25676 005774 073114

BUS08 BUS05 11 -69418 -047112 00953 12716

BUS07 BUS06 12 -93958 -13486 01339 20045

BUS11 BUS06 13 76878 18184 008922 097932

BUS08 BUS07 14 -40476 072713 001668 016022

130

BUS09 BUS08 15 10184 56903 010425 14208

BUS39 BUS09 16 1055 55035 003659 -018671

BUS11 BUS10 17 -77669 -2919 005605 056551

BUS13 BUS10 18 -72742 -27412 004896 048928

BUS14 BUS13 19 -70529 -059119 00984 10223

BUS15 BUS14 20 -11859 061002 000707 -008669

BUS16 BUS15 21 62118 50579 010049 095887

BUS17 BUS16 22 -5089 078056 00319 032762

BUS19 BUS16 23 106269 77587 033316 38445

BUS21 BUS16 24 75888 075852 007824 11706

BUS24 BUS16 25 10422 1844 000228 00046

BUS18 BUS17 26 -43553 038412 002304 019313

BUS27 BUS17 27 -070903 042184 000167 -016774

BUS22 BUS21 28 141087 7959 027167 4578

BUS23 BUS22 29 -10343 -16621 000291 -009404

BUS24 BUS23 30 -80794 025853 023923 35628

BUS26 BUS25 31 -14917 -27443 004095 001147

BUS27 BUS26 32 -56988 -21435 008598 07485

BUS28 BUS26 33 32587 045016 006372 013951

BUS29 BUS26 34 44187 10993 015083 087458

BUS29 BUS28 35 80756 21701 011934 10905

BUS30 BUS02 36 58254 95686 0 20702

BUS31 BUS06 37 65695 87407 0 61999

BUS31 BUS06 38 65695 87407 0 61999

BUS32 BUS10 39 151461 187014 0 119864

BUS11 BUS12 40 007913 11006 000397 010795

BUS13 BUS12 41 012285 11277 000418 011357

BUS20 BUS19 42 -38482 20465 001672 032972

BUS33 BUS19 43 147267 10807 02349 47652

131

BUS34 BUS20 44 118373 79733 01789 3578

BUS35 BUS22 45 151459 157144 0 61873

BUS36 BUS23 46 13049 101381 012071 65668

BUS37 BUS25 47 125829 6659 011512 44514

BUS38 BUS29 48 193404 113176 038127 74347

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1443043

REACTIVE POWER [pu] 1212158

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1402543

REACTIVE POWER [pu] 31686

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 405

REACTIVE POWER [pu] 895298

Annexe B1 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds (eacutetat de base)

132

CONTINUATION POWER FLOW REPORT

P S A T 218

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail FedericoMilanouclmes

website httpwwwuclmesareagseeWebFederico

File Cworkworkpsat 216psat 218psattestsPFE _2017PFE_SEVersion 2PFE_SESimulation

STATCOM_version 2b_d_Ieee39satatcomN08

Date 18-Jun-2017 183446

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 500

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

133

BUS01 09982 -053682 0 0 0 0

BUS02 093356 -040526 0 0 0 0

BUS03 083248 -056145 0 0 74588 005559

BUS04 075506 -060782 0 0 115819 42622

BUS05 078731 -051917 0 0 0 -061985

BUS06 079546 -047221 0 0 0 0

BUS07 07767 -061636 0 0 54157 19458

BUS08 07846 -06495 0 1e-005 120915 093843

BUS09 094102 -062322 0 0 0 0

BUS10 081535 -031761 0 0 0 0

BUS11 080223 -03697 0 0 0 0

BUS12 074304 -037112 0 0 019689 20384

BUS13 079549 -036353 0 0 0 0

BUS14 076855 -047744 0 0 0 0

BUS15 075482 -05163 0 0 74124 35441

BUS16 080356 -042235 0 0 76302 074819

BUS17 080696 -049169 0 0 0 0

BUS18 08103 -054653 0 0 36599 069492

BUS19 093308 -015476 0 0 0 0

BUS20 089997 -022503 0 0 157514 23859

BUS21 080567 -026193 0 0 63469 26638

BUS22 090079 000883 0 0 0 0

BUS23 088298 -000265 0 0 57331 19597

BUS24 081562 -041378 0 0 71484 -21357

BUS25 095503 -033343 0 0 51887 10933

BUS26 085531 -038802 0 0 32198 039379

BUS27 080829 -050935 0 0 6509 17489

BUS28 08815 -018388 0 0 47718 063932

134

BUS29 091752 -003447 0 0 6567 062311

BUS30 10475 -029318 58951 82418 0 0

BUS31 098195 0 134949 126708 021311 010655

BUS32 098304 0104 153273 141443 0 0

BUS33 099716 008297 149029 9774 0 0

BUS34 10123 000838 119789 75294 0 0

BUS35 10493 024882 153272 14353 0 0

BUS36 10635 038446 132051 93699 0 0

BUS37 10278 -002369 127335 58893 0 0

BUS38 10265 029432 195718 107923 0 0

BUS39 103 -06063 235805 99174 255729 5791

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -060625

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 000039

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098204

e1d_Syn_2 000015

delta_Syn_3 010437

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098312

e1d_Syn_3 000029

delta_Syn_4 008336

omega_Syn_4 1

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000032

135

delta_Syn_5 000911

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000058

delta_Syn_6 024915

omega_Syn_6 1

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 03848

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 00003

delta_Syn_8 -002336

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000028

delta_Syn_9 02947

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000028

delta_Syn_10 -029314

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098195

136

vr1_Exc_2 099998

vr2_Exc_2 -11788

vf_Exc_2 098233

vm_Exc_3 098304

vr1_Exc_3 10011

vr2_Exc_3 -078672

vf_Exc_3 09834

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079793

vf_Exc_4 099742

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030384

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10493

vr1_Exc_6 10705

vr2_Exc_6 -067175

vf_Exc_6 10496

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10855

vr2_Exc_7 -031913

vf_Exc_7 10638

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073424

vf_Exc_8 10279

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

137

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57229

tg2_Tg_2 57229

tg3_Tg_2 43494

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

138

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

tg3_Tg_10 19

ist_Statcom_1 4

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 235805

p_Syn_1 235805

q_Syn_1 99174

vf_Syn_2 098233

pm_Syn_2 13495

p_Syn_2 134949

q_Syn_2 126708

vf_Syn_3 09834

pm_Syn_3 153273

p_Syn_3 153273

q_Syn_3 141443

vf_Syn_4 099742

pm_Syn_4 149029

p_Syn_4 149029

q_Syn_4 9774

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 119789

139

p_Syn_5 119789

q_Syn_5 75294

vf_Syn_6 10496

pm_Syn_6 153274

p_Syn_6 153272

q_Syn_6 14353

vf_Syn_7 10638

pm_Syn_7 132051

p_Syn_7 132051

q_Syn_7 93699

vf_Syn_8 10279

pm_Syn_8 127335

p_Syn_8 127335

q_Syn_8 58893

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 195718

p_Syn_9 195718

q_Syn_9 107923

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 58951

p_Syn_10 58951

q_Syn_10 82418

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

140

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

vref_Statcom_1 1087

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -28037 16564 004173 -016258

BUS01 BUS39 2 14018 -082822 000477 -026649

BUS01 BUS39 3 14018 -082822 000477 -026649

BUS02 BUS03 4 85352 60288 016491 17143

BUS02 BUS25 5 -54854 23382 028801 022363

BUS03 BUS04 6 15487 28864 002097 020373

BUS03 BUS18 7 -063723 13726 000397 -009632

BUS04 BUS05 8 -4203 -14955 002777 036443

BUS04 BUS14 9 -58512 -008406 004804 069451

141

BUS05 BUS06 10 -114092 -13397 004257 05262

BUS05 BUS08 11 71784 009964 006653 084029

BUS06 BUS07 12 97568 16469 009295 13554

BUS06 BUS11 13 -79267 038477 006971 0728

BUS07 BUS08 14 42481 -16543 001373 011035

BUS08 BUS09 15 -074523 -34437 004342 03998

BUS09 BUS39 16 -078866 -38435 001309 -084056

BUS10 BUS11 17 81006 19153 004175 040109

BUS10 BUS13 18 72267 32265 003778 035886

BUS13 BUS14 19 70483 18322 007572 074431

BUS14 BUS15 20 10733 030933 000404 -016363

BUS15 BUS16 21 -63432 -30711 007799 071062

BUS16 BUS17 22 50068 -056869 002747 02623

BUS16 BUS19 23 -10422 -32119 029317 33425

BUS16 BUS21 24 -76042 085882 007274 10625

BUS16 BUS24 25 -10319 -16082 000166 -001185

BUS17 BUS18 26 43215 -062084 002043 015313

BUS17 BUS27 27 06578 -021016 000089 -019797

BUS21 BUS22 28 -140238 -28675 025194 42217

BUS22 BUS23 29 10514 15365 000274 -010306

BUS23 BUS24 30 84048 27448 022283 32842

BUS25 BUS26 31 16596 25876 003759 -004213

BUS26 BUS27 32 59316 24294 007946 066838

BUS26 BUS28 33 -32111 -013633 006074 008103

BUS26 BUS29 34 -43183 -005718 014609 079232

BUS28 BUS29 35 -80436 -085668 011761 1067

BUS02 BUS30 36 -58951 -6548 0 16938

BUS06 BUS31 37 -66409 -19488 0 43334

BUS06 BUS31 38 -66409 -19488 0 43334

142

BUS10 BUS32 39 -153273 -51418 0 90025

BUS12 BUS11 40 -005903 -1078 000342 009294

BUS12 BUS13 41 -013786 -096038 000276 007506

BUS19 BUS20 42 39641 -13164 001576 031072

BUS19 BUS33 43 -146793 -52379 022361 4536

BUS20 BUS34 44 -118031 -4013 017582 35164

BUS22 BUS35 45 -153272 -86257 0 57273

BUS23 BUS36 46 -130892 -30649 01159 63049

BUS25 BUS37 47 -126217 -15664 01118 43229

BUS29 BUS38 48 -191925 -33962 037929 73961

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 28454 -1819 004173 -016258

BUS39 BUS01 2 -13971 056173 000477 -026649

BUS39 BUS01 3 -13971 056173 000477 -026649

BUS03 BUS02 4 -83702 -43145 016491 17143

BUS25 BUS02 5 57734 -21145 028801 022363

BUS04 BUS03 6 -15277 -26826 002097 020373

BUS18 BUS03 7 06412 -14689 000397 -009632

BUS05 BUS04 8 42307 18599 002777 036443

BUS14 BUS04 9 58993 077857 004804 069451

BUS06 BUS05 10 114517 18659 004257 05262

BUS08 BUS05 11 -71119 074065 006653 084029

BUS07 BUS06 12 -96638 -029146 009295 13554

BUS11 BUS06 13 79964 034323 006971 0728

143

BUS08 BUS07 14 -42344 17647 001373 011035

BUS09 BUS08 15 078866 38435 004342 03998

BUS39 BUS09 16 080175 3003 001309 -084056

BUS11 BUS10 17 -80589 -15142 004175 040109

BUS13 BUS10 18 -71889 -28677 003778 035886

BUS14 BUS13 19 -69726 -10879 007572 074431

BUS15 BUS14 20 -10693 -047297 000404 -016363

BUS16 BUS15 21 64212 37817 007799 071062

BUS17 BUS16 22 -49793 083099 002747 02623

BUS19 BUS16 23 107152 65544 029317 33425

BUS21 BUS16 24 76769 020366 007274 10625

BUS24 BUS16 25 10336 15963 000166 -001185

BUS18 BUS17 26 -43011 077397 002043 015313

BUS27 BUS17 27 -065692 001218 000089 -019797

BUS22 BUS21 28 142758 70892 025194 42217

BUS23 BUS22 29 -10486 -16395 000274 -010306

BUS24 BUS23 30 -8182 053938 022283 32842

BUS26 BUS25 31 -1622 -26297 003759 -004213

BUS27 BUS26 32 -58521 -17611 007946 066838

BUS28 BUS26 33 32719 021736 006074 008103

BUS29 BUS26 34 44644 08495 014609 079232

BUS29 BUS28 35 81612 19236 011761 1067

BUS30 BUS02 36 58951 82418 0 16938

BUS31 BUS06 37 66409 62821 0 43334

BUS31 BUS06 38 66409 62821 0 43334

BUS32 BUS10 39 153273 141443 0 90025

BUS11 BUS12 40 006245 1171 000342 009294

BUS13 BUS12 41 014062 10354 000276 007506

BUS20 BUS19 42 -39483 16271 001576 031072

144

BUS33 BUS19 43 149029 9774 022361 4536

BUS34 BUS20 44 119789 75294 017582 35164

BUS35 BUS22 45 153272 14353 0 57273

BUS36 BUS23 46 132051 93699 01159 63049

BUS37 BUS25 47 127335 58893 01118 43229

BUS38 BUS29 48 195718 107923 037929 73961

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1460172

REACTIVE POWER [pu] 102682

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1424692

REACTIVE POWER [pu] 288773

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 35479

REACTIVE POWER [pu] 738047

Annexe B2 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du

STATCOM au nœud 8 (Zone 1)

145

POWER FLOW REPORT

P S A T 219

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail federicomilanoucdie

website faraday1ucdiepsathtml

File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeteste ssscb_d00

Date 09-Jun-2017 153006

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 336

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 099097 -068975 0 0 0 0

BUS02 091781 -05429 0 0 0 0

BUS03 079734 -070717 0 0 75617 005636

BUS04 066326 -076185 0 0 117417 43209

BUS05 066473 -064183 0 0 0 -044187

146

BUS06 067567 -057647 0 0 0 0

BUS07 063172 -078416 0 0 54904 19726

BUS08 063378 -083261 0 0 122583 41331

BUS09 087869 -078891 0 0 0 0

BUS10 072734 -037936 0 0 0 0

BUS11 070208 -044367 0 0 0 0

BUS12 063793 -044818 0 0 019961 20665

BUS13 070846 -044069 0 0 0 0

BUS14 069215 -059233 0 0 0 0

BUS15 07407 -064955 0 0 75147 3593

BUS16 081822 -05593 0 0 77354 075851

BUS17 080501 -063045 0 0 0 0

BUS18 079536 -068866 0 0 37104 07045

BUS19 093754 -029105 0 0 0 0

BUS20 090167 -036109 0 0 159687 24188

BUS21 087 -041123 0 0 64345 27006

BUS22 10049 -018383 0 0 0 0

BUS23 095617 -018974 0 0 58121 19867

BUS24 084024 -055252 0 0 7247 -21652

BUS25 094412 -04701 0 0 52603 11084

BUS26 08466 -05244 0 0 32642 039922

BUS27 0802 -06492 0 0 65988 1773

BUS28 087316 -031212 0 0 48376 064814

BUS29 091081 -015774 0 0 66575 06317

BUS30 10475 -042699 5993 9148 0 0

BUS31 098193 0 137349 178813 021605 010802

BUS32 098303 010582 155818 187617 0 0

BUS33 099716 -005013 151503 95238 0 0

BUS34 10123 -012399 121778 74705 0 0

147

BUS35 10492 -014155 155816 166126 0 0

BUS36 10635 017417 134243 63977 0 0

BUS37 10278 -015159 129449 64436 0 0

BUS38 10265 017894 198968 113339 0 0

BUS39 103 -076593 23972 128843 259257 58709

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -076589

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 00004

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098206

e1d_Syn_2 000016

delta_Syn_3 01062

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098313

e1d_Syn_3 000029

delta_Syn_4 -004973

omega_Syn_4 1

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000033

delta_Syn_5 -012326

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000059

delta_Syn_6 -014122

omega_Syn_6 1

148

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 017452

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 000031

delta_Syn_8 -015125

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000028

delta_Syn_9 017933

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000029

delta_Syn_10 -042696

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098193

vr1_Exc_2 10001

vr2_Exc_2 -1179

vf_Exc_2 098247

vm_Exc_3 098303

vr1_Exc_3 10012

vr2_Exc_3 -07868

149

vf_Exc_3 09835

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079793

vf_Exc_4 099741

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030384

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10492

vr1_Exc_6 10706

vr2_Exc_6 -067177

vf_Exc_6 10497

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10854

vr2_Exc_7 -03191

vf_Exc_7 10637

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073425

vf_Exc_8 1028

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

150

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57296

tg2_Tg_2 57296

tg3_Tg_2 43545

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

151

tg3_Tg_10 19

vcs_Sssc_1 024834

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 23972

p_Syn_1 23972

q_Syn_1 128843

vf_Syn_2 098247

pm_Syn_2 137351

p_Syn_2 137349

q_Syn_2 178813

vf_Syn_3 09835

pm_Syn_3 155818

p_Syn_3 155818

q_Syn_3 187617

vf_Syn_4 099741

pm_Syn_4 151503

p_Syn_4 151503

q_Syn_4 95238

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 121778

p_Syn_5 121778

q_Syn_5 74705

vf_Syn_6 10497

pm_Syn_6 155819

p_Syn_6 155816

q_Syn_6 166126

152

vf_Syn_7 10637

pm_Syn_7 134243

p_Syn_7 134243

q_Syn_7 63977

vf_Syn_8 1028

pm_Syn_8 129449

p_Syn_8 129449

q_Syn_8 64436

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 198968

p_Syn_9 198968

q_Syn_9 113339

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 5993

p_Syn_10 5993

q_Syn_10 9148

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

153

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

v0_Sssc_1 024834

pref_Sssc_1 -65

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -30454 19186 005128 -003514

BUS01 BUS39 2 15227 -095928 000595 -023441

BUS01 BUS39 3 15227 -095928 000595 -023441

BUS02 BUS03 4 85484 71305 019364 20591

BUS02 BUS25 5 -56521 19983 030072 02429

BUS03 BUS04 6 16592 48844 005583 079567

BUS03 BUS18 7 -086611 013058 000137 -011907

BUS04 BUS05 8 -40971 039838 003086 043458

BUS04 BUS14 9 -60412 -063061 006702 10172

BUS05 BUS06 10 -114034 -15612 005995 075982

BUS05 BUS08 11 72754 19668 010307 13807

BUS06 BUS07 12 98009 356 014314 21465

BUS06 BUS11 13 -77454 -1037 009353 10297

BUS07 BUS08 14 41674 -055909 00177 017236

154

BUS08 BUS09 15 -093637 -42784 010612 14517

BUS09 BUS39 16 -10425 -57301 003733 -016642

BUS10 BUS11 17 79843 37573 005898 059683

BUS10 BUS13 18 75975 26941 004921 049144

BUS13 BUS14 19 74265 099622 010083 10471

BUS14 BUS15 20 12175 -16987 001532 -000336

BUS15 BUS16 21 -63125 -52883 011043 10493

BUS16 BUS17 22 53385 093664 003081 030328

BUS16 BUS19 23 -106504 -28279 028885 3285

BUS16 BUS21 24 -79033 -21786 007988 11662

BUS16 BUS24 25 -094316 -30262 000444 004057

BUS17 BUS18 26 46012 064426 002338 018941

BUS17 BUS27 27 07065 -001089 000102 -019408

BUS21 BUS22 28 -144177 -60454 02571 42727

BUS22 BUS23 29 090684 49468 001558 007174

BUS23 BUS24 30 84057 39679 021112 30663

BUS25 BUS26 31 16131 24983 003604 -004873

BUS26 BUS27 32 59739 2273 008058 068314

BUS26 BUS28 33 -32701 -010726 006433 013216

BUS26 BUS29 34 -4391 -001791 015431 089643

BUS28 BUS29 35 -81721 -088757 012378 11369

BUS02 BUS30 36 -5993 -71751 0 1973

BUS06 BUS31 37 -67594 -2422 0 64646

BUS06 BUS31 38 -67594 -2422 0 64646

BUS10 BUS32 39 -155818 -64515 0 123103

BUS12 BUS11 40 -008249 -098751 000391 010623

BUS12 BUS13 41 -011712 -1079 000469 012744

BUS19 BUS20 42 39856 -11624 001542 030405

BUS19 BUS33 43 -149249 -49505 022544 45733

155

BUS20 BUS34 44 -119985 -38853 017926 35853

BUS22 BUS35 45 -155816 -15265 0 13477

BUS23 BUS36 46 -133266 -10795 009776 53183

BUS25 BUS37 47 -128261 -18513 011877 45923

BUS29 BUS38 48 -194987 -35705 039812 77634

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 30966 -19537 005128 -003514

BUS39 BUS01 2 -15167 072488 000595 -023441

BUS39 BUS01 3 -15167 072488 000595 -023441

BUS03 BUS02 4 -83548 -50713 019364 20591

BUS25 BUS02 5 59528 -17554 030072 02429

BUS04 BUS03 6 -16034 -40887 005583 079567

BUS18 BUS03 7 086747 -024965 000137 -011907

BUS05 BUS04 8 4128 003621 003086 043458

BUS14 BUS04 9 61082 16479 006702 10172

BUS06 BUS05 10 114633 2321 005995 075982

BUS08 BUS05 11 -71723 -058609 010307 13807

BUS07 BUS06 12 -96578 -14135 014314 21465

BUS11 BUS06 13 78389 20668 009353 10297

BUS08 BUS07 14 -41497 073145 00177 017236

BUS09 BUS08 15 10425 57301 010612 14517

BUS39 BUS09 16 10798 55637 003733 -016642

BUS11 BUS10 17 -79253 -31605 005898 059683

BUS13 BUS10 18 -75483 -22027 004921 049144

156

BUS14 BUS13 19 -73257 005086 010083 10471

BUS15 BUS14 20 -12022 16953 001532 -000336

BUS16 BUS15 21 64229 63376 011043 10493

BUS17 BUS16 22 -53077 -063336 003081 030328

BUS19 BUS16 23 109393 61129 028885 3285

BUS21 BUS16 24 79832 33448 007988 11662

BUS24 BUS16 25 09476 30668 000444 004057

BUS18 BUS17 26 -45779 -045485 002338 018941

BUS27 BUS17 27 -070548 -018318 000102 -019408

BUS22 BUS21 28 146748 103181 02571 42727

BUS23 BUS22 29 -089126 -48751 001558 007174

BUS24 BUS23 30 -81946 -090159 021112 30663

BUS26 BUS25 31 -1577 -2547 003604 -004873

BUS27 BUS26 32 -58934 -15898 008058 068314

BUS28 BUS26 33 33345 023942 006433 013216

BUS29 BUS26 34 45453 091434 015431 089643

BUS29 BUS28 35 82958 20245 012378 11369

BUS30 BUS02 36 5993 9148 0 1973

BUS31 BUS06 37 67594 88866 0 64646

BUS31 BUS06 38 67594 88866 0 64646

BUS32 BUS10 39 155818 187617 0 123103

BUS11 BUS12 40 00864 10937 000391 010623

BUS13 BUS12 41 012181 12065 000469 012744

BUS20 BUS19 42 -39702 14665 001542 030405

BUS33 BUS19 43 151503 95238 022544 45733

BUS34 BUS20 44 121778 74705 017926 35853

BUS35 BUS22 45 155816 166126 0 13477

BUS36 BUS23 46 134243 63977 009776 53183

BUS37 BUS25 47 129449 64436 011877 45923

157

BUS38 BUS29 48 198968 113339 039812 77634

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1484574

REACTIVE POWER [pu] 1164575

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1444346

REACTIVE POWER [pu] 326439

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 40229

REACTIVE POWER [pu] 838136

Annexe B3 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du

SSSC agrave la linge 45 (Zone 3)

Page 4: Mémoire - pmb.univ-saida.dz

من لها لما الماضية القليلة السنوات خلال سريعا تطورا شهدت التي المجالات من ( FACTS ) المرنة النقل أنظمة

قدرة

سرعة وقد تم القيام بالعديد من الدراسات على هذه الأنظمة لزيادة الكهربائية تحسين أداء شبكات النقل على كبيرة

الممانعة وزاوية الطور( الجهدالسيطرة على معاملات الخطوط )

على SSSC و STATCOMنظمة النقل المرنة أنموذجان من تأثيرھو المذكرة ھذه في ساسىى الأالهد ف

القدرة قباستخدام تقنية الحساب المستمر لتدف توترمشكلة انهيار ال

القدرة قالحساب المستمر لتدف توترال انهيار STATCOM SSSCالمرنة النقل أنظمة ةمفتاحی كلمات

ملخص

Table des matiegraveres

Contexte de lrsquoeacutetude et eacutetat de lrsquoart

I1) Introduction 13

I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique 14

I21) De la centrale aux abonneacutes 14

I 3) Fonctionnement du reacuteseau eacutelectrique 16

I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectrique 16

I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie 17

I411) Reacuteseaux drsquoutilisation 17

I412) Reacuteseaux de distribution 18

I413) Reacuteseaux de reacutepartition 18

I414) Reacuteseaux de transport 18

I42) Topologie des reacuteseaux

I421) Reacuteseaux radiaux

I422) Reacuteseaux boucleacutes

I423) Reacuteseaux mailleacutes

18

18

19

20

Liste des figures 03

Liste des tableaux 05

Liste des acronymes 06

Liste des symboles 08

Introduction geacuteneacuterale 09

Table des matiegraveres

Chapitre I

I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques 20

I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du

Maghreb Arabe

21

I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique 22

I61) Qualiteacute de la tension 22

I611) Amplitude 22

I612) Freacutequence 23

I613) Forme Drsquoonde 23

I614) Symeacutetrie 23

I62) Qualiteacute du courant 23

I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique 24

I71) Classification des perturbations eacutelectriques 24

I711) Creux de tension et coupures 24

a) Origines de creux de tension et coupures 25

I712) Harmonique 26

a) Inters harmoniques 26

b) Infra-harmoniques 26

c) Conseacutequences des harmoniques 26

d) Les principales sources drsquoharmoniques 26

I713) Surtensions 27

a) Origine ou causes des surtensions 28

I714) Variations et fluctuations de tension 28

a) Origines des variations et fluctuations de tension 28

I715) Deacuteseacutequilibres 29

a) Origines de Deacuteseacutequilibres 29

I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations 29

I72) Le system de protection 30

I8) La Stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31

I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31

I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 31

I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire) 32

I8211) Stabiliteacute Angulaire Aux Petites Perturbations 33

I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

transitoire

34

I822) Stabiliteacute de la freacutequence 35

I823) Stabiliteacute de tension 35

I8231) Instabiliteacute de la tension 35

I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension 36

I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites

perturbations

36

I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes

perturbations

36

I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension 36

I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation 37

I92) Charge appeleacutee trop importante 37

I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport 37

I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 38

I11) Conclusion 40

Le concept des FACTS

II1) Introduction 42

II2) Le concept FACTS 42

II21) Fonctionnement des FACTS

II22) Contexte algeacuterien

44

45

II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS 47

II3) Les dispositifs FACTS 47

II4) Classification des dispositifs FACTS 48

II41) Classification selon la geacuteneacuteration 48

II411) Geacuteneacuteration I 48

II412) Geacuteneacuteration II 48

II413) Geacuteneacuteration III 48

II42) Classification selon la cateacutegorie 48

II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS 49

a) Dispositifs FACTS Shunt 49

Compensateur statique de puissance reacuteactive (SVC) 49

Compensateur statique synchrone ( STATCOM) 49

Geacuteneacuterateur statique synchrone (SSG) 49

Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (SVG) 50

Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (SVS) 50

Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (TCBR) 50

b) Dispositifs FACTS seacuteries 51

Controcircleur de transit de puissance entre lignes (IPFC) 51

Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (TCSC) 51

Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (TSSC) 51

Chapitre II

Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (TCSR) 51

Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (TSSR) 52

Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (SSSC) 52

c) Dispositifs FACTS hybrides 52

Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (UPFC) 52

Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (TCPST) 52

Reacutegulateur de puissance interphases (IPC) 52

d) Autres dispositifs FACTS 53

Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVL) 53

Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVR) 53

II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors 54

Compensateur synchrone statique(STATCOM) 54

Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC) 58

II6) Coucirct des dispositifs FACTS 62

II7) Synthegravese des dispositifs FACTS 63

II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie des

dispositifs FACTS

63

II9) Conclusion 64

Modeacutelisation du systegraveme eacutetudieacute de la charge au reacuteseau complet

III1) Introduction 67

III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS 67

III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs 67

III22) Modegraveles des charges 69

III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt 69

III24) Modegraveles de la ligne 70

Chapitre III

III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques 71

III26) Modegraveles du transformateur 72

III27) Modeacutelisation de la machine synchrone 73

III28) Modeacutelisation du STATCOM 74

III29) Modeacutelisation du SSSC 75

III3) Conclusion 78

IV1) Introduction 80

IV2) Outils de simulation 81

IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 82

IV31) Facteur de charger et les directions de puissance 83

IV32) Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance 84

IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE39 nœuds 87

IV41) Preacutesentation du reacuteseau 87

IV5) Emplacement du STATCOM 91

IV51) Impact du STATCOM 92

IV511) Profils des tensions et les pertes de puissance dans le

systegraveme

94

IV512) Synthegravese 98

IV6) Emplacement du SSSC 99

IV61) Impact du SSSC 100

IV611) SSSC inseacutereacute sur la linge 45 103

IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 104

IV613) Synthegravese 106

IV7) Conclusion 107

Chapitre IV

Ameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau de transport par les FACTS

Conclusion geacuteneacuterale 109

Bibliographies 112

Annexes 116

Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique 14

Figure I2 Reacuteseaux publique 15

Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique 17

Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial 19

Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute 19

Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute 20

Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension 24

Figure I8 Paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12) 25

Figure I9 Harmoniques 27

Figure I10 Exemple de surtension 27

Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension 28

Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension 29

Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques 30

Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique 32

Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps 34

Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 39

Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif 43

Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar 46

Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie 47

Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie 48

Figure II5 Classification des dispositifs FACTS 54

Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM 55

Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM 56

Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM 57

Liste des figures

Figure II9 Scheacutema de base du SSSC 58

Figure II10

Figure II11

Figure II12

Figure II13

Caracteacuteristique statiques du SSSC

Principe de fonctionnement de SSSC

Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple

Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du

SSSC

59

60

61

61

Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur 68

Figure III2 Modegravele des charges 69

Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt 70

Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport 70

Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur 72

Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone 73

Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM 74

Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation 76

Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT 82

Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink 82

Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas preacutedicteur) 85

Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas correcteur) 86

Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas correcteur obtenu

par les moyens de la parameacutetrisation locale

87

Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds 88

Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds 89

Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS 90

Figure IV9 Profile de tension du reacuteseau IEEE 39-nœuds 91

Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone 91

Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1 du systegraveme (eacutetat de base) 92

Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme (eacutetat de base) 92

Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de base 92

Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8 94

Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8 94

Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 8 95

Figure IV17 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 8 95

Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM 95

Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 03 96

Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 15 96

Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 15 97

Figure IV23 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV24 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV25 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 15 98

Figure IV26 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 15 98

Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents

emplacements du STATCOM

98

Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du

STATCOM

99

Figure IV29 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement 100

Figure IV30 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement 100

Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge15 102

Figure IV35 Profils de pertes de puissance actives avec SSSC sur la ligne 15 102

Figure IV36 Profils de pertes de puissance reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15 102

Figure IV37 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103

Figure IV38 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103

Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge 45 104

Figure IV41 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV42 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge48 105

Figure IV45 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV46 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC 106

Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents emplacements du

SSSC

106

Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS 62

Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS 63

Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme 72

Liste des tableaux

kV Kilovolt

Hz Hertz

THT Tregraves haute tension

UHT Ultra haute tension

Km Kilomegravetre

HTB Haute tension

RTE Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute

HTA Moyenne tension

BT Basse tension

SDO Socieacuteteacute de distribution de lrsquoouest

UMA Union du Maghreb Arabe

ONE Office National Marocain de lrsquoElectriciteacute

STEG Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz

Comelec Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute

IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Eacutelectriciteacute et en Eacutelectronique

CEI Commission eacutelectrotechnique internationale

119880119903119890119891 Tension de reacutefeacuterence

ms Mili-seconde

rms Root means square

pu Systegraveme de valeur relative (Per unit )

CPF Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance

GW Geacutegawatts

PSAT Power System Analysis Toolbox

AC Alternative Current (Courant altenatif)

IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Electriciteacute et en Electronique

Liste des acronymes

∆U Diffeacuterence de tension

∆T Diffeacuterence de temps

FACTS Flexible Alternating Current Transmission System

STATCOM Compensateur Statique Synchrone

SSSC

GTO

Compensateur Statique seacuterie synchrone

Gate Turn Off

119881119904 Tension de la source

119881119903 Tension de la charge

119868119898119886119909 Courant maximal

119868119898119894119899 Courant minimal

MLI Modulation par largeur dimpulsion

119881119904ℎ Tension (shunt) injecteacutee par le STATCOM

119876119904ℎ Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le STATCOM

119876119903 Puissance reacuteactive demandeacutee par la charge

119868119904ℎ Courant (shunt) injecteacute par le STATCOM

119881119904119890 Tension (seacuterie) injecteacute par le SSSC

119883119897 Reacuteactance de la ligne de transport

X Reacuteactance totale du reacuteseau

119883119890119891119891 Reacuteactance effective

V Tension de source

B Susceptance

119883119886 Reacuteactance seacuterie limitant les transitoires

119868119902 Composante du courant de la ligne sur lrsquoaxe q

119868prime119902 Composante du courant fourni par le compensateur shunt sur lrsquoaxe q

119881119904119902 Composante de la tension de la source sur lrsquoaxe q

119883119894 Angle de commutation

119868119897 Courant de ligne

λ Facteur de charge

Liste des symboles

Introduction geacuteneacuterale

INTRODUCTION GENERALE

9

Aujourdrsquohui la consommation de leacutenergie eacutelectrique et le sceacutenario des systegravemes

dalimentation est hautement complexe et interconnecteacute il y a un grand besoin

dameacuteliorer lutilisation deacutenergie eacutelectrique tout en conservant sa fiabiliteacute et sa seacutecuriteacute

Lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecoulement de puissance et la stabiliteacute dans le langage du systegraveme

eacutelectrique est la solution de leacutetat deacutequilibre des reacuteseaux Habituellement une centrale nest

pas situeacutee agrave proximiteacute du centre de charge mais elle peut ecirctre loin du centre de distribution

en raison de circonstances diverses Pour reacutepondre agrave la demande de puissance sans

cesse croissante les services publics preacutefegraverent sappuyer sur la production de

leacutelectriciteacute deacutejagrave existante au lieu de construire de nouvelles lignes de transmission qui

sont limiteacutees par des contraintes diverses

Les reacuteseaux eacutelectriques jusquagrave ces derniegraveres anneacutees sont controcircleacutes

meacutecaniquement malgreacute lutilisation de la microeacutelectronique des ordinateurs et des

moyens rapides de teacuteleacutecommunication dans le controcircle des reacuteseaux la derniegravere action dans

ces systegravemes de commande est prise avec des dispositifs meacutecaniques ayant un temps

de reacuteponse plus au moins long et avec lesquels laction damorccedilage et de reacuteamorccedilage

ne peut ecirctre reacutepeacutetitivement exeacutecuteacute agrave une freacutequence eacuteleveacutee

Les eacuteleacutements proposeacutes qui permettent drsquoameacuteliorer les systegravemes sont les dispositifs

FACTS laquo Flexible Alternating Current Transmission System raquo Les dispositifs FACTS font

en geacuteneacuteral appel agrave leacutelectronique de puissance des microprocesseurs de lautomatique des

teacuteleacutecommunications et des logiciels pour parvenir agrave controcircler les systegravemes de puissance Ce

sont des eacuteleacutements de reacuteponse rapide Ils donnent en principe un controcircle plus souple

de leacutecoulement de puissance Ils donnent aussi la possibiliteacute de charger les lignes de transit

agrave des valeurs pregraves de leur limite thermique et augmentent la capaciteacute de transfegravere de la

puissance dune reacutegion agrave une autre Ils Limitent aussi les effets des deacutefauts et

des deacutefaillances de leacutequipement et stabilisent le comportement du reacuteseau eacutelectrique

Lrsquoeacutetude du comportement de la tension dans les reacuteseaux eacutelectriques est devenue une

preacuteoccupation majeure des exploitants et planificateurs de ces systegravemes En fait plusieurs

incidents geacuteneacuteraliseacutes survenus dans le monde ont eacuteteacute associeacutes agrave des instabiliteacutes de tension Ce

mode drsquoinstabiliteacute nrsquoest pas encore bien maicirctriseacute compareacute au mode drsquoinstabiliteacute angulaire

(dynamique et transitoire) En effet le meacutecanisme causant lrsquoinstabiliteacute de tension semble lrsquoun

des plus importants problegravemes agrave clarifier Aujourdrsquohui encore il nrsquoy a pas une theacuteorie

INTRODUCTION GENERALE

10

disponible et largement accepteacutee pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension Les problegravemes lieacutes agrave

ce type drsquoinstabiliteacute constituent alors dans plusieurs pays un axe de recherche tregraves important

Des releveacutes sur les incidents survenus durant les derniegraveres deacutecennies ont montreacute que

lrsquoeffondrement de tension intervient geacuteneacuteralement suite agrave une perturbation majeure ou agrave une

augmentation importante de la charge sur un reacuteseau eacutelectrique soumis agrave de fortes contraintes

Ce reacuteseau srsquoaffaiblit et sa consommation reacuteactive srsquoaccroicirct Le pheacutenomegravene est alors

caracteacuteriseacute par une baisse progressive de la tension dans une ou plusieurs reacutegions

consommatrices et qui va en srsquoacceacuteleacuterant au bout de quelques minutes La deacutegradation de la

tension au niveau des charges est alors telle qursquoelle entraicircne des interruptions de service dont

les causes directes peuvent ecirctre

- Manque de tension

- Augmentation des pertes reacuteactive du reacuteseau

La deacutefaillance du reacuteglage de la tension au niveau des bornes des groupes a pour

conseacutequence une acceacuteleacuteration de la deacutegradation du plan de la tension qui peut aller jusqursquoagrave

des deacuteclenchements en cascade de groupes et de lignes et un effondrement geacuteneacuteral du reacuteseau

Dans cette situation les moyens classiques de controcircle des reacuteseaux (transformateur agrave

prises reacuteglables en charge transformateurs deacutephaseurs compensateurs seacuterie ou parallegravele

commuteacutes par disjoncteurs modification des consignes de production changement de

topologie du reacuteseau et action sur lexcitation des geacuteneacuterateurs) pourraient dans lavenir saveacuterer

trop lents et insuffisants pour reacutepondre efficacement aux problegravemes drsquoinstabiliteacute du reacuteseau

compte tenu notamment des nouvelles contraintes Il faudra donc compleacuteter leur action en

mettant en œuvre des dispositifs eacutelectroniques de puissance ayant des temps de reacuteponse

courts qui sont les FACTS

Le maintien de lrsquoeacutequilibre entre la production et la consommation neacutecessite alors une

surveillance permanente du systegraveme afin drsquoassurer la qualiteacute du service (problegraveme de

conduite) garantir sa seacutecuriteacute (problegraveme de protection) et sa stabiliteacute (problegraveme de reacuteglage)

Ainsi le premier chapitre de ce meacutemoire est consacreacute agrave une introduction geacuteneacuterale aux

problegravemes que rencontrent actuellement les reacuteseaux eacutelectriques Nous preacutesenterons ensuite La

INTRODUCTION GENERALE

11

stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

Dans le deuxiegraveme chapitre nous preacutesenterons le concept FACTS et plus

particuliegraverement le contexte Algeacuterien ainsi la conception et le principe de fonctionnement de

deux systegravemes FACTS qui seront retenus pour la suite de cette eacutetude

Dans le troisiegraveme chapitre nous preacutesenterons la modeacutelisation de deux systegravemes FACTS

qui sont retenus pour la simulation La modeacutelisation des eacuteleacutements des reacuteseaux sera eacutegalement

eacutevoqueacutee

Le chapitre quatre preacutesentera les reacutesultats des simulations lors de lrsquoeffondrement de

tension Ces tests concernent lrsquoimpact des dispositifs FACTS sur le pheacutenomegravene de

lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de

puissance (CPF) Nous utiliserons pour cela le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds

Lorsque tout ce qui preacutecegravede aura eacuteteacute exposeacute il ne nous restera plus qursquoagrave conclure et agrave

proposer des perspectives drsquoeacutetudes futures permettant de compleacuteter le travail reacutealiseacute tout au

long de ce meacutemoire

12

Chapitre 1

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

13

CHAPITRE I

I1) Introduction

Lrsquoeacutenergie eacutelectrique est la forme drsquoeacutenergie la plus largement reacutepandue car elle est

facilement transportable avec un rendement eacuteleveacute et un coucirct raisonnable Un reacuteseau eacutelectrique

est un ensemble dinfrastructures dont le but est dacheminer de leacutenergie eacutelectrique agrave partir de

centres de production vers les consommateurs deacutelectriciteacute (charge) Le premier reacuteseau

eacutelectrique a vu le jour aux Etats Unis en 1882 et a eacuteteacute conccedilu par Thomas

Edison Crsquoeacutetait un reacuteseau local agrave courant continu et servait agrave assurer lrsquoeacuteclairage de la reacutegion de

Manhattan La distribution de lrsquoeacutenergie eacutetait assureacutee par des cacircbles souterrains

Avec lrsquoinvention du transformateur par William Stanley en 1885 et celle du moteur agrave

courant alternatif par Nikola Tesla en 1888 les reacuteseaux agrave courant alternatif commencegraverent agrave

prendre le pas sur les reacuteseaux agrave courant continu du fait qursquoil eacutetait devenu possible drsquoacheminer

plus de puissance sur de plus grandes distances gracircce agrave des niveaux de tension plus eacuteleveacutes

Un autre avantage non neacutegligeable du courant alternatif est la suppression du collecteur

donc des problegravemes de commutation dans les alternateurs ce qui a permis de construire des

alternateurs de grande puissance agrave moyenne tension Les reacuteseaux eacutetaient drsquoabord monophaseacutes

puis triphaseacutes (23 kV en 1893) et agrave diffeacuterentes freacutequences (28Hz agrave 133Hz) Progressivement

la neacutecessiteacute de mise en fonctionnement en parallegravele et drsquointerconnexion des diffeacuterents reacuteseaux

a conduit agrave la standardisation de la freacutequence

60 Hz aux Etats Unis et au Canada

50 Hz pour la majoriteacute des pays en Afrique Asie et Europe

Les niveaux de tensions ont eux aussi eacutevolueacute graduellement jusqursquoagrave atteindre

aujourdrsquohui lrsquoUltra Haute tension 765 kV en service aux Etats Unis et ce depuis 1969Le

transport drsquoeacutenergie eacutelectrique sur de tregraves grandes distances est devenu plus avantageux en

courant continu qursquoen alternatif et ce gracircce au deacuteveloppement de lrsquoeacutelectronique de puissance

Ainsi il est plus eacuteconomique de convertir la THT ou UHT de lrsquoalternatif au continu de

transporter lrsquoeacutenergie eacutelectrique agrave lrsquoaide de deux lignes et de la reconvertir agrave lrsquoautre extreacutemiteacute

Des eacutetudes ont montreacute qursquoil eacutetait avantageux de recourir au courant continu lorsqursquoil

srsquoagissait de transporter de lrsquoeacutenergie eacutelectrique sur des distances supeacuterieures ou eacutegales agrave 500

km

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

14

CHAPITRE I

Lrsquoaccroissement eacutenorme de la demande de lrsquoeacutenergie eacutelectrique et les contraintes

eacuteconomiques de construire de nouveaux ouvrages conduisent agrave lrsquoexploitation des reacuteseaux

eacutelectriques preacutes de leurs limites de stabiliteacute et de seacutecuriteacute En effet lrsquoinstabiliteacute des reacuteseaux

eacutelectriques preacutesente un problegraveme majeur dans le bon fonctionnement de ces derniers autour du

monde Les perturbations ineacutevitables telles que les courts circuits les indisponibiliteacutes

momentaneacutees des lignes de transmission des geacuteneacuterateurs les transformateurs ainsi que les

pertes dans les lignes peuvent affecter le reacuteseau eacutelectrique agrave tout instant et lrsquoamener en dehors

de sa zone de stabiliteacute La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique est donc la proprieacuteteacute qui lui permet

de rester dans un eacutetat drsquoeacutequilibre pour des conditions de fonctionnement normales et de

retrouver un eacutetat drsquoeacutequilibre acceptable suite agrave une perturbation

I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique

Les reacuteseaux eacutelectriques (transport et distribution) ont pour rocircle drsquoacheminer lrsquoeacutenergie

des sites de production vers les lieux de consommation avec des eacutetapes de baisse du niveau

de tension dans des postes de transformation

Les reacuteseaux eacutelectriques ont pour fonction dinterconnecter les centres

de production tels que les centrales hydrauliques thermiquesetc avec les centres de

consommation (villes usines) [1]

I21) De la centrale aux abonneacutes

La tension agrave la sortie des grandes centrales est porteacutee agrave 400 000 volts (ou 400 kV) pour

limiter les pertes drsquoeacutenergies sous forme de chaleur dans les cacircbles des lignes eacutelectriques de

transport (ce sont les pertes par laquo effets de joule raquo) Ensuite la tension est progressivement

reacuteduite au plus preacutes de la consommation pour arriver aux diffeacuterents niveaux de tension

auxquels sont raccordeacutes les consommateurs (figure I1)

Centrale

De

Production

Poste de

Transformation

THT HT

Poste de

Transformation

MT BT

Poste de

Transformation

HT HT

Abonneacutes HT Abonneacutes BT Abonneacutes MT

Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique

Poste de

Transformation

HTMT

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

15

CHAPITRE I

Les reacuteseaux publics drsquoeacutelectriciteacute (figure I2) sont constitueacutes drsquoun ensemble de

conducteurs et de postes eacutelectriques permettant drsquoacheminer lrsquoeacutenergie depuis les installations

de production jusqursquoaux installations de consommation

Les conducteurs sont les lignes aeacuteriennes ou les cacircbles souterrains (ou les cacircblages

courant en faccedilades drsquoimmeubles) desservant le territoire selon un scheacutema mailleacute ou

arborescent Pour des raisons tenant agrave des calculs technico-eacuteconomiques ils sont exploiteacutes agrave

diffeacuterents niveaux de tension

Les postes eacutelectriques sont situeacutes aux nœuds du maillage ou de lrsquoarborescence des

conducteurs Ils accueillent les transformateurs (pour le changement de niveau de tension) les

organes drsquoaiguillage et de manœuvre des flux et les eacutequipements de surveillance et de seacutecuriteacute

du reacuteseau [2]

Le but premier dun reacuteseau deacutenergie est de pouvoir alimenter la demande des

consommateurs Comme on ne peut encore stocker eacuteconomiquement et en grande quantiteacute

leacutenergie eacutelectrique il faut pouvoir maintenir en permanence leacutegaliteacute [3]

(I1)

Figure I2 Reacuteseaux publiques

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

16

CHAPITRE I

Le reacuteseau eacutelectrique est exploiteacute de maniegravere agrave assurer trois principaux objectifs

bull La distribution drsquoeacutelectriciteacute doit pouvoir ecirctre garantie et ce malgreacute les aleacuteas du reacuteseau

En effet celle-ci est un enjeu agrave la fois financier et de seacutecuriteacute pour les biens mateacuteriels

et des personnes Ainsi lrsquoopeacuterateur du reacuteseau doit ecirctre capable de faire face agrave ces aleacuteas

et drsquoeacuteviter les deacutegacircts potentiels ainsi que leurs propagations Cet enjeu de sucircreteacute de

fonctionnement en reacutegime normal et en reacutegime perturbeacute est un des premiers objectifs

bull Lrsquoonde de tension fait lrsquoobjet drsquoengagement contractuel que lrsquoopeacuterateur se doit de

ternir en respectant une regravegle drsquoeacutegaliteacute cest-agrave-dire une impartialiteacute entre clients en

conservant une continuiteacute de service maximale

bull Le dernier objectif drsquoexploitation est un objectif eacuteconomique lrsquoexploitation doit ecirctre

meneacutee de maniegravere optimale dans le but de reacuteduire les pertes ainsi que les coucircts de

maintenance et drsquoinvestissement Drsquoautre part lrsquoexploitation doit favoriser lrsquoouverture

du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute

I 3) Fonctionnent du reacuteseau eacutelectrique

Lrsquoeacutelectriciteacute produite par les centrales est drsquoabord achemineacutee sur de longues distances

dans des lignes agrave haute tension (HTB) geacutereacutees par RTE (Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute)

Elle est ensuite transformeacutee en eacutelectriciteacute agrave la tension HTA pour pouvoir ecirctre

achemineacutee par le reacuteseau de distribution Cette transformation intervient dans les postes

sources

Une fois sur le reacuteseau de distribution lrsquoeacutelectriciteacute haute tension HTA alimente

directement les clients industriels Pour les autres clients (particuliers commerccedilants

artisans) elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation avant

drsquoecirctre livreacutee

Au final la qualiteacute de lrsquoalimentation en eacutelectriciteacute des utilisateurs du reacuteseau est donc le

reacutesultat de la qualiteacute de tout ce parcours [4]

I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectriques

Dans les pays doteacutes drsquoun systegraveme eacutelectrique eacutelaboreacute le reacuteseau est structureacute en plusieurs

niveaux assurant des fonctions speacutecifiques propres et caracteacuteriseacutes par des tensions adapteacutees agrave

ces fonctions

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

17

CHAPITRE I

Traditionnellement les reacuteseaux eacutelectriques sont deacutecomposeacutes en trois sous-systegravemes la

geacuteneacuteration le transport et la distribution (figure I3) Chaque sous-systegraveme est relieacute par des

postes sources chargeacutes de lrsquoadeacutequation des niveaux de tension

Dans le contexte de ce paragraphe nous allons preacutesenter la structure et la topologie du

reacuteseau eacutelectrique Algeacuterien (les informations des paragraphes ci ndashdessous sont prises lors drsquoun

stage effectueacute agrave la SDO

I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie

I411) Reacuteseaux drsquoutilisation

Ces sont les reacuteseaux de basse tension (BT) qui alimentent les maisons lrsquoeacuteclairage

public les moteurs et les appareils domestiques Ce type de reacuteseau eacutelectrique doit preacutesenter

une continuiteacute de service permanente Geacuteneacuteralement la gamme de tension est de 220 volts agrave

380 volts

Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

18

CHAPITRE I

I412) Reacuteseaux de distribution

Ce sont les reacuteseaux de moyenne tension (MT) qui fournissent aux reacuteseaux

drsquoutilisation les puissances neacutecessaires demandeacutees Ils doivent observer des distances limiteacutees

de voisinage crsquoest pour cela que ces reacuteseaux se reacutealisent en souterrain dans les villes (En

Algeacuterie le niveau de tension de distribution de lrsquoeacutenergie est fixeacute agrave 10 kV)

I413) Reacuteseaux de reacutepartition

Ce sont les reacuteseaux HTMT (3010 kV) ils fournissent les puissances neacutecessaires

aux reacuteseaux de distribution relieacutes entre eux ils facilitent le secours mutuel entre reacutegions

I414) Reacuteseaux de transport

Ils assurent lrsquoalimentation de lrsquoensemble du territoire national gracircce agrave des

transits de puissances importantes et de tensions qui sont de 60 220 et 400 kV

I42) Topologie des reacuteseaux

Les reacuteseaux doivent assurer le transit de lrsquoeacutenergie eacutelectrique avec une seacutecuriteacute

suffisante cette seacutecuriteacute drsquoalimentation est augmenteacutee soit

Par les lignes aux appareillages plus solides

Par des circuits plus nombreux

I421) Reacuteseaux radiaux

Le principe de fonctionnement de reacuteseau radial est agrave une seule voie drsquoalimentation Ceci

signifie que tout point de consommation sur une telle structure ne peut ecirctre alimenteacute que par

un seul chemin eacutelectrique possible Il est de type arborescent Cette arborescence se deacuteroule agrave

partir des points drsquoalimentation qui sont constitueacutes par les postes de distribution publique

HTBHTA ou HTAHTA (reacutepartition) Ce scheacutema (figure I4) est particuliegraverement utiliseacute pour

la distribution de la MT en milieu rural En effet il permet facilement et agrave un moindre coucirct

drsquoacceacuteder agrave des points de consommation de faible densiteacute de charge (gtgt10 kVA) et largement

reacutepartis geacuteographiquement (gtgt 100 km2)

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

19

CHAPITRE I

I422) Reacuteseaux boucleacutes

Cette topologie (Figure I5) est surtout utiliseacutee dans les reacuteseaux de reacutepartition et

distribution MT Les postes de reacutepartition HT ou MT alimenteacutes agrave partir du reacuteseau THT sont

relieacutes entre eux pour former des boucles ceci dans le but drsquoaugmenter la disponibiliteacute

Cependant il faut noter que les reacuteseaux MT ne sont pas forcement boucleacutes [23]

1 Source

2 Poste MTHT

3 Poste MTBT

4 Consommateur

Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute

Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

20

CHAPITRE I

I423) Reacuteseaux mailleacutes

Cette topologie (Figure I6) est presque la norme pour les reacuteseaux de transport Tous les

centres de production sont lieacutes entre eux par des lignes THT au niveau des postes

drsquointerconnexion ce qui forme un maillage Cette structure permet une meilleure fiabiliteacute

mais neacutecessite une surveillance agrave lrsquoeacutechelle nationale voire continentale

On obtient ainsi une meilleure seacutecuriteacute mais agrave un prix plus chers [5]

I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques [6]

Lrsquointerconnexion entre les reacuteseaux de transport drsquoeacutelectriciteacute sert agrave faire passer lrsquoeacutenergie

drsquoun pays agrave un autre Leur rocircle premier est de permettre drsquoassurer la distribution drsquoeacutelectriciteacute

en cas de deacutefaillance soudaine sur le reacuteseau national en faisant appel agrave lrsquoeacutenergie produite et

transporteacutee par les pays voisins

Lrsquointerconnexion des reacuteseaux permet de rendre solidaires les pays voisins et de

diversifier les sources de production Ce foisonnement renforce la seacutecuriteacute

drsquoapprovisionnement et diminue le risque de panne geacuteneacuteraliseacutee

Les infrastructures existantes doivent ecirctre adapteacutees afin drsquoacheminer lrsquoeacutenergie

produite par les nouvelles sources renouvelables

Les infrastructures eacutenergeacutetiques doivent permettre en augmentant les eacutechanges

interreacutegionaux de favoriser la concurrence et drsquoameacuteliorer le fonctionnement du marcheacute

Source 1 Source 2 Source 3 Source 4

Source 5 Source 6

Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

21

CHAPITRE I

I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du Maghreb Arabe

Degraves le mois de juin 1974 bien avant la constitution de lrsquoUnion du Maghreb Arabe

(UMA) en 1989 les entreprises publiques drsquoeacutelectriciteacute des trois pays lrsquoOffice National

Marocain de lrsquoElectriciteacute (ONE) la Socieacuteteacute Nationale Algeacuterienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz

(SONELGAZ) la Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz (STEG) ont deacutecideacute la creacuteation

du Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute (Comelec) immeacutediatement enteacuterineacutee par le Conseil

Permanent Consultatif Maghreacutebin (CPCM) qui regroupe les ministres de lrsquoEconomie des trois

pays

Les compagnies des deux autres pays ont rejoint le Comiteacute Sonelec (Mauritanie) en

1975 et Gecol (Libye) en 1989 apregraves la constitution de lrsquoUMA formant ainsi le groupe

speacutecialiseacute le plus ancien de lrsquoUnion dont les missions consistent agrave promouvoir et coordonner

agrave lrsquoeacutechelle maghreacutebine et vis agrave vis des institutions internationales les relations sur le plan

technique eacuteconomique commercial industriel du management de la formation et des

relations sociales Dans ce cadre des actions concregravetes et efficaces ont eacuteteacute conduites en

commun

bull Renforcement des lignes drsquointerconnexion et deacuteveloppement des eacutechanges eacutelectriques

avec pour finaliteacute drsquoassurer une solidariteacute des reacuteseaux tout en eacutevitant les risques de

propagation drsquoincidents graves

bull Programmes drsquoeacutequipement et eacutetude de projets communs diffusion drsquoun scheacutema

directeur agrave long terme du reacuteseau maghreacutebin projets de station de pompage ou mecircme de

centrale nucleacuteaire

bull Elaboration et mise agrave jour permanente drsquoune carte du reacuteseau eacutelectrique maghreacutebin y

compris le reacuteseau de distribution impliquant lrsquoalimentation des villages frontaliers agrave partir du

reacuteseau le plus proche et dans les conditions technico - eacuteconomiques les plus favorables la

premiegravere action et probablement la plus symbolique a eacuteteacute lrsquoalimentation du village tunisien

martyre de Sakiet Sidi Youcef agrave partir du reacuteseau algeacuterien ou du village marocain de Figuig agrave

partir du reacuteseau algeacuterien agrave Beni Ounif

bull Utilisation commune des structures de formation eacutelectriques et gaziegraveres

bull Promotion de lrsquointeacutegration industrielle maghreacutebine de lrsquointervention des bureaux

drsquoeacutetudes et entreprises de travaux et de fabrication de mateacuteriel eacutelectrique du Maghreb agrave

travers notamment le renforcement de la fonction engineering [7]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

22

CHAPITRE I

I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique

La qualiteacute de cette eacutenergie deacutepend de celle de la tension aux points de raccordement

toutefois cette tension subit geacuteneacuteralement beaucoup de perturbations de deux origines

distinctes drsquoune part les perturbations de courant causeacutees par le passage dans les reacuteseaux

eacutelectriques des courants perturbateurs comme les courants harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et

reacuteactifs et drsquoautre part les perturbations de tension causeacutees par des tensions perturbatrices

comme les tensions harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et les creux de tension [8]

La qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique est consideacutereacutee comme une combinaison de la qualiteacute

de la tension et de la qualiteacute du courant Nous allons donc deacutefinir ces deux notions dans la

suite de ce paragraphe

I61) Qualiteacute de la tension

Dans la pratique lrsquoeacutenergie eacutelectrique distribueacutee se preacutesente sous la forme drsquoun ensemble

de tensions constituant un systegraveme alternatif triphaseacute qui possegravede quatre caracteacuteristiques

principales amplitude freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie [9]

I611) Amplitude

Lrsquoamplitude de la tension est un facteur crucial pour la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute Elle

constitue en geacuteneacuteral le premier engagement contractuel du distributeur drsquoeacutenergie

Habituellement lrsquoamplitude de la tension doit ecirctre maintenue dans un intervalle de plusmn 10

autour de la valeur nominale

Dans le cas ideacuteal les trois tensions ont la mecircme amplitude qui est une constante

Cependant plusieurs pheacutenomegravenes perturbateurs peuvent affecter lrsquoamplitude des tensions En

fonction de la variation de lrsquoamplitude on distingue deux grandes familles de perturbations

- Les creux de tension coupures et surtensions Ces perturbations se caracteacuterisent par des

variations importantes de lrsquoamplitude Elles ont pour principale origine des courts-circuits et

peuvent avoir des conseacutequences importantes pour les eacutequipements eacutelectriques

- Les variations de tension Ces perturbations se caracteacuterisent par des variations de

lrsquoamplitude de la tension infeacuterieure agrave 10 de sa valeur nominale Elles sont geacuteneacuteralement

dues agrave des charges fluctuantes ou des modifications de la configuration du reacuteseau

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

23

CHAPITRE I

I612) Freacutequence

Dans le cas ideacuteal les trois tensions sont alternatives et sinusoiumldales drsquoune freacutequence

constante de 50 ou 60 Hz selon le pays Des variations de freacutequence peuvent ecirctre provoqueacutees

par des pertes importantes de production de lrsquoicirclotage drsquoun groupe sur ses auxiliaires ou son

passage en reacuteseau seacutepareacute ou drsquoun deacutefaut dont la chute de tension reacutesultante entraicircne une

reacuteduction de la charge [9]

I613) Forme drsquoonde

La forme drsquoonde des trois tensions formant un systegraveme triphaseacute doit ecirctre la plus proche

possible drsquoune sinusoiumlde En cas de perturbations au niveau de la forme drsquoonde la tension

nrsquoest plus sinusoiumldale et peut en geacuteneacuteral ecirctre consideacutereacutee comme une onde fondamentale agrave

50Hz associeacutee agrave des ondes de freacutequences supeacuterieures ou infeacuterieures agrave 50 Hz appeleacutees

eacutegalement harmoniques Les tensions peuvent eacutegalement contenir des signaux permanents

mais non-peacuteriodiques alors deacutenommeacutes bruits

I614) Symeacutetrie

La symeacutetrie drsquoun systegraveme triphaseacute se caracteacuterise par lrsquoeacutegaliteacute des modules des trois

tensions et celle de leurs deacutephasages relatifs La dissymeacutetrie de tels systegravemes est

communeacutement appeleacute deacuteseacutequilibre [9]

I62) Qualiteacute du courant

La qualiteacute du courant est relative agrave une deacuterive des courants de leur forme ideacuteale et se

caracteacuterise de la mecircme maniegravere que pour les tensions par quatre paramegravetres amplitude

freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie Dans le cas ideacuteal les trois courants sont drsquoamplitude et

de freacutequence constantes deacutephaseacutes de 2π3 radians entre eux et de forme purement

sinusoiumldale

Le terme laquo qualiteacute du courant raquo est rarement utiliseacute car la qualiteacute du courant est

eacutetroitement lieacutee agrave la qualiteacute de la tension et la nature des charges Pour cette raison laquo la

qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique raquo est souvent reacuteduite agrave laquo la qualiteacute de la tension raquo [10]

Crsquoest lrsquoobjectif de ce meacutemoire ougrave le terme de laquo qualiteacute de lrsquoeacutenergie raquo srsquoapplique

uniquement agrave celle de la tension [13]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

24

CHAPITRE I

I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique

Le reacuteseau eacutelectrique peut ecirctre soumis agrave de multiples perturbations Ces deacutefauts qui

peuvent ecirctre mesureacutes gracircce agrave lrsquoutilisation de centrales de mesure peuvent endommager les

machines et fragiliser toutes les installations eacutelectriques

Il existe diffeacuterents types de perturbations les creux de tension les surtensions

passagegraveres les pheacutenomegravenes transitoires les deacuteseacutequilibres les distensions harmoniques ou

encore les entailles de commutations [11]

I71) Classification des perturbations eacutelectriques

I711) Creux de tension et coupures

Un creux de tension (figure I7) est une baisse brutale de la tension en un point drsquoun

reacuteseau drsquoeacutenergie eacutelectrique agrave une valeur comprise (par convention) entre 90 et 1 (CEI

61000-2-1 CENELEC EN 50160) ou entre 90 et 10 (IEEE 1159) drsquoune tension de

reacutefeacuterence (119880119903119890119891) suivie drsquoun reacutetablissement de la tension apregraves un court laps de temps compris

entre la demi-peacuteriode fondamentale du reacuteseau (10 ms agrave 50 Hz) et une minute

La tension de reacutefeacuterence est geacuteneacuteralement la tension nominale pour les reacuteseaux BT et la

tension deacuteclareacutee pour les reacuteseaux MT et HT

Une tension de reacutefeacuterence glissante eacutegale agrave la tension avant perturbation peut aussi ecirctre

utiliseacutee sur les reacuteseaux MT et HT eacutequipeacutes de systegraveme de reacuteglage (reacutegleur en charge) de la

tension en fonction de la charge Ceci permet drsquoeacutetudier (agrave lrsquoaide de mesures simultaneacutees dans

Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

25

CHAPITRE I

chaque reacuteseau) le transfert des creux entre les diffeacuterents niveaux de tension La meacutethode

habituellement utiliseacutee pour deacutetecter et caracteacuteriser un creux de tension est le calcul de la

valeur efficace laquo rms (12) raquo du signal sur une peacuteriode du fondamental toutes les demi-

peacuteriodes (recouvrement drsquoune demi-peacuteriode)

La figure (I8) montre les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension qui sont donc

bull sa profondeur ∆U (ou son amplitude U)

bull sa dureacutee ∆T deacutefinie comme le laps de temps

a) Origines des creux de tension et coupures

Les creux de tension et les coupures bregraveves sont principalement causeacutes par des

pheacutenomegravenes conduisant agrave des courants eacuteleveacutes qui provoquent agrave travers les impeacutedances des

eacuteleacutements du reacuteseau une chute de tension drsquoamplitude drsquoautant plus faible que le point

drsquoobservation est eacutelectriquement eacuteloigneacute de la source de la perturbation

Les creux de tension et les coupures bregraveves ont diffeacuterentes causes

bull des deacutefauts sur le reacuteseau de transport (HT) de distribution (BT et MT) ou sur

lrsquoinstallation elle-mecircme [9]

Les creux de tension et les coupures bregraveves sont causeacutes par des pheacutenomegravenes aleacuteatoires

Ces pheacutenomegravenes concernent soit le reacuteseau du distributeur soit le reacuteseau de lrsquoutilisateur [12]

Figure I8 Les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12)

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

26

CHAPITRE I

I712) Harmonique

Une harmonique (figure I9) est une composante sinusoiumldale drsquoune onde peacuteriodique ou

drsquoune quantiteacute posseacutedant une freacutequence qui est multiple entier de la freacutequence fondamentale

a) Inters harmoniques

Les inter-harmoniques sont des signaux de freacutequence non multiple de la freacutequence

fondamentale

b) Infra-harmoniques

Les infra harmoniques sont des signaux de freacutequence infeacuterieure agrave celle du fondamentale

c) Conseacutequences des harmoniques

Les courants harmoniques qui se propagent dans les reacuteseaux eacutelectriques deacuteforment

lrsquoallure du courant de la source et polluent les consommateurs alimenteacutes par les mecircmes

reacuteseaux On peut classer les effets engendreacutes par les harmoniques en deux types [8]

les effets instantaneacutes

les effets agrave terme

d) Les principales sources drsquoharmoniques

Ce sont des charges qursquoil est possible de distinguer selon leurs domaines industrielles

ou domestiques

Les charges industrielles

Eacutequipements drsquoeacutelectroniques de puissance variateurs de vitesse redresseurs agrave

diodes ou agrave thyristors onduleurs alimentations agrave deacutecoupage

Charges utilisant lrsquoarc eacutelectrique fours agrave arc machines agrave souder eacuteclairage

(lampes agrave deacutecharge tubes fluorescents) Les deacutemarrages de moteurs par

deacutemarreurs eacutelectroniques et les enclenchements de transformateurs de puissance

sont aussi geacuteneacuterateurs drsquoharmoniques (temporaires) [9]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

27

CHAPITRE I

I713) Surtensions

Ce pheacutenomegravene (figure I10) se produit lorsqursquoun composant eacutelectrique posseacutedant deux

bornes reccediloit une tension supeacuterieure agrave celle de la tension normale du circuit [13]

Les surtensions sont de trois natures

bull Temporaires (agrave freacutequence industrielle)

bull De manœuvre

bull Drsquoorigine atmospheacuterique (foudre)

Elles peuvent apparaicirctre

bull en mode diffeacuterentiel (entre conducteurs actifs phph ndash phneutre)

bull en mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) [10]

Figure I9 Harmoniques

Figure I10 Exemple de surtension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

28

CHAPITRE I

a) Origine ou causes des surtensions

Les orages sont des eacuteveacutenements tregraves habituels et aussi tregraves dangereux On estime que

sur notre planegravete se produisent simultaneacutement quelques 2000 orages et quenviron 100 coups

de foudre se deacutechargent sur la terre chaque seconde Au total cela repreacutesente environ 4000

orages quotidiens et 9 millions de deacutecharges atmospheacuteriques chaque jour

Au moment de lrsquoimpact la foudre provoque une impulsion de courant qui arrive agrave

atteindre des dizaines de milliers drsquoampegraveres Cette deacutecharge geacutenegravere une surtension dans le

systegraveme eacutelectrique qui peut provoquer des incendies la destruction de machines et la mort de

personnes [14]

I714) Variations et fluctuations de tension

Des variations rapides de tension reacutepeacutetitives ou aleacuteatoires (figure I11) sont provoqueacutees

par des variations rapides de puissance absorbeacutee ou produite par des installations telles que les

soudeuses fours agrave arc eacuteoliennes etc [15]

Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations

cycliques ou aleacuteatoires de lrsquoenveloppe drsquoune tension dont les caracteacuteristiques sont la

freacutequence de la variation et lrsquoamplitude

a) Origines des variations et fluctuations de tension

bull Les variations lentes de tension sont causeacutees par la variation lente des charges

connecteacutees au reacuteseau

bull Les fluctuations de tension sont principalement dues agrave des charges industrielles

rapidement variables comme les machines agrave souder les fours agrave arc les laminoirs

Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

29

CHAPITRE I

I715) Deacuteseacutequilibres

Dans un reacuteseau triphaseacute on a ideacutealement des amplitudes eacutegales de la tension et du

courant respectivement sur chacune des trois phases et un angle de phase de 120 degreacutes

Lorsque les tensions ou les courants preacutesentent une diffeacuterence drsquoamplitude il y a deacuteseacutequilibre

(figure I12) et cela peut causer des problegravemes pour les eacutequipements triphaseacutes brancheacutes au

reacuteseau Lrsquoimpact le plus courant du deacuteseacutequilibre est la surchauffe des eacutequipements et par

conseacutequent la deacutegradation de lrsquoisolation eacutelectrique et la reacuteduction de la dureacutee de vie

a) Origines de deacuteseacutequilibres

Les deacuteseacutequilibres de tension surviennent habituellement en preacutesence drsquoun deacuteseacutequilibre

des charges et de leurs appels de courant En effet toute charge triphaseacutee doit appeler un

courant identique sur chaque phase Quant aux charges monophaseacutees brancheacutees agrave un reacuteseau

triphaseacute on doit les reacutepartir le plus uniformeacutement possible entre les trois phases

De plus certains deacuteseacutequilibres de tension reacutesultent de lrsquoexploitation et de la nature des

eacutequipements du reacuteseau eacutelectrique [16]

I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations

La figure (I13) preacutesente une classification possible des diffeacuterents types de

perturbations Il est agrave noter qursquoaucune classification ne fait actuellement reacutefeacuterence et drsquoautres

notions peuvent ecirctre parfois utiliseacutees variations rapides de tension surtensions temporaires

etc Il faut noter eacutegalement que lrsquoimpact agrave long terme de ces diffeacuterents types de perturbations

sur la dureacutee de vie des appareils eacutelectriques reste aujourdrsquohui assez meacuteconnu Preacutecisons enfin

qursquoen langage courant le terme tension fait le plus souvent reacutefeacuterence agrave la valeur efficace de

Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

30

CHAPITRE I

lrsquoonde de tension ou agrave une moyenne de la valeur efficace sur une certaine dureacutee (pour une

onde imparfaitement peacuteriodique la valeur efficace nrsquoa de sens que localement pour un

intervalle de temps suffisamment court) et non agrave la valeur instantaneacutee de la tension (qui

oscille autour de 0 V avec une peacuteriode de 20 ms)

I72) Le systegraveme de protection

A lrsquoinstar des alternateurs des transformateurs et des lignes drsquoautres dispositifs

existent pour assurer non seulement un fonctionnement normal mais aussi la protection des

eacutequipements et du personnel drsquoexploitation du reacuteseau Cela englobe les transformateurs de

mesures les disjoncteurs les interrupteurs les sectionneurs les fusibles les eacuteclateurs et sont

directement relieacutes au reacuteseau Ces dispositifs permettent drsquointerrompre volontairement et agrave

Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

31

CHAPITRE I

tout moment la fourniture drsquoeacutenergie eacutelectrique mais aussi automatiquement agrave la survenance

drsquoune quelconque perturbation (deacutefaut) Les eacutequipements de controcircle associeacutes agrave ces dispositifs

ainsi que les relais de protection sont installeacutes dans des salles de controcircle [17]

I8) La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique de HT est une proprieacuteteacute dun systegraveme de puissance

qui lui permet de rester dans un eacutetat deacutequilibre dans des conditions normales de

fonctionnement et de retrouver un eacutetat acceptable deacutequilibre apregraves avoir eacuteteacute soumis agrave

une perturbation [18]

Une perturbation sur un reacuteseau peut ecirctre une manœuvre preacutevue comme lenclenchement

dune inductance shunt ou non preacutevue comme un court-circuit causeacute par la foudre entre une

phase et la terre par exemple Lors de la perturbation lamplitude de la tension aux diffeacuterents

jeux de barres du reacuteseau peut varier ainsi que la freacutequence La variation de la freacutequence est

due aux variations de la vitesse des rotors des alternateurs [19]

I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques

La stabiliteacute peut ecirctre eacutetudieacutee en consideacuterant la topologie du reacuteseau sous

diffeacuterents angles Lrsquoeacutetat de fonctionnement drsquoun reacuteseau eacutelectrique est deacutecrit selon des

grandeurs physiques telles que lamplitude et langle de phase de la tension agrave chaque bus et la

puissance active reacuteactive circulant dans chaque ligne et la vitesse de rotation de la

geacuteneacuteratrice synchrone Si elles ne sont pas constantes le reacuteseau eacutelectrique est consideacutereacute

comme eacutetant en perturbations [16]

La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee selon la nature de la perturbation

Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor

Stabiliteacute de la freacutequence

Stabiliteacute de la tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

32

CHAPITRE I

La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee en petite et grande amplitude de perturbation en

fonction de lrsquoorigine et de lampleur du deacutefaut Par rapport au temps deacutevaluation la

stabiliteacute peut ecirctre agrave courte ou agrave longue dureacutee tel qursquoil est deacutecrit dans la figure (I14)

I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire)

Dans un reacuteseau eacutelectrique la stabiliteacute de lrsquoangle du rotor est deacutefinie comme la capaciteacute

drsquoun ensemble de geacuteneacuteratrices synchrones interconnecteacutees de conserver le synchronisme

dans des conditions de fonctionnement normales ou apregraves une perturbation Un systegraveme

est instable si la diffeacuterence entre les angles rotoriques des geacuteneacuterateurs augmente

indeacutefiniment ou si loscillation transitoire provoqueacutee par une perturbation nest pas

suffisamment amortie dans le temps deacutevaluation

Lrsquoinstabiliteacute angulaire se manifeste sous forme drsquoun eacutecart croissant entre les angles

rotorique Une machine qui a perdu le synchronisme sera deacutebrancheacutee par une protection de

survitesse ou par une protection de perte de synchronisme ce qui met en danger lrsquoeacutequilibre

production consommation du systegraveme

Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique [18]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

33

CHAPITRE I

I8211) Stabiliteacute angulaire aux petites perturbations

Elle concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir le synchronisme en preacutesence

de petites perturbations comme une petite variation de la charge ou de geacuteneacuteration manœuvre

drsquoeacutequipement etc Lrsquoeacutevaluation de ce type de perturbation prend quelques secondes

a) La stabiliteacute statique

Apregraves le reacutegime transitoire ducirc agrave la perturbation le systegraveme entre dans le reacutegime

permanent Dans ce cas pour eacutetudier le systegraveme il faut eacutevaluer la stabiliteacute statique du reacuteseau

Le systegraveme nest pas stable si les contraintes de fonctionnement ne sont pas respecteacutees

Cet eacutetat est appeleacute lrsquoeacutetat instable ou leacutetat durgence

Dans un reacuteseau qui est dans leacutetat durgence les opeacuterateurs du centre de controcircle ont

suffisamment de temps pour ramener le systegraveme agrave leacutetat stable ou au reacutegime normal en

apportant des modifications suppleacutementaires [20]

b) Stabiliteacute dynamique

Si une perturbation mineure est effectueacutee sur le reacuteseau agrave partir dun reacutegime permanent

stable et que le reacuteseau retrouve son mode de fonctionnement normal en reacutegime permanent le

reacuteseau est dit dynamiquement stable Pour un reacuteseau deacutenergie eacutelectrique on entend par

perturbation mineure des manœuvres ou des opeacuterations normales sur le reacuteseau comme

lenclenchement dune inductance shunt ou des variations mineures de la charge

c) Stabiliteacute transitoire

Lorsquil y a une perturbation majeure sur le reacuteseau et que le reacuteseau retrouve son mode

de fonctionnement normal apregraves la perturbation alors le reacuteseau est dit transitoirement stable

Les perturbations majeures sont les courts-circuits les pertes de lignes les bris deacutequipements

majeurs comme les transformateurs de puissance et les alternateurs peuvent ecirctre tregraves graves

pouvant mecircme conduire agrave lrsquoeffondrement total du reacuteseau Si lrsquoinstabiliteacute se manifeste

directement suite agrave la perturbation (plus preacuteciseacutement dans la premiegravere La stabiliteacute transitoire

deacutepend de la relation non-lineacuteaire couples- angles Le pheacutenomegravene de la stabiliteacute transitoire

concerne les grandes perturbations telles que [15]

Les courts-circuits affectant un eacuteleacutement du reacuteseau notamment aux bornes des

machines

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

34

CHAPITRE I

La perte drsquoun ouvrage (eg une ligne de transmissionhellip)

La perte drsquoun groupe de production

Les conseacutequences de ces deacutefauts seconde qui suit lrsquoeacutelimination du deacutefaut) elle est

appeleacutee instabiliteacute de premiegravere oscillation (en anglais First Swing Instability) (cas 1 figure

I15) et elle srsquoeacutetend sur 3 agrave 5 secondes Elle peut reacutesulter de la superposition des effets de

plusieurs modes drsquooscillation lents exciteacutes par la perturbation provoquant ainsi une variation

importante de lrsquoangle de rotor au-delagrave de la premiegravere oscillation (instabiliteacute de multi

oscillations) (cas 2 figure I15) La gamme de temps associeacutee srsquoeacutetend de 10 agrave 20 secondes

[25]

I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire

En vue de son importance dans la planification la conception et lrsquoexploitation des

reacuteseaux drsquoeacutenergie eacutelectrique lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire reste un deacutefit majeur

pour les ingeacutenieurs pour eacuteviter tous eacuteveacutenement qui peut conduire vers un black out Les

solutions envisageables drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire se basent sur [8]

bull Augmentation de la constante drsquoinertie des geacuteneacuterateurs

bull Augmentation de la puissance active

bull Installation des protections et des appareils de coupure rapides

bull Implantation des valves rapides des turbines agrave gaz

bull Installation des reacutesistances drsquoamortissement

bull Utilisation des PSS

bull Controcircle rapide et flexible de lrsquoeacutecoulement de puissance

a- Stable

b- instable

Cas 1 instabiliteacute de premiegravere oscillation Cas 2 instabiliteacute de plusieurs oscillations

Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

35

CHAPITRE I

I822) Stabiliteacute de la freacutequence

La stabiliteacute de freacutequence concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir sa freacutequence

proche de la valeur nominale suite agrave un incident seacutevegravere ayant ou non conduit agrave un

morcellement du systegraveme La stabiliteacute de freacutequence est eacutetroitement lieacutee agrave lrsquoeacutequilibre global

entre la puissance active produite et consommeacutee [20]

I823) Stabiliteacute de tension

Dans des conditions de fonctionnement normales ou suite agrave une perturbation La

stabiliteacute de tension concerne la capaciteacute dun systegraveme de puissance agrave maintenir des tensions

acceptables en tous ses nœuds En fonctionnement normal lorsque nous connectons des

eacutequipements consommateurs agrave un reacuteseau eacutelectrique la tension au point de raccordement

tombe leacutegegraverement et la puissance totale consommeacutee augmente

Selon lrsquoamplitude de la perturbation on distingue la stabiliteacute de tension de

petites perturbations et celle de grandes perturbations [20]

Lrsquoinstabiliteacute reacutesultante peut se produire sous forme de chute progressive ou eacuteleacutevation de

la tension de quelques jeux de barres Les reacutesultats possibles de lrsquoinstabiliteacute de tension sont la

perte de la charge dans un secteur ou deacuteclenchement des lignes de transmission et mecircme

drsquoautres eacuteleacutements par leurs systegravemes de protection agrave des pannes en cascades Il est deacutemontreacute

que la majoriteacute des blackouts sont causeacutes par lrsquoinstabiliteacute de tension [8]

I8231) Instabiliteacute de la tension

On deacutefinit la stabiliteacute de la tension comme la capaciteacute de maintenir une tension de barre

constamment acceptable agrave chaque nœud du reacuteseau dans des conditions normales de

fonctionnement apregraves avoir subi une perturbation Leacutetat du reacuteseau est dit instable en tension

lorsquune perturbation un accroissement de la charge ou une modification de la condition du

reacuteseau entraicircne une chute de tension progressive et incontrocirclable de la tension aboutissent en

un effondrement geacuteneacuteraliseacute de la tension [16]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

36

CHAPITRE I

I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension

Les problegravemes drsquoapparition du pheacutenomegravene drsquoeacutecroulement de tension sont toujours lieacutes agrave

la difficulteacute de reacutegler la tension au dessus drsquoune certaine valeur appeleacutee tension critique

Geacuteneacuteralement lrsquoeffondrement de tension se produit dans les reacuteseaux eacutelectriques qui sont

fortement chargeacutes court-circuiteacutes etou ont un manque de puissance reacuteactive

I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites perturbations

La stabiliteacute de tension de petites perturbations concernes la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique

agrave maintenir la tension dans les limites permise en preacutesence de perturbations telles que une

variation faible de la charge de la production etc [18]

I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes perturbations

Elle est deacutefinie comme la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique agrave maintenir les tensions des

nœuds dans les limites de fonctionnement permise en preacutesence des grandes perturbations agrave

savoir la perte drsquoun eacutequipement de transport ou de production le court circuithellipetc [18]

Dans ce meacutemoire nous nous inteacuteressons seulement agrave la stabiliteacute de tension Une eacutetude

deacutetailleacutee sera preacutesenteacutee dans la section suivante

I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension

La plupart de ces changements ont des effets significatifs sur la production la

consommation et la transmission de puissance reacuteactive ainsi sur la stabiliteacute de tension Par

conseacutequent des mesures peuvent ecirctre utiliseacutees pour ameacuteliorer la stabiliteacute de tension tels que

- Un controcircle automatique des condensateurs shunts

- Un blocage des reacutegleurs en charge automatique

- Une nouvelle reacutepartition de la geacuteneacuteration

- Une replanification du fonctionnement des geacuteneacuterateurs et des nœuds de commande

- Une reacutegulation de tension secondaire

- Un plan de deacutelestage

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

37

CHAPITRE I

I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation

Dans la plupart du temps les sources drsquoeacutenergie eacutelectrique se trouvent loin des zones de

consommation Cette situation rend le transport de lrsquoeacutenergie reacuteactive tregraves difficile agrave cause des

pertes reacuteactives tregraves eacuteleveacutees Cette difficulteacute de transport drsquoeacutenergie reacuteactive augmente la

probabiliteacute drsquoapparition drsquoune instabiliteacute ou drsquoun effondrement de tension

I92) Charge appeleacutee trop importante

Lrsquoune des causes de lrsquoinstabiliteacute de tension correspond agrave une charge eacuteleveacutee Elle est

ducirce agrave lrsquoaugmentation croissante de la demande et agrave un large transfert drsquoeacutenergie entre

compagnies Une instabiliteacute de tension peut se produire en particulier lorsque la charge eacuteleveacutee

est plus importante que celle preacutevue et le risque est drsquoautant plus grand que la consommation

reacuteactive est eacutegalement plus grande que preacutevue [18]

I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport

Les planificateurs sont de plus en plus conscients des limites dutilisation des reacuteseaux de

transport et dinterconnexion La situation actuelle dans beaucoup de pays au monde est

caracteacuteriseacutee par les tendances suivantes

1 Augmentation de la consommation deacutelectriciteacute due agrave lindustrialisation agrave

lurbanisation et agrave la croissance de la population Avec laugmentation des transits

de puissance les reacuteseaux deviennent plus compliqueacutes agrave geacuterer subissent de grandes

variations de puissance et de grandes pertes Ceci fait que leur niveau de seacutecuriteacute

diminue

2 Contraintes eacutecologiques et administratives Le respect de lenvironnement joue un

rocircle important dans la socieacuteteacute actuelle et cest principalement pourquoi il est de

plus en plus difficile dobtenir des permis de construire pour de nouvelles lignes ou

pour limplantation de nouvelles centrales Dans laffirmative cela demande

plusieurs anneacutees

3 Contraintes opeacuterationnelles La demande de puissance a une croissance constante

mais geacuteographiquement irreacuteguliegravere Les centrales qui geacutenegraverent leacutenergie sont

souvent eacuteloigneacutees des charges importantes et la localisation des nouvelles centrales

deacutepend essentiellement dautorisations administratives et du respect de

lenvironnement

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

38

CHAPITRE I

Pour satisfaire la demande deacutenergie sous ces conditions contradictoires les services

publics font de plus en plus appel pour des problegravemes eacuteconomiques et dameacutelioration de la

seacutecuriteacute aux eacutechanges internationaux de puissance ce qui demande une interconnexion entre

des systegravemes preacutevus indeacutependants au deacutepart

Laugmentation du maillage associeacute au mode de transit libre de puissance agrave travers les

reacuteseaux deacuteveloppe des boucles de puissance et des lignes en parallegravele ce qui surcharge

certaines lignes avec pour conseacutequence de deacuteteacuteriorer le profil de tension et de diminuer la

stabiliteacute du reacuteseau Consideacuterant que les reacuteseaux de transport eacutelectrique repreacutesentent une

grande valeur eacuteconomique il faut essayer daller dans les directions suivantes

Ameacuteliorer lutilisation des eacutequipements existants en augmentant leur capaciteacute de

transfert de puissance Dun point de vue financier cela peut se reacuteveacuteler avantageux

Ameacuteliorer la flexibiliteacute des reacuteseaux car pouvoir changer rapidement leur

configuration permet une meilleure reacutepartition de la puissance particuliegraverement en cas de

perturbations ou de transferts de puissance impreacutevus [21]

I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Le transport de la puissance reacuteactive par les lignes eacutelectriques cause des pertes une

diminution de la stabiliteacute du reacuteseau et une chute de tension agrave son extreacutemiteacute Afin deacuteviter cela

de la compensation de puissance reacuteactive seacuterie ou shunt selon les cas est utiliseacute pour limiter

ce transport de puissance reacuteactive

Diffeacuterents appareils eacutelectriques peuvent servir agrave reacutealiser cette compensation (figure I16)

machines synchrones batteries de condensateurs inductance ou FACTS [22]

La compensation est une technique de la gestion drsquoeacutenergie reacuteactive afin drsquoameacuteliorer la

qualiteacute eacutenergeacutetique dans les reacuteseaux eacutelectriques agrave courant alternatif Elle peut se reacutealiser de

plusieurs maniegraveres ayant pour buts

La correction du facteur de puissance

Ameacutelioration de la reacutegulation de la tension

Equilibre des charges

Lrsquoaide au retour agrave la stabiliteacute en cas de perturbation [19]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

39

CHAPITRE I

En installant des dispositifs controcirclables comme le transport drsquoeacutenergie en courant

continu (High Voltage Direct Current HVDC) et les dispositifs FACTS (Flexible Alternating

Current Transmission System) Malgreacute le coucirct eacuteleveacute de cette solution mais vu lrsquoeacutevolution

reacutecente des reacuteseaux eacutelectriques et leurs contraintes cette solution est tregraves efficace

Lrsquoune des meacutethodes drsquoameacuteliorer la capaciteacute drsquoun systegraveme eacutelectrique agrave reacutesister contre les

grands incidents est drsquointeacutegrer des dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance (FACTS)

dans le reacuteseau de transport Lrsquoeacutetude lrsquoapport et lrsquoutilisation de ces dispositifs font lrsquoobjet de

ce meacutemoire

Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Compensation

traditionnelles

Les dispositifs FACTS

Compensateurs

synchrones Batteries de

condensateurs

Batteries de

condensateurs

HT et MT

Les inductances

les PSS (Power

System Stabiliser)

1er

geacuteneacuteration

2eme

geacuteneacuteration

3eme

geacuteneacuteratio

n

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

40

CHAPITRE I

I11) Conclusion

Ce chapitre nous a permis drsquoexposer des geacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriques en

mentionnant la structure et la topologie du reacuteseau ensuite on a parleacute sur lrsquointerconnexion entre

les pays du Maghreb et le reacuteseau Algeacuterien

Dans ce chapitre nous avons aussi preacutesenteacute les deacutefinitions et les caracteacuteristiques des

diffeacuterents types de stabiliteacute drsquoun systegraveme de puissance Le concept geacuteneacuteral de la stabiliteacute est

syntheacutetiseacute en trois groupes (stabiliteacute de lrsquoangle de rotor de la tension et de la freacutequence)

Les dispositifs FACTS sont capables de remplir diverses fonctions comme le maintien

de tension le controcircle des flux de puissance et aussi lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau

etc

Dans le chapitre suivant nous allons exposer le concept des FACTS le contexte

algeacuterien concernant ses dispositifs sera aussi abordeacute

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

41

CHAPITRE I

Chapitre 2

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

42

II1) Introduction

Avec le deacuteveloppement technologique et industriel que vie le monde entier la demande

en eacutenergie eacutelectrique est en augmentation continue et sans cesse Pour satisfaire ces besoins et

acheminer cette eacutenergie aux points de consommation disperseacutes sur un large espace

geacuteographique les reacuteseaux eacutelectriques ayant des capaciteacutes de transit limiteacute agrave cause des limites

thermique des lignes doivent seacutelargir et de nouvelles lignes dextension seront ajouteacutees Face

agrave ce problegraveme et devant les contraintes environnementale eacutecologique et eacuteconomique de

reconstructions de nouvelles lignes la compagnie ameacutericaine EPRI (Electric Power Research

Institue) a lanceacute en 1988 un projet drsquoeacutetude des systegravemes FACTS afin de mieux maicirctriser le

transit de puissance dans les lignes eacutelectriques et daugmenter leurs capaciteacutes de transfert Le

concept FACTS regroupe tous les dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance qui

permettent drsquoameacuteliorer lrsquoexploitation du reacuteseau eacutelectrique

Aussi ces reacuteseaux eacutelectriques de taille importantes seront confronteacutes par divers

problegravemes de fonctionnement agrave cause du controcircle traditionnel utilisant des systegravemes de

commande eacutelectromeacutecaniques de temps de reacuteponse lent par rapport agrave ces nouveaux systegravemes

FACTS agrave base dinterrupteurs statiques et de court temps de reacuteponse (moins dune seconde)

Aujourdhui cette technologie FACTS simpose pour les systegravemes eacutenergeacutetiques en

augmentant leurs capaciteacutes de transport en ameacuteliorant le controcircle des paramegravetres de ces

derniers donc leur assurer une flexibiliteacute du transfert de leacutenergie et ameacuteliorer sa stabiliteacute

Le concept FACTS (Flexible AC Transmission System) est neacute pour reacutepondre aux

diffeacuterentes difficulteacutes croissantes de transmission dans les reacuteseaux et surtout la maicirctrise de

transit de puissance (compensateur de puissance reacuteactive variateur de charge universelhellip)

ces dispositifs peuvent ameacuteliorer le comportement dynamique des reacuteseaux eacutelectriques [25]

II2) Le concept FACTS

Les problegravemes des reacuteseaux eacutenonceacutes ci ndashdessus devenant plus preacutesents drsquoanneacutee en

anneacutee EPRI (Electric Power Research Institute) qui repreacutesente un consortium deacutedieacute agrave la

recherche dans les reacuteseaux eacutelectriques et regroupant des compagnies drsquoeacutelectriciteacute ameacutericaines

a lanceacute en 1988 le concept FACTS (Flexible AC Transmission Systems) qui est un projet agrave

long terme La technologie FACTS utilise lrsquoeacutelectronique de puissance et plus particuliegraverement

des systegravemes agrave thyristors qui permettent drsquoobtenir des vitesses de commande nettement

supeacuterieures agrave celles des systegravemes meacutecaniques qui sont encore largement utiliseacutes et un niveau

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

43

de maintenance bien infeacuterieur car les systegravemes meacutecaniques srsquousent beaucoup plus rapidement

que les systegravemes statiques Parmi les systegravemes FACTS on cite [26]

Compensateur synchrone statique (lsquoSTATCOMrsquo Static Synchronous Compensator)

Static Synchronous Series Compensator (SSSC)

Le controcircleur de transit de puissance entre ligne IPFC (Interline Power Flow

Controller)

Face agrave la saturation des reacuteseaux de puissance les compagnies de distribution drsquoeacutenergie

eacutelectrique exploitent de plus en plus leurs reacuteseaux pregraves des limites de seacutecuriteacute (conduite aux

limites) Cette situation engendre des problegravemes drsquoexploitation notamment pour le controcircle

des flux de puissance le maintien drsquoun profil de tension acceptable la surveillance des reports

de chargehellipetc Agrave cet effet lrsquoaspect seacutecuriteacute prend une grande importance et des recherches

sont entreprises dans diffeacuterents pays pour trouver des moyens susceptibles drsquoameacuteliorer la

seacutecuriteacute et rendre lrsquoexploitation des reacuteseaux plus flexible

Ainsi plusieurs eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees pour connaitre les avantages lieacutes agrave lrsquoutilisation

des dispositifs FACTS dans les reacuteseaux pour

le support du profil de la tension

lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute statique et dynamique

lrsquoamortissement des oscillations subsynchrones

Ces avantages deacutecoulent principalement de lrsquoaugmentation des capaciteacutes de transit des

lignes existantes par un controcircle rigoureux des diffeacuterents variables du reacuteseau Pour fixer les

ideacutees nous pouvons prendre un exemple simple

Consideacuterons le transit de puissance sur une ligne agrave courant alternatif Cette ligne est

repreacutesenteacutee sur la figure (II1) les pertes eacutetant supposeacutees nulles la puissance transmise P est

fonction des amplitudes des tensions E1 et E2 aux extreacutemiteacutes de la ligne du deacutephasage 12057512

entre ces deux tensions et de lrsquoimpeacutedance x de la ligne comme le montre lrsquoeacutequation (II1)

1

Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif

x

p

1 2

119916120783

2 119916120784

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

44

119823 = 119812120783119812120784

119831 119852119842119847120517120783120784

Cette eacutequation montre que la puissance transmissible par une ligne est limiteacutee par les

paramegravetres eacutenonceacutes ci-dessus et pas forceacutement par sa limite thermique De plus il deacutecoule de

cette eacutequation que si lrsquoon peut reacutegler un deux ou les trois paramegravetres on controcircle alors le

transit de puissance dans la ligne [26]

Elle montre aussi quil est possible daugmenter la puissance transiteacutee entre deux

reacuteseaux soit en maintenant la tension des systegravemes soit en augmentant langle de transport

entre les deux systegravemes soit en reacuteduisant artificiellement limpeacutedance de la liaison En jouant

sur un ou plusieurs de ses paramegravetres les FACTS permettent un controcircle preacutecis des transits de

puissance reacuteactive une optimisation des transit de puissance active sur les installations

existantes et une ameacutelioration de la stabiliteacute dynamique du reacuteseau Ils permettent aussi aux

consommateurs industriels de reacuteduire les deacuteseacutequilibres de charges et de controcircler les

fluctuations de tensions creacuteeacutees par des variations rapides de la demande de puissance reacuteactive

et ainsi daugmenter les productions de reacuteduire les coucircts et dallonger la dureacutee de vie des

eacutequipements [27]

En effet les FACTS permettent de

ne pas transporter drsquoeacutenergie reacuteactive en la fournissant lagrave ougrave elle est demandeacutee

augmenter les puissances maximales transmissibles et donc les transferts de

puissance active

controcircler les flux de puissance pour la surcharge des lignes et le risque de

deacuteclenchement en cascade [26]

II21) Fonctionnement des FACTS

Un FACTS agit geacuteneacuteralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de

la puissance reacuteactive sur le reacuteseau Ceci a pour effet de modifier lamplitude de la tension agrave

son point de connexion et par conseacutequent la puissance active maximale transmissible

Les FACTS sont utiliseacutes aussi pour le filtrage des courants harmoniques et la

stabilisation de la tension Lordre de grandeur de la puissance dun FACTS va de

quelques MVA (Meacutega Volts Ampegraveres) agrave quelques centaines de MVA Ils sappliquent dans

deux secteurs principaux

(II1)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

45

Grand reacuteseaux de transmission

Pour ameacuteliorer le controcircle augmenter les capaciteacutes de transfert de puissance et assister

la reacutecupeacuteration du reacuteseau conseacutecutive agrave un deacutefaut dans les systegravemes de transmission AC

(Alternative Current)

Reacuteseaux Industriels

Pour ameacuteliorer la qualiteacute de la puissance fournie en un point preacutecis du reacuteseau AC en

preacutesence de fluctuations de charge eg compensation du flicker pour les fours agrave arc Gamme

de puissance infeacuterieure agrave celle dun reacuteseau de transmission

II22) Contexte algeacuterien

Depuis les anneacutees 2000 le deacuteveloppement du reacuteseau de transport drsquoeacutelectriciteacute fait partie

des prioriteacutes de lrsquoAlgeacuterie [26]

Le reacuteseau de transport algeacuterien est en phase drsquoexpansion car il doit reacutepondre agrave la forte

augmentation de la demande en eacutelectriciteacute (+ 5 agrave 7 par an) Les principaux besoins en

eacutelectriciteacute sont domestiques lieacutes

bull agrave lrsquoaccroissement de la population (celle-ci a plus que tripleacute en 50 ans et son

taux de croissance est actuellement estimeacute agrave 12 par an)

bull au changement des habitudes de consommation avec lrsquousage des appareils En

outre dans les anneacutees 90 peu drsquoinvestissements ont eacuteteacute entrepris sur le reacuteseau

eacutelectrique et celui-ci srsquoest deacutegradeacute

Au total depuis 2005 pregraves de 15 000 km de nouvelles lignes HT et THT ont eacuteteacute

reacutealiseacutes ou restent agrave construire

Le deacuteveloppement du reacuteseau de transport concerne agrave la fois le deacuteveloppement des

reacuteseaux hauts tension (60 et 220 000 Volts) et la creacuteation drsquoun reacuteseau agrave tregraves haute tension

(400 000 Volts)

Le deacuteveloppement du reacuteseau 400 000 Volts est mis en œuvre agrave la fois dans lrsquoaxe

bull Est-Ouest (interconnexions internationales avec le Maroc et la Tunisie)

bull Nord-Sud (raccordement des reacuteseaux du Sud jusqursquoalors le point trop isoleacute du reacuteseau

national)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

46

En 2002 un total de trois SVC (static var compensator) a eacuteteacute introduit dans le reacuteseau

national de la Sonelgaz un dispositif agrave la sous station de Naama et deux agrave Beacutechar (figure

II2)

Les trois SVC ont une classe identique -10+40Mvar agrave la tension 220 kV (figure II3) et

lrsquoune des plates- formes de ses trois SVC est montreacutee par la figure (II2) Le reacuteseau est

constitueacute drsquoune ligne de 500km sous une tension de 220kv Un seul circuit aeacuterien de la ligne

de transmission pour lrsquoalimentation de la charge eacuteloigneacutee dans la partie ouest du pays

Des productions locales de diesel et des turbines agrave gaz alimentent les charges locales de

Beacutechar depuis le deacutebut des anneacutees quatre vingt dix et elles ont eacuteteacute fermeacutees pendant lrsquoanneacutee

2002

Deux sous stations 22060 kV une intermeacutediaire (Naama) et une agrave la fin de la ligne

(Beacutechar) ont eacuteteacute eacutequipeacutees avec des SVC (figure II3) pour les objectifs suivants

bull Pour fournir au systegraveme de transmission le support en eacutenergie reacuteactive afin de

maintenir une tension stable pendant le fonctionnement normal et quotidien

bull Pour le rendement dynamique au cours du controcircle de la ligne 220 kV mise sous

tension ainsi pour le maintien drsquoune tension stable dans le systegraveme sous diverses

conditions drsquoexploitation En particulier pour preacutevenir lrsquoeffondrement de tension

(voltage collapse) et lrsquoinstabiliteacute du systegraveme pendant le transitoire et lrsquoeacutevolution

rapide des conditions de tension dans le systegraveme Les charges prisent hors reacuteseau

220 kV sont de lrsquoordre de 12 MVA agrave Naama et 35 MVA agrave Beacutechar

Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar [26]

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

47

II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS

La compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive au niveau des lignes de transmission permet la

reacutegulation du profil de la tension le long de ces lignes avec un bon controcircle de la puissance

active transmise Il est reconnu que la stabiliteacute peut ecirctre ameacutelioreacutee quelque soit son type si la

compensation reacuteactive du systegraveme de transmission varie rapidement Les meacutethodes de

compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive classiques se basent sur les batteries de condensateurs ou

les bobines fixes ou commandeacutees meacutecaniquement Ces meacutethodes sont non efficaces dans le

controcircle du reacuteseau eacutelectrique quand il est seacutevegraverement perturbeacute

Gracircce aux avanceacutees reacutecentes dans la technologie des IGBT et GTO le temps de reacuteaction

de ces dispositifs a diminueacute agrave quelques milli secondes Il est possible donc de reacutepondre agrave la

demande par lrsquoutilisation drsquoune compensation rapide en utilisant les dispositifs FACTS [31]

II3) Les dispositifs FACTS

Selon lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) la deacutefinition du terme

FACTS est la suivante Systegravemes de Transmission en Courant Alternatif comprenant des

dispositifs baseacutes sur leacutelectronique de puissance et dautres dispositifs statique utiliseacutes pour

accroicirctre la controcirclabiliteacute et augmenter la capaciteacute de transfert de puissance du reacuteseau

Avec leurs aptitudes agrave modifier les caracteacuteristiques apparentes des lignes les FACTS

sont capables daccroicirctre la capaciteacute du reacuteseau dans son ensemble en controcirclant les transits de

puissances Les dispositifs FACTS ne remplacent pas la construction de nouvelles lignes Ils

sont un moyen de diffeacuterer les investissements en permettant une utilisation plus efficace du

reacuteseau existant [28]

Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie [26]

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

48

II4) Classification des dispositifs FACTS

II41) Classification selon la geacuteneacuteration

Depuis les premiers compensateurs trois geacuteneacuterations de dispositifs FACTS ont vu le

jour Elles se distinguent par la technologie des semi-conducteurs et des eacuteleacutements de

puissance utiliseacutes

II411) Geacuteneacuteration I

Baseacutee sur les thyristors classiques Ceux-ci sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour enclencher

ou deacuteclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance reacuteactive dans les

transformateurs de reacuteglage

II412) Geacuteneacuteration II

Dite avanceacutee est neacutee avec lavegravenement des semi-conducteurs de puissance commander

agrave la fermeture et agrave louverture comme le thyristor GTO Ces eacuteleacutements sont assembleacutes pour

former les convertisseurs de tension ou de courant afin drsquoabsorber ou dinjecter des courants

(tensions) controcirclables dans le reacuteseau

II413) Geacuteneacuteration III

FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adapteacutee agrave chaque cas

Contrairement aux deux premiegraveres geacuteneacuterations celle-ci nutilisent pas des dispositifs

auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le reacuteseau

II42) Classification selon la cateacutegorie

Les dispositifs FACTS peuvent ecirctre classeacutes en trois cateacutegories figure (II4)

Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie

Dispositifs FACTS

Compensateurs shunt

Compensateurs seacuteries

Compensateurs hybrides

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

49

II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS

Le but de cette section est de donner une description bregraveve et de deacutefinir diffeacuterent shunt

seacuterie et combineacutes seacuterie-shunt dispositifs FACTS nous allons utiliser les termes et les

deacutefinitions drsquoIEEE [26]

a) Dispositifs FACTS Shunt

Compensateur statique de puissance reacuteactive (Static Var Compensator- SVC)

Un geacuteneacuterateur (ou absorbeur) statique drsquoeacutenergie reacuteactive shunt dont la sortie est ajusteacutee

en courant capacitif ou inductif afin de controcircler des paramegravetres speacutecifiques du reacuteseau

eacutelectrique typiquement la tension des nœuds Les sous-ensembles du SVC sont

Inductance Controleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Reactor-

TCR)

Une inductance placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele La valeur de

lrsquoinductance est continuellement changeacutee par lrsquoamorccedilage des thyristors

Condensateur Commuteacute par Thyristors (Thyristor-Switched

Capacitor- TSC)

Un condensateur placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele Les

thyristors fonctionnent en pleine conduction

Inductance Commuteacutee par Thyristors (Thyristor-Switched Reactor-

TSR)

Une inductance commuteacutee par thyristors dans le TSR les thyristors fonctionnent en

pleine conduction

Compensateur Statique Synchrone (Static Synchronous Compensator-

STATCOM)

Un geacuteneacuterateur synchrone fonctionnant comme un compensateur parallegravele de lrsquoeacutenergie

reacuteactive dont le courant capacitif ou inductif geacuteneacutereacute peut ecirctre controcircleacute seacutepareacutement de la

tension du systegraveme agrave courant alternatif

Geacuteneacuterateur Statique Synchrone (Static Synchronous Generator- SSG)

Un convertisseur de puissance statique agrave interrupteurs auto commuteacutes alimenteacute par une

source deacutenergie eacutelectrique approprieacutee et exploiteacute pour produire un ensemble ajustables de

tensions de sortie multi phases qui peut ecirctre coupleacute agrave un systegraveme de puissance alternatif dans

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

50

le but deacutechanger indeacutependamment la puissance controcirclable active et reacuteactive

Toutefois deux dispositifs particuliers peuvent ecirctre mis en eacutevidence

Systegraveme de Stockage par Batterie (Battery Energy Storage System-

BESS)

Un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie drsquoune source de nature chimique la conversion de la

tension de source est capable drsquoajuster rapidement lrsquoeacutenergie amont qui est fournit ou absorber

drsquoun systegraveme alternatif

Systegraveme de Stockage drsquoEacutenergie par Aimant Supraconducteur

(Superconducting Magnetic Energy Storage- SMES)

Un dispositif contenant des convertisseurs eacutelectroniques que rapidement injectent et ou

absorbent la puissance active et ou reacuteactive Le SMES sert principalement au controcircle

dynamique du flux de puissance dans les systegravemes eacutelectriques

Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var Generator

or Absorber- SVG)

Un dispositif eacutelectrique statique un eacutequipement ou un systegraveme qui est capable de tracer

un courant controcircleacute capacitif et ou inductif agrave partir dun systegraveme de puissance eacutelectrique et

ainsi geacuteneacuterer ou absorber la puissance reacuteactive Geacuteneacuteralement consideacutereacute pour consister en

connexion shunt Inductance controcircleacutee par thyristors etou condensateur commuteacute par

thyristors

Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var System- SVS)

Une combinaison de diffeacuterent compensateurs de puissance reacuteactive statiques et

meacutecaniquement commuteacutes dont les sorties sont coordonneacutes

Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Braking

Resistor- TCBR)

Une reacutesistance commuteacutee par thyristors et connecteacutee en parallegravele qui est controcircleacutee pour

aider le systegraveme de puissance agrave se stabiliser ou de minimiser lacceacuteleacuteration des puissances

drsquoune uniteacute geacuteneacuteratrice lors dune perturbation

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

51

b) Dispositifs FACTS seacuteries

La compensation seacuterie peut ecirctre utiliseacutee dans les systegravemes eacutenergeacutetiques pour la

commande du flux drsquoeacutenergie en reacutegime permanent En cas de lignes de transport avec une

capaciteacute thermique suffisante la compensation peut soulager des surcharges eacuteventuelles

sur drsquoautres lignes parallegraveles

Controcircleur de transit de puissance entre lignes (Interline Power Flow Controller-

IPFC)

Une combinaison de deux ou plusieurs compensateurs statiques seacuterie synchrone qui sont

relieacute entre eux via une liaison commune agrave courant continu pour faciliter lrsquoeacutecoulement

bidirectionnel de la puissance active entre les bornes alternatives des SSSC et sont controcircleacutes

pour fournir une compensation reacuteactive indeacutependante pour lrsquoeacutecoulement de puissance ajusteacute

dans chaque ligne et maintenir la distribution de lrsquoeacutecoulement de puissance reacuteactive deacutesireacute

entre les lignes

Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (Thyristor Controlled Series

Capacitor- TCSC)

Un compensateur agrave reacuteactance capacitif qui consiste en une seacuterie de condensateurs en

parallegravele avec des inductances commandeacutees par thyristor afin de pouvoir assurer une variation

homogegravene de la reacuteactance capacitive

Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (Thyristor Switched Series

Capacitor- TSSC)

Compensateur agrave reacuteactance capacitive qui est constitueacute drsquoun banc de capaciteacute seacuterie

shunteacute par une inductance commuteacutee par thyristor pour fournir un controcircle pas agrave pas de la

reacuteactance capacitive seacuterie

Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Series

Reactor- TCSR)

Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute de lrsquoinductance seacuterie shunteacute par

une inductance commandeacutee par thyristor afin de fournir une reacuteactance inductive seacuterie

leacutegegraverement variable

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

52

Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (Thyristor Switched Series Reactor-

TSSR)

Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute drsquoune inductance seacuterie shunteacutee par

une inductance commuteacutee par thyristor afin de fournir un controcircle pas agrave pas de la reacuteactance

inductive seacuterie

Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (Static Synchronous Series

Compensator- SSSC)

Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par

lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur Le SSSC agit sur le courant de ligne en inseacuterant une

tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou inductive Un

SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une ligne voire drsquoen

inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun condensateur ou

drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait que la tension

injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC preacutesente lrsquoavantage

de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante indeacutependamment du courant

c) Dispositifs FACTS hybrides (seacuterie ndashparallegravele)

Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (Unified Power Flow Controller- UPFC)

Une combinaison entre un STATCOM et un SSSC coupleacutes via une liaison agrave courant

continu pour permettre un eacutecoulement bidirectionnel de la puissance active entre la sortie du

SSSC et celle du STATCOM

Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Phase

Shifting Transformer- TCPST)

Transformateur deacutephaseur ajusteacute par un thyristor afin de fournir un angle de phase

rapidement variable Ce dispositif est eacutegalement appeleacute reacutegulateur drsquoangle de phase

commandeacute par thyristor (TCPAR -Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)

Reacutegulateur de puissance interphases (Interphase Power Controller- IPC)

Un controcircleur de la puissance active et reacuteactive connecteacute en seacuterie et comprenant dans

chaque phase des branches inductives et capacitives soumises agrave des tensions deacutephaseacutees

seacutepareacutement Les puissances active et reacuteactive peuvent ecirctre reacutegleacute indeacutependamment en ajustant

les deacutecalages de phase et ou les impeacutedances de branche agrave laide des commutateurs

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

53

meacutecaniques ou eacutelectroniques Dans le cas particulier ougrave lrsquoimpeacutedance inductive et capacitive

forment une paire conjugueacutee chaque terminal de lIPFC est une source passive de courant

deacutependant de la tension agrave lautre borne

d) Autres dispositifs FACTS

Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled voltage

Limiter- TCVL)

Une varistance agrave oxyde meacutetallique commuteacutee par thyristor utiliseacutee pour limiter la

tension agrave ses bornes durant les conditions transitoires

Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Voltage

Regulator- TCVR)

Un Transformateur commandeacute par thyristor qui peut fournir une tension variable dans

une phase avec un control continu

La figure (II5) preacutesente les diffeacuterents dispositifs qui peuvent controcircler certains variables

du systegraveme eacutelectrique

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

54

Dans la section qui suit nous allons deacutevelopper la preacutesentation du STATCOM et du

SSSC Il srsquoagit des dispositifs FACTS qui nous inteacuteresse particuliegraverement dans cette eacutetude et

que nous devons traiter pour une meilleure compreacutehension de la suite de ce meacutemoire

II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors

a) Dispositifs FACTS Shunt

Compensateur synchrone statique(STATCOM)

Un compensateur synchrone statique est constitueacute drsquoun convertisseur agrave source de

tension drsquoun transformateur de couplage et de la commande Dans cette application la source

drsquoeacutenergie agrave courant continue peut ecirctre remplaceacutee par un condensateur agrave courant

FACTS

Shunt

Thyristors GTO

Series

Thyristors GTO

Hybrides

Serie-Shunt

Autres FACTS

TCSC

TSSSC

GCSC

TCSR

IPFC

TSSR

SSSC

STATCOM

SSG

BESS

SMES SVC

TCR

TSC

TCBR

SVS

TSR

UPFC

TCPST

IPC

TCVR

TCPAR

TCPSR

TCVL

Figure II5 Classification des dispositifs FACTS

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

55

continue de sorte que lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie en reacutegime permanent entre le compensateur

statique et le systegraveme ca peut ecirctre uniquement reacuteactif comme illustreacute par la figure (II6)

119868119902 (est le courant de sortie du convertisseur) perpendiculaire agrave la tension du convertisseur

119881119894 (Lrsquoamplitude de la tension du convertisseur) et donc la sortie reacuteactive du convertisseur

sont reacuteglables [27]

Le convertisseur STATCOM

Produit les ondes rectangulaires de tension triphaseacutee eacutequilibreacutee Un compensateur

statique pouvant geacuteneacuterer ou absorber une puissance reacuteactive Il sagit du STATCOM

(Compensateur Statique) qui a connu jusqursquoagrave preacutesent sous diffeacuterents appellations

1 ASVC (Advanced Static Var Compensator)

2 STATCON (Static Condenser)

3 SVG (Static Var Generator)

4 SVC light (ABB)

5 SVC plus (SIEMENS)

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

nrsquoest que dans les anneacutees 90 que ce type de compensateur a connu un essor important gracircce

aux deacuteveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [27]

Le STATCOM possegravede plusieurs avantages par rapport aux compensateurs

conventionnels

La vitesse de reacuteaction la reacuteponse en moins drsquoun cycle agrave des variations de la

tension

Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

56

Lorsque la tension est basse il peut produire plus de puissance reacuteactive

notamment au moment ougrave lrsquoon a besoin drsquoune puissance reacuteactive consideacuterable

pour empecirccher la chute tension

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

utiliser pour reacutesoudre ce problegraveme des compensateurs multi-niveaux agrave commande MLI ou

encore installer des filtres

Le rocircle du STATCOM est drsquoeacutechanger de lrsquoeacutenergie reacuteactive avec le reacuteseau Pour ce

faire lrsquoonduleur est coupleacute au reacuteseau par lrsquointermeacutediaire drsquoune inductance qui est en geacuteneacuteral

lrsquoinductance de fuite du transformateur de couplage

Lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie reacuteactive se fait par le controcircle de la tension de sortie de

lrsquoonduleur 119881119904ℎ dont laquelle est en phase avec la tension du reacuteseau (Figure II7) Le

fonctionnement peut ecirctre deacutecrit de la faccedilon suivante

Si la tension 119881119904ℎ est infeacuterieure agrave la tension V le courant circulant dans lrsquoinductance est

deacutephaseacute de-π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant inductif (figure

II7a)

Si la tension119881119904ℎ est supeacuterieur agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est deacutephaseacute

de +π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant capacitif (figure II7b)

Si la tension 119881119904ℎ est eacutegale agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est nul et par

conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutechange drsquoeacutenergie

Lrsquoavantage de ce dispositif est de pouvoir eacutechanger de lrsquoeacutenergie de nature inductive ou

capacitive uniquement agrave lrsquoaide drsquoune inductance Contrairement au SVC il nrsquoy a pas

drsquoeacuteleacutement capacitif qui puisse provoquer des reacutesonances avec des eacuteleacutements inductifs du

119881119904ℎ

119881119904ℎ

119868119904ℎ V

V

a) Courant inductif b) Courant capacitif

Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM

119868119904ℎ

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

57

reacuteseau La caracteacuteristique statique de ce convertisseur est donneacutee par la figure (II8) Ce

dispositif a lrsquoavantage contrairement au SVC de pouvoir fournir un courant constant

important mecircme lorsque la tension V diminue

Le STATCOM permet le mecircme controcircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce

dispositif est capable de deacutelivrer la puissance reacuteactive mecircme si la tension au jeu de barres

(nœud de connexion) est tregraves faible dapregraves sa caracteacuteristique on constate que le courant

maximal du STATCOM est indeacutependant de la tension du nœud

Pour un STATCOM ideacuteal nayant pas des pertes actives leacutequation (II2) deacutecrit le

transfert de puissance reacuteactive dans le reacuteseau eacutelectrique [5]

119876119904ℎ =|⋁ 2

119896 |

Xshminus

|Vk||Vsh|

Xshcos( 120579119896 minus 120579119904ℎ) =

|⋁ 2119896 |minus

Xsh

|Vk||Vsh|

Xsh

Si |119881119896| gt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne positive et le STATCOM absorbe la puissance reacuteactive

Si |119881119896| lt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne neacutegative et le STATCOM fournie la puissance reacuteactive

Deacutepassement

transitoire en

fonctionnement

Deacutepassement

transitoire en

fonctionnement

Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM

119868119904ℎ

119868119898119886119909 119868119898119894119899

Capacitif Inductif

V

(II2)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

58

b) Dispositifs FACTS Seacuteries

Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC)

Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par

lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur (figure II9) Le SSSC agit sur le courant de ligne en

inseacuterant une tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou

inductive Un SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une

ligne voire drsquoen inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun

condensateur ou drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait

que la tension injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC

preacutesente lrsquoavantage de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante

indeacutependamment du courant [26]

Ce type de compensateur seacuterie (Compensateur Synchrone Statique Seacuterie) est le plus

important dispositif de cette famille Il est constitueacute drsquoun onduleur triphaseacute coupleacute en seacuterie

avec la ligne eacutelectrique agrave laide dun transformateur Ce dispositif possegravede des avantages si

lrsquoon compare avec le TCSC

Elimination des composants passifs (inductance et capaciteacutes)

Une aptitude symeacutetrique dans les deux modes (inductif et capacitif)

Son rocircle est drsquointroduire une tension triphaseacutee agrave la freacutequence du reacuteseau en seacuterie avec la

ligne de transport

Figure II9 Scheacutema de base du SSSC

Transformateur

seacuterie

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

59

Nous pouvons dans ce cas reacutegler continuellement la valeur apparente de la capaciteacute ou

de lrsquoinductance ainsi introduite dans la ligne Lrsquoavantage de ce dispositif est de ne pas

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

Cela eacutevite lapparition des oscillations dues agrave la reacutesonance avec les eacuteleacutements inductifs du

reacuteseau La caracteacuteristique statique drsquoun Compensateur Synchrone Statique Seacuterie est preacutesenteacutee

par la figure (II10)

Si lon utilise un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie le SSSC peut agrave ce moment lagrave eacutechanger

de la puissance active avec la ligne eacutelectrique Ceci peut contribuer agrave ameacuteliorer la stabiliteacute du

reacuteseau Dans ce cas la tension 119881119887 nrsquoest pas obligatoirement en quadrature avec le courant de

ligne

Principe de fonctionnement de SSSC

Le SSSC injecte en seacuterie une tension alternative avec une amplitude et un angle de

phase reacuteglable dans la ligne de transport agrave lrsquoaide drsquoun transformateur seacuterie Le SSSC peut

produire ougrave absorber de la puissance reacuteactive suivant la commande de convertisseur statique

il permet drsquoassurer une compensation shunt indeacutependante agrave la ligne de transport Il fourni ou

absorbe la puissance reacuteactive neacutecessaire localement et produit de la puissance active comme

reacutesultat de lrsquoinjection en seacuterie drsquoune tension [21]

Le principe de fonctionnement peut ecirctre expliqueacute par la figure (II11)

Figure II10 Caracteacuteristique statiques du SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

60

Le SSSC deacutelivre une tension triphaseacutee 119881119904119890 agrave la freacutequence du reacuteseau en quadrature (

90 ) avec le courant de la ligne et controcirclable afin daugmenter ou diminuer la tension agrave

travers la ligne repreacutesenteacutee par sa reacuteactance 119883119897 selon le mode de compensation capacitif ou

inductif respectivement (figure II12) mais comme la reacuteactance de la ligne ne varie pas

reacuteellement cest le courant dans la ligne qui sera affecter par cette variation et par

conseacutequence les puissances correspondante

Ideacutealement la tension 119881119904119890 est agrave 90 du courant de la ligne ce qui fait quaucun eacutechange

de la puissance active nrsquoest entre le reacuteseau et le SSSC Pratiquement il y a toujours une petite

composante de cette tension 119881119904119890 en phase avec le courant 119868119897 qui geacutenegravere une petite quantiteacute de

la puissance active pour couvrir les pertes dans le convertisseur

On peut expliquer les diffeacuterents modes de compensation capacitive et inductive en ce

reacutefeacuterant aux diagrammes vectoriels de la figure (II13) qui suit en admettant le scheacutema

eacutequivalent dun SSSC installeacute dans un reacuteseau eacutelectrique simple repreacutesenteacute sur la figure (II12)

Figure II11 Principe de fonctionnement de SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

61

bull

Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du

reacuteseau

Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du

reacuteseau (eacutetat deacutequilibre) la tension au borne de la reacuteactance effective 119881119909119890119891119891

est eacutegale agrave la tension aux bornes de la ligne de transport sans compensation

la ougrave le degreacute de compensation K est nul K = 119881119902

119881119894 x 100 avec 119883119902 =

119881119902

119868119894

Dans le mode de compensation inductif le courant de la ligne 119868119897 diminue en

augmentant le degreacute de compensation K de 0 agrave 100 Du diagramme (b)

on voit que pour maintenir 119881119904 119881119903 et constants la variation dans

lamplitude de 119881119904119890 se reacutepercute directement sur la tension 119881119897 et chaque

Figure II12 Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple

Figure II13 Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

62

augmentation dans 119881119904119890 entraicircne une diminution dans 119881119897 et par conseacutequence

dans le courant 119868119897

En mode capacitif le courant dans la ligne augmente avec laugmentation du

niveau de compensation la tension 119881119904119890 injecteacutee en anti-phase avec la tension

119881119897 (- 90deg en arriegravere du courant 119868119897 ) force la tension 119881119897 agrave augmenter pour

garder langle de charge constant ainsi que les tensions aux extreacutemiteacutes de la

ligne (figure II12c) [37]

II6) Coucirct des dispositifs FACTS [29]

Mis agrave part les avantages techniques apporteacutes par les FACTS drsquoautres critegraveres lieacutes au

coucirct doivent ecirctres pris en consideacuteration dans la deacutecision drsquoinstaller un dispositif Sur le plan

eacuteconomique le critegravere geacuteneacuteralement adopteacute dans lrsquoeacutevaluation des beacuteneacutefices obtenus par un

FACTS est que lrsquoaccroissement des revenues doit exceacuteder les coucircts drsquoexploitations de

maintenance et drsquoamortissement de lrsquoinstallation

Le coucirct drsquoune installation FACTS deacutepend principalement des facteurs tels que

Les performances requises

La puissance de lrsquoinstallation

Le niveau de tension du systegraveme

La technologie du semi-conducteur utiliseacute

Controcircleurs FACTS Coucirct (US$)

Condensateur Shunt 8$Kvar

Condensateur Seacuterie 20$ Kvar

SVC 40$Kvar

TCSC 40$Kvar

STATCOM 50$Kvar

UPFC Partie Seacuterie 50$Kvar

UPFC Partie Shunt 50$Kvar

Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

63

II7) Synthegravese des dispositifs FACTS

Les diffeacuterents dispositifs FACTS preacutesenteacutes dans ce chapitre possegravedent tous leurs propres

caracteacuteristiques tant en reacutegime permanent quen reacutegime transitoire Chaque type de dispositif

sera donc utiliseacute pour reacutepondre agrave des objectifs bien deacutefinis Des consideacuterations eacuteconomiques

entreront eacutegalement dans le choix du type dinstallation agrave utiliser Le tableau (II2) syntheacutetise

les principaux beacuteneacutefices techniques des nouvelles technologies de FACTS Le nombre +

est proportionnel agrave lefficaciteacute du dispositif

II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie

des dispositifs FACTS [29]

A Les avantages des dispositifs FACTS

Controcircle le transit de la puissance active

Augmente la seacutecuriteacute des systegravemes eacutenergeacutetiques (augmentation de la limite de la

stabiliteacute transitoire amortissement des oscillations hellip)

Reacuteduit le transit de lrsquoeacutenergie reacuteactive

Optimise les puissances geacuteneacutereacutees donc reacuteduit le coucirct de production de lrsquoeacutenergie

Agir comme filtre actif

Ameacutelioreacutee lrsquointerconnexion et lrsquoeacutechange eacutenergeacutetique

Dispositif

Controcircle du

transit de

puissance

Controcircle

de la

tension

Stabiliteacute

transitoire

Stabiliteacute

statique

STATCOM + +++ ++ ++

SSSC ++ + +++ ++

IPFC +++ ++ +++ ++

Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS [14]

+ Petite ++ Moyenne +++Forte

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

64

B Les inconveacutenients

Lrsquointroduction des harmoniques du reacuteseau eacutelectrique ce qui le rend pollueacute cest-agrave- dire le

signal sera tendu et non sinusoiumldale Il rend le reacuteseau vulneacuterable agrave la surtension ducirce aux

commutations reacutepeacutetitives

C Les contraintes des dispositifs FACTS

Les dispositifs FACTS sont consideacutereacutes comme des solutions pour aider les systegravemes

eacutelectriques mais ils preacutesentent des inconveacutenients en plus qursquoils ne sont pas une solution

universelle ils existent plusieurs contraintes pour que ces dispositifs soient efficaces et

rentables [30]

o Le choix du FACTS

o Le choix du modegravele du FACTS

o Choix de la localisation des FACTS

o Protection pour les FACTS et pour le reacuteseau

o Interactions entre les dispositifs FACTS et les autres eacuteleacutements

Nous avons deacutecideacute pour la suite de notre travail de ne pas eacutetudier lrsquoimpact de chaque

cateacutegorie des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique Notre choix srsquoest porteacute sur lrsquoeacutetude du

Compensateur Statique Synchrone (STATCOM) et du Conpensateur statique seacuterie

synchrone (SSSC)Il nous a sembleacute raisonnable drsquoessayer drsquoanalyser lrsquoimpact de la

compensation shunt et de la compensation seacuterie de faccedilon seacutepareacutee avant de regrouper lrsquoeacutetude

de ces concepts FACTS agrave lrsquoaide de la compensation hybride

II9) Conclusion

Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre en premier lieu le concept FACTS ainsi nous

avons donneacute une bregraveve description et des deacutefinitions des divers types de dispositifs FACTS

Cette description est adopteacutee comme classification universelle des systegravemes FACTS La

plupart dentre eux sont deacutejagrave en service dans la pratique Si aujourdhui les FACTS sont encore

peu utiliseacutes par rapport agrave leur potentiel les eacutevolutions techniques de leacutelectronique de

puissance vont rendre les solutions FACTS de plus en plus compeacutetitives face aux

renforcements des reacuteseaux le contexte algeacuterien a eacuteteacute abordeacute ainsi que la conception et le

fonctionnement des 2 dispositifs retenus pour cette eacutetude

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

65

Nous avons choisi deacutetudier le STATCOM et le SSSC comme dispositifs FACTS pour

controcircler et ameacuteliorer la tension et la puissance reacuteactive Le chapitre suivant (chapitre III) sera

deacutedieacute agrave la modeacutelisation des systegravemes FACTS

66

Chapitre 3

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

67

Dans le but drsquoeacutetudier lrsquoimpact des FACTS sur lrsquoameacutelioration de tension des reacuteseaux

eacutelectriques des modegraveles approprieacutes sont neacutecessaires agrave deacutevelopper Nous tenons agrave mentionner

que plusieurs logiciels incorporent ces modegraveles Dans ce chapitre nous allons preacutesenter les

modegraveles matheacutematiques du STATCOM et du SSSC retenus au chapitre II

III1) Introduction

Pour pouvoir observer limpact des dispositifs FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique il est

neacutecessaire de les repreacutesenter par des modegraveles Ceux-ci sont ensuite inteacutegreacutes dans des

programmes de calcul permettant de simuler leurs effets sur lensemble du systegraveme

Plusieurs modegraveles de FACTS ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes tant pour des reacutegimes de

fonctionnement stationnaire que dynamique Certains modegraveles sont speacutecifiques agrave un type de

dispositif alors que dautres plus geacuteneacuteraux sont utiliseacutes pour repreacutesenter plusieurs FACTS

Dans le cadre de ce meacutemoire et plus preacuteciseacutement le chapitre quatre cest lrsquoimpact des

dispositifs FACTS sur le reacuteseau de transport qui est eacutetudieacute Dans ce contexte nous nous

restreignons agrave leacutetude de lrsquoeffondrement de tension et plus particuliegraverement aux effets des

FACTS sur la stabiliteacute des tensions

La modeacutelisation des FACTS est effectueacutee sur la base des eacuteleacutements utiliseacutes dans les

calculs de lrsquoeacutecoulement de puissance Ce sont plus particuliegraverement les geacuteneacuterateurs les

charges les eacuteleacutements shunt ainsi que les lignes et les transformateurs

III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS [26]

III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs

Les geacuteneacuterateurs sont des eacuteleacutements qui permettent la conversion de leacutenergie (meacutecanique

photonique chimique) vers une forme eacutelectrique Ils peuvent fournir ou consommer de

leacutenergie active ou reacuteactive et ils peuvent maintenir un niveau de tension deacutesireacutee

Un geacuteneacuterateur peut ecirctre consideacutereacute comme une source de puissance active et reacuteactive qui

peut maintenir une tension de consigne Agrave cause de facteurs comme la limite thermique du

rotor celle du stator et la limite de stabiliteacute au reacutegime permanent le fonctionnement dun

geacuteneacuterateur est limiteacute en puissance active ainsi quen puissance reacuteactive Ainsi un geacuteneacuterateur

peut ecirctre modeacuteliseacute dans le calcul drsquoeacutecoulement de puissance par le scheacutema de la figure (III1)

Dans lrsquoanalyse de lrsquoeacutecoulement de puissance les geacuteneacuterateurs sont modeacuteliseacutes comme des

injecteurs de courants La puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur est reacutegleacutee agrave travers le

controcircle de la turbine qui doit ecirctre dans les limites de la capaciteacute du systegraveme turbine

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

68

geacuteneacuterateur La tension est lieacutee principalement agrave lrsquoinjection de la puissance reacuteactive au jeu de

barres de production et comme le geacuteneacuterateur doit fonctionner dans les limites de sa courbe de

capaciteacute reacuteactive il nrsquoest pas possible de reacutegler la tension en dehors de certaines limites

admissibles

Avec

Si Puissance apparente complexe

PGi Puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i

QGi Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i

V i Tension complexe au nœud i

δi Deacutephasage de la tension au nœud i

Les limites de production des geacuteneacuterateurs sont deacutefinies par

PGimin le PGi le PGimax

QGimin le QGi le QGimax

Dans les calculs de transit de puissance la puissance PGi est prise constante et la

tension V i peut ecirctre maintenue en module agrave une valeur consigne constante La phase δi et la

puissance reacuteactive quand agrave elles deacutependent de leacutetat du reacuteseau Lorsque QGi deacutepasse une de ces

limites sa valeur est fixeacutee agrave cette valeur limite et la tension ne peut plus ecirctre controcircleacutee Le

nœud nest plus consideacutereacute comme geacuteneacuterateur mais comme une charge

120575119894

119878119894 i 119881 119894

119875119866119894 119876119866119894

119876119866119894

Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur

(III1)

(III2)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

69

III22) Modegraveles des charges [26]

Les charges repreacutesentent les consommateurs connecteacutes au reacuteseau (figure III2) Elles

correspondent agrave des injections neacutegatives aux nœuds Les charges sont modeacuteliseacutees par des

puissances constantes indeacutependantes de la tension nodale

SLi = PLi + j QLi

Ougrave

SLi La puissance complexe de la charge

PLi La puissance active

QLi La puissance reacuteactive

La puissance reacuteactive QLi peut ecirctre positive ou neacutegative selon que la charge est de nature

inductive ou capacitive respectivement

III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt [26]

Dans la plupart des cas les eacuteleacutements shunt sont des dispositifs destineacutes agrave la

compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive et la tenue de la tension chaque eacuteleacutement connecteacute au

reacuteseau sera modeacuteliseacute par des admittances 1199101198940 de la forme

1199101198940 = 1198921198940 + 1198951198871198940

Le symbole geacuteneacuteral repreacutesentant un eacuteleacutement shunt est donneacute agrave la figure III3a La

susceptance 1198871198940 peut ecirctre inductive ou capacitive Dans le premier cas leacuteleacutement consomme de

la puissance reacuteactive (fig III3b) alors quil en fournit au systegraveme dans le second (fig III3c)

Les modegraveles des dispositifs FACTS preacutesenteacute dans la section suivante sont baseacutes sur une

(III3)

Figure III2 Modegravele des charges

PLi QLi

i

(III4)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

70

simple modification des eacuteleacutements approprieacutes de 119884

III24) Modegraveles de la ligne [26]

Les lignes sont deacutefinies par leur scheacutema en 120587 (figure III4) qui caracteacuterise en geacuteneacuteral les

lignes moyennes dont les paramegravetres sont la reacutesistance r la reacuteactance 119909 = 119871 ω et la

susceptance b =119862120596 Dans le cas des lignes longues on peut toujours se ramener agrave un scheacutema

eacutequivalent en 120587 Les lignes de transport sont modeacuteliseacutees par leur scheacutema en 120587 classique dans

lequel la conductance transversale est neacutegligeacutee

La matrice dadmittance nodale dune ligne reliant un nœud i agrave un nœud k est donneacute par

lrsquoeacutequation (III5)

Y = (

yik+

yik0

2

minusyik

minusyik yik + yik0

2

)

Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt a) symbole b) eacuteleacutement

inductif c) eacuteleacutement capacitif

c) eacuteleacutement capacitif

(III5)

i 119909119894119896 119903119894119896 k

119887119894119896119900

2

119887119894119896119900

2

Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

71

Ougrave ladmittance longitudinale yik vaut

yik = 1

rik + j 120013ik

Avec

rik Reacutesistance longitudinale de la ligne

120013ik Reacuteactance longitudinale de la ligne

Ladmittance transversale correspondant aux effets capacitifs seacutecrit

yik0 = j119887ik0

Avec

119887ik0 Sousceptance transversale de la ligne

III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques [32]

Chaque nœud est caracteacuteriseacute par quatre variables Pi Qi Vi θi Si on connaicirct deux des

quatre variables nous permettent de deacuteterminer les deux autres agrave partir des eacutequations

principales de leacutecoulement de puissance En pratique le problegraveme se pose autrement Pour

cela il faut classifier les nœuds du systegraveme comme suit (Tableau III1)

Nœud de charge (P-Q) Pour ce type de nœuds on associe geacuteneacuteralement les charges

Ces derniegraveres sont caracteacuteriseacutees par la consommation des puissances active et reacuteactive

On peut aussi associer des geacuteneacuterateurs avec des puissances active et reacuteactive fixeacutees

Les variables agrave deacuteterminer sont le module et la phase de la tension

Nœud geacuteneacuterateur (P-V) Pour ce type de nœuds on associe les centrales de

production On speacutecifie la puissance active et le module de la tension Les variables agrave

deacuteterminer sont la phase de la tension et la puissance reacuteactive

Nœud bilan (slack bus) Pour ce type de nœud on associe la centrale de production la

plus puissante Dans un nœud k (nœud de reacutefeacuterence ou slack bus) on speacutecifie la phase

et le module de la tension Les valeurs agrave deacuteterminer sont les puissances actives et

reacuteactives

(III6)

(III7)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

72

III26) Modegraveles du transformateur

Les transformateurs sont repreacutesenteacutes par leur impeacutedance connecteacutee en seacuterie avec un

transformateur ideacuteal (figure III5) Le rapport de transformation est reacuteel pour un

transformateur classique alors quil est complexe dans le cas dun transformateur deacutephaseur

De maniegravere geacuteneacuterale le rapport de transformation complexe μik

est deacutefini par

μik

=Ui

Um

avec

Ui Tension complexe au nœud i

Um Tension complexe au nœud m

III27) Modegraveles de la machine synchrone

Nœuds Puissances actives Puissances reacuteactives Module de Tension Lrsquoangle de phase

Nœud (PQ) Connue Connue Inconnue Inconnue

Nœud (PV) Connue Inconnue Connue Inconnue

Nœud (slack

bus)

Inconnue Inconnue Connue Connue

Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme

(III8)

Si i

Ii Im

Um

119898

119903119894119896 Ik

Uk

119909119894119896

Ui μik 1

119896

Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

73

(III10)

La fem de la machine synchrone est donneacutee par la relation suivante

Ersquo = 119881119904+119903119886119868119904+j119883119889119868119904

Ersquo fem transitoire de la machine synchrone

119881119904 Tension aux bornes de la machine

119868119904 courant de la machine

119903119886 Reacutesistance statorique de la machine

119883119889 Reacuteactance transitoire de la machine

La repreacutesentation de la machine synchrone utiliseacutee pour la solution du reacuteseau et le diagramme

de phase sont scheacutematiseacutes dans la figure suivante

Les composantes de la tension 119881119904 aux bornes de la machine suivant les axes d-q sont

119881119889 = 119864prime119889 minus 119903119868119889 minus 119883prime

119902 119868prime119902

119881119902 = 119864prime119902 minus 119903119868119902 + 119883prime119889 119868prime119889

III28) Modeacutelisation du STATCOM

(III9)

Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone

(III11)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

74

(III12)

(III13)

Le STATCOM appartient agrave la deuxiegraveme geacuteneacuteration des dispositifs FACTS Selon

lIEEE Le STATCOM est un moyen de compensation dynamique connecteacute en parallegravele au

systegraveme eacutelectrique il est baseacute sur lrsquoinjection drsquoun courant AC controcircleacute agrave travers un

transformateur de couplage La structure de base drsquoun STATCOM ayant le scheacutema qui est

montreacute par la figure (III7) [33]

En geacuteneacuteral la tension du STATCOM 119881119904ℎest injecteacutee en phase avec la tension 119881119903 de la

ligne et dans ce cas il n y a pas deacutechange de leacutenergie active avec le reacuteseau mais seulement la

puissance reacuteactive qui sera injecteacutee (ou absorbeacutee) par le STATCOM Le STATCOM a le

mecircme rocircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce dispositif capable de deacutelivrer la

puissance reacuteactive mecircme si la tension de jeu de barre de connexion est faible Avec

lhypothegravese dun STATCOM ideacuteal (convertisseur sans pertes) la contrainte de fonctionnement

que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas eacutechanger la puissance active avec le reacuteseau

La tension du STATCOM est donneacute par

119864119904ℎ = 119881119904ℎ(119888119900119904120575119904ℎ + 119895119904119894119899120575119904ℎ)

Le courant injecteacutee par le STATCOM est donneacute par

119868119904ℎ =119881119904ℎ minus 119881119894

119895119883119894

Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

75

(III14)

(III15)

(III16)

(III17)

La puissance de transmission entre les deux systegravemes peut ecirctre repreacutesenteacutee par

La puissance active transmis

119875 = 119881119894119881119904ℎ

119883 119904119894119899(120575119894minus120575119904ℎ)

La puissance reacuteactive transmis

119876 =119881119894

2

119883minus

119881119894119881119904ℎ

119883 cos (120575119894120575119904ℎ)

Ougrave 119881119894119881119904ℎ est la tension aux nœuds (120575119894120575119904ℎ) lrsquoangle entre la tension et X impeacutedance de la

ligne Apregraves lrsquoexeacutecution de quelques opeacuterations complexes les eacutequations de puissance active

et reacuteactive sont obtenues comme suit

119875119904ℎ = 1198811198942119892119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ) + 119887119904ℎ119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ))

119876119904ℎ = minus1198811198942119887119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ) minus 119887119904ℎ119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ))

Avec 119892119904ℎ + 119895119887119904ℎ = 1119885119904ℎ

frasl

119892119904ℎ Conductance eacutequivalente du STATCOM

119887119904ℎ Susceptance eacutequivalente du STATCOM

119885119904ℎ Impedance eacutequivalente du STATCOM

III29) Modeacutelisation du SSSC

Le SSSC peut acqueacuterir un eacuteleacutement de stockage drsquoeacutenergie pour une compensation de la

puissance active momentaneacutement qui reacutesulte dans un maintien efficace de la stabiliteacute du

reacuteseau eacutelectrique Un SSSC est donc modeacuteliseacute comme une source de tension en seacuterie la figure

(III8) montre un SSSC inseacutereacute dans un reacuteseau agrave deux machines et son diagramme vectoriel des

tensions [33]

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

76

(III18)

(III19)

(III20)

(III21)

(III22)

(III23)

A partir du diagramme vectoriel on peut voir que la tension injecteacutee en seacuterie controcircle

directement la tension agrave travers lrsquoinductance X de la ligne qui en la augmentant reacutesulte en

une augmentation dans la valeur du courant et par conseacutequence une augmentation dans la

puissance transmissible agrave travers la ligne Ce fonctionnement est similaire agrave une compensation

seacuterie par un condensateur Si on eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant

de la ligne on obtient le mecircme reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un

condensateur

119880= -j119883119862 119868

Avec 119883119862 qui repreacutesente la reacuteactance capacitive du condensateur Mais comme le SSSC

est une source de tension il peut alors maintenir une tension constante puisque il controcircle

indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC peut augmenter ou diminuer le

flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant la tension injecteacutee en seacuterie agrave la

ligne Comme le SSSC est une source reacuteactive la tension geacuteneacutereacutee est perpendiculaire au

courant de la ligne ce courant est

119868 =1198801minus119880119902minus1198802

119895119883

119920 =120783

119947119935(( 119880120783 minus 119880120784) minus 119880119954

(119880120783minus119880120784)

|119880120783minus119880120784|)

119920 =119947(119880120783minus119880120784)

119935(120783 minus

119880119954

|119880120783minus119880120784|)

Cette eacutequation montre qursquoagrave lrsquoabsence du SSSC la chute de tension agrave travers X

est ( 1198801

minus 1198802

) Si on prend 1198802 Comme reacutefeacuterence du SSSC

1198802

= U2

et

Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

77

(III24)

(III25)

1198801=1198801(119888119900119904120575 + 119895119904119894119899120575)

Si on prend par consideacuteration que

|119880120783

minus 119880120784

| = radic119880120783120784 + 119932120784

120784 minus 120784119932120783119932120784119940119952119956120633

Ce qui nous donne la puissance agrave travers la ligne

P = 11988011198802119904119894119899120575

119883(1 minus

119880119902

radic11988012+1198802

2minus211988011198802119888119900119904120575

)

Par conseacutequent la puissance transmise P est une fonction de la tension injecteacutee La

puissance transmise en fonction de lrsquoangle δ

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

78

III3) Conclusion

Dans ce chapitre nous avons modeacuteliseacute les diffeacuterents composants du reacuteseau eacutelectrique agrave

savoir les lignes de transport les transformateurs et les charge les machines

synchroneshellipetc

Des modegraveles simplifieacutes de deux diffeacuterents types de FACTS agrave savoir le STATCOM et le

SSSC baseacute sur la modification de la matrice admittance 119884 et suitable pour lrsquoeacutetude du controcircle

du power flow et la reacutegulation de la tension ont eacuteteacute deacutemontreacutees dans ce chapitre Les deux

modegraveles ont eacuteteacute observeacutes dans la litteacuterature Agrave cet effet une bregraveve preacutesentation des approches

existantes agrave des modegraveles de ces deux dispositifs FACTS ont eacuteteacute fournis Les modegraveles

seacutelectionneacutes sont faciles agrave impleacutementer dans les logiciels du power flow comme le PSAT Au

chapitre suivant crsquoest lrsquoimpact du STATCOM et du SSSC sur lrsquoeffondrement de tension qui

sera analyseacute

79

Chapitre 4

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

80

IV1) Introduction

Le transfert de puissance au travers drsquoun reacuteseau eacutelectrique srsquoaccompagne de chutes de

tension entre les points de production et ceux de consommation Dans des conditions

normales de fonctionnement ces chutes de tension sont de lrsquoordre de quelque pour cents de la

tension nominale Une des preacuteoccupations des planificateurs et des exploitants est de srsquoassurer

que les tensions aux diffeacuterents jeux de barres du reacuteseau demeurent malgreacute tout dans des

limites prescrites speacutecialement dans des conditions de forte charge etou suite agrave des incidents

plausibles Dans certaines circonstances cependant dans les secondes ou dans les minutes qui

suivent lrsquoapparition drsquoune perturbation les tensions peuvent deacutecroitre de maniegravere

catastrophique agrave tel point que la puissance ne peut plus ecirctre achemineacutee correctement aux

consommateurs et que lrsquointeacutegriteacute du systegraveme peut ecirctre mise en danger

Le meacutecanisme qui sous-tend cet affaissement des tensions est lrsquoinstabiliteacute de tension et

la catastrophe qui en reacutesulte est lrsquoeffondrement de tension [34]

En termes simples lrsquoinstabiliteacute de la tension provient drsquoun comportement des charges

qui tend agrave ramener la consommation de puissance de celles-ci au-delagrave de ce que peuvent

fournir ensemble le reacuteseau de transport et les geacuteneacuterateurs

Dans de nombreux reacuteseaux agrave travers le monde lrsquoinstabiliteacute de tension est consideacutereacutee

comme une source majeure de deacutefaillance au moins aussi importante que les surcharges

thermiques drsquoeacutequipements (et le risque associeacute de deacuteclenchements en cascade) ou lrsquoinstabiliteacute

angulaire (perte de synchronisme entre geacuteneacuterateurs) connues depuis plus longtemps

Plusieurs facteurs contribuent agrave cet eacutetat de fait

- comme on le sait la construction de nouvelles lignes eacutelectriques est de

plus en plus difficile souvent retardeacutee et parfois impossible

- la concentration de la production dans ces centrales de plus en plus

puissantes a diminueacute le nombre de points tenus en tension dans le reacuteseau et

augmenteacute les distances eacutelectriques entre centres de production et de consommation

Certes lrsquoeacutemergence de la production deacutecentraliseacutee va quelque peu inverser cette

tendance en rapprochant producteurs et consommateurs Encore faut ndashil que ces

sources drsquoeacutenergie fournissent les services auxiliaires que sont la reacutegulation de

tension et la mise agrave disposition drsquoune reacuteserve de puissance reacuteactive

- lrsquousage massif de condensateurs shunt pour soutenir le profil de tension

permet de transporter de plus grandes quantiteacutes de puissance mais rapproche le point

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

81

drsquoinstabiliteacute des plages de fonctionnement normal

- lrsquoinstabiliteacute de tension est souvent deacuteclencheacutee par la perte

drsquoeacutequipements de transport et ou de production incidents dont la probabiliteacute

drsquoapparition est relativement eacuteleveacutee (compareacutee par exemple agrave celle du court-circuit

triphaseacute consideacutereacute en stabiliteacute transitoire angulaire)

- lrsquoouverture du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute incite agrave faire fonctionner les

reacuteseaux plus pregraves de leurs limites physiques pour des raisons de rentabiliteacute

eacuteconomique Plus encore que par le passeacute il est donc neacutecessaire drsquoeacutevaluer ces

limites en particulier vis ndashagrave vis du risque drsquoinstabiliteacute de tension

IV2) Outils de simulation

Plusieurs outils de simulation ont eacuteteacute utiliseacutes dans lrsquoanalyse et lrsquoeacutetude des reacuteseaux

eacutelectriques tels que (Matlab EMTP Etap PowerWorld PSAThellip etc) Ces logiciels

permettent de nous renseigner sur les diffeacuterents facteurs drsquoun reacuteseau eacutelectrique et agrave simuler les

diffeacuterents cas pour avoir les paramegravetres du reacuteseau Ces derniers utilisent les mecircmes

concepts Dans ce meacutemoire le logiciel PSAT est utiliseacute pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de

tension drsquoun reacuteseau de transport

PSAT est un logiciel librement distribueacutes conccedilu par Federico Milano baseacute sur

MATLAB pour lanalyse et lrsquooptimisation des reacuteseaux eacutelectriques Lrsquointerface graphique

interactive du PSAT permet agrave lrsquoutilisateur drsquoeffectuer les fonctions statiques et dynamiques

suivantes [35]

Calcul drsquoeacutecoulement de puissance (Power Flow- PF)

Calcul drsquoeacutecoulement de puissance Optimal (Optimal Power Flow- OPF)

Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation Power Flow- CPF)

Analyse de la stabiliteacute de petites perturbations (Small Signal Stability Analysis-

SSSA)

Simulation temporelle (Time Domaine Simulation- TDS)

Analyse transitoire drsquoeacutelectromagneacutetique (Electro Magnetic Transient Analysis-

EMT)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

82

Interface graphique (Graphical User Interface- GUI)

Eacutediteur de reacuteseau graphique (Graphical Network Editor- GNE)

Toutes les opeacuterations de PSAT peuvent ecirctre reacuteparties en deux genres drsquoanalyse

- La premiegravere analyse est de reacutesoudre les problegravemes de lrsquoeacutecoulement de puissance

Cette application srsquoeffectue dans une page de commande ou un eacutediteur comme

montre la figure (IV1)

- La seconde analyse est drsquoimplanter le reacuteseau agrave eacutetudier en utilisant une bibliothegraveque

de Simulink qui contient de nombreux modegraveles pour lrsquoimplantation des systegravemes

eacutelectriques comme montreacute dans la figure (IV2)

IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques

La deacutefinition et les types de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques sont repreacutesenteacutes dans le

chapitre I

Durant les derniegraveres deacutecennies la stabiliteacute de tension dans les systegravemes dalimentation

est devenue un vaste champ de recherches Les pheacutenomegravenes dinstabiliteacute en tension peuvent

srsquoeacutetendre dans une plage de temps allant de quelques secondes agrave quelques heures et ont eacuteteacute

eacutetudieacutes en utilisant une varieacuteteacute de modegraveles statiques et dynamiques y compris les reacutegulateurs

et les dispositifs eacutelectroniques de puissance

Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

83

Les sujets pertinents pour le marcheacute de leacutelectriciteacute et pour les techniques optimales

deacutecoulement de puissance sont geacuteneacuteralement les pheacutenomegravenes drsquoeffondrement de tension

reacutesultant des variations de charge et des opeacuterations de commutation Lrsquoeffondrement de

tension est geacuteneacuteralement la conseacutequence de laugmentation de la charge dans les systegravemes

caracteacuteriseacutes par des conditions de chargement lourd et ou lorsque survient une modification

dans le systegraveme comme une ligne hors service Le reacutesultat est geacuteneacuteralement que le point de

fonctionnement actuel qui est stable laquodisparaicirctraquo et le systegraveme transitoire suivant conduit agrave

une rapide irreacutecupeacuterable baisse de tension

IV31) Facteur de charge et les directions de puissance [34]

Loutil analytique le plus accepteacute pour lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes de lrsquoeffondrement de

tension est la theacuteorie de la bifurcation qui est une theacuteorie matheacutematique geacuteneacuterale capable de

classer les instabiliteacutes drsquoeacutetudier le comportement du systegraveme dans le voisinage

drsquoeffondrement ou des points instables et de donner une information quantitative sur les

actions correctives pour eacuteviter les conditions critiques

Dans la theacuteorie de la bifurcation il est supposeacute que les eacutequations du systegraveme deacutependent

dun ensemble de paramegravetres avec des variables deacutetat comme suit

0 = 119891 (120013 λ)

avec

119891 Eacutequation de lrsquoeacutecoulement de puissance

120013 Variables deacutependantes

120582 Facteur de charge

Alors les proprieacuteteacutes de la stabiliteacute instabiliteacute sont eacutevalueacutees en variant lsquolsquolentementrsquorsquo les

paramegravetres Dans ce meacutemoire le paramegravetre utiliseacute pour eacutetudier la proximiteacute du systegraveme de

lrsquoeffondrement de tension est le soi-disant facteur de charge 120582 (120582 isin ℛ) ce qui modifie les

puissances du geacuteneacuterateur et la charge comme suit

(IV1)

1198751198661 = (1 + 120582)(1198751198660 + 119875119878)

1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)

1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)

(IV2)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

84

Avec

1198751198660 Puissance active du geacuteneacuterateur

1198751198710 Puissance active de la charge

119875119878 Fourniture de lrsquooffre (Supply bids)

119875119863 Demande drsquooffre (Demand bids)

Les puissances qui multiplient λ sont appeleacutees les puissances de direction Les eacutequations

(IV2) diffegraverent du modegravele geacuteneacuteralement utiliseacute dans lanalyse du calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) cest-agrave-dire

Ougrave le facteur de charge touche uniquement les variables puissances PS et PD Dans les

diagrammes typiques de bifurcation les tensions sont traceacutees en fonction de λ cest agrave dire la

mesure de la capaciteacute de charge du systegraveme obtenant ainsi les courbes V(p)

Les indices 0 1 et 2 deacutenotent le cas de base le premier point et le deuxiegraveme point de

directions des puissances respectivement

IV 32) Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation

power flow- CPF) [34]

Les techniques du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance sont largement

reconnues comme un outil preacutecieux pour deacuteterminer les courbes V(P) du systegraveme de

puissance et permettent destimer les conditions de chargement maximal et des solutions

laquocritiquesraquo (par exemple saddle-node et limites induites de points de bifurcation) Malgreacute que

les grands systegravemes neacutecessitent un calcul numeacuterique exigeant le CPF nest pas affecteacutee par

des instabiliteacutes numeacuteriques En fait il est capable de deacuteterminer la partie stable et instable des

courbes V(p) et peut fournir des informations suppleacutementaires telles que les facteurs de

sensibiliteacute de la solution actuelle agrave leacutegard des paramegravetres pertinents

Dun point de vue matheacutematique le CPF est une technique dhomotopie et permet

dexplorer la stabiliteacute des eacutequations du systegraveme eacutelectrique en faisant varier un paramegravetre du

systegraveme qui dans les eacutetudes de stabiliteacute statique et dynamique typique de tension est le

paramegravetre de charge λ De maniegravere geacuteneacuterale le CPF consiste en un pas preacutedicteur reacutealiseacute par

le calcul du vecteur tangent et un pas correcteur qui peut ecirctre obtenu soit par lintermeacutediaire

PG2 = (PG0 + λPS)

PL2 = (PL0 + λPD)

PL2 = (PL0 + λPD)

(IV3)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

85

dun parameacutetrage local ou agrave une intersection perpendiculaire

a) Pas preacutedicteur

Au point deacutequilibre geacuteneacuterique p la relation suivante sapplique

Et le vecteur tangent peut ecirctre approximeacute par

Agrave partir de lrsquoeacutequation (IV4) et (IV5) on a

Agrave ce point un pas de grandeur k de controcircle doit ecirctre choisi pour deacuteterminer la quantiteacute Δ120013119901

et Δ120582119901 avec une normalisation afin deacuteviter de grands pas quand 120591119901 est grand

Δ120582119901 ≜ 119896

120591119901 Δ120013119901 ≜

119896 120591119901

120591119901

Ougrave ∙ est la norme euclidienne et 119896 = plusmn1 Le signe de k deacutetermine lrsquoaugmentation ou la

diminution de 120582 La figure (IV3) preacutesente une repreacutesentation graphique du pas preacutedicteur

119891(120013 p λp) = 0 rArr d119891

dλ|

p= D120013 119891|p

d120013

dλ|

p+

d119891

dλ|

p= 0 (IV4)

120591p = d120013

dλ|

p asymp

Δ 120013 p

∆λp

(IV5)

120591119901 = minus D120013 119891|pminus1

part119891

partλ|

p

∆120013p = 120591119901 ∆λp

(IV6)

(IV7)

(120013119901 120582119901)

120591119901

119891(120013 120582) = 0

(120013119875 + ∆120013119875 120582119875 + ∆120582119875)

Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance

pas preacutedicteur obtenu par les moyens de la tangente

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

86

b) Pas correcteur

Pour le pas correcteur lrsquoensemble des eacutequations n+1 est reacutesolu

119891(120013 λ) = 0

120578(120013 λ) = 0

Ougrave la solution de 119891 doit ecirctre dans le collecteur de bifurcation et 120578 est une eacutequation

additionnelle pour garantir un ensemble non singulier au point de bifurcation Pour le choix de

120578 il yrsquoa deux options lrsquointersection perpendiculaire et la parameacutetrisation locale

Dans le cas de lrsquointersection perpendiculaire dont la repreacutesentation est donneacutee par la figure

(IV2) lrsquoexpression de 120578 devient (eacutequation IV9)

Tandis que pour la parameacutetrisation locale soit le paramegravetre 120582 soit la variable 120013119894 est forceacutee

drsquoecirctre une valeur fixe

(120013119901 120582119901)

119891(120013 120582) = 0

(120013119888 120582119888)

(120013119888 minus (120013119875 + ∆120013119875 ) 120582119888 minus (120582119875 + Δ120582119901 ) )

120578 (120013 λ) = [Δ120013p

Δλp]

T

[120013c minus (120013p + Δ120013p)

λc minus (λp minus Δλp)] = 0

ppcx )(

(IV8)

(IV9)

(IV10)

Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas

correcteur obtenu par les moyens dintersection perpendiculaire

P

900

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

87

Ou

pipici xxxx )(

Le choix pour que la variable soit fixe deacutepend du collecteur de bifurcation de 119891 comme

crsquoest preacutesenteacute agrave la figure (IV5)

IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE 39 nœuds

IV41) Preacutesentation du reacuteseau

Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds est un reacuteseau de transport standard IEEE New England

39 nœuds sera utiliseacute pour les diffeacuterents sceacutenarios de nos simulations Ce reacuteseau repreacutesente

une simplification du reacuteseau de transport de la reacutegion Nouvelle Angleterre (nord-est des Etats-

Unis) Il srsquoagit donc drsquoune partie drsquoun reacuteseau reacuteel ameacutericain Ce reacuteseau fonctionne agrave 100

kV et comporte 10 geacuteneacuterateurs (119875119866119905119900119905119886119897119890= 619 Gw 119876119866119905119900119905119886119897119890= 113 Gvar) et 39 nœuds dont

19 nœuds de charge et 48 lignes Un scheacutema complet de ce reacuteseau est preacutesenteacute par la figure

IV6) [36]

Les donneacutees des jeux de barres ainsi que les caracteacuteristiques des branches sont

indiqueacutees dans lrsquoannexe A1

Le reacuteseau de transport IEEE-39 nœuds est constitueacute de 3 reacutegions (figure IV7) Chaque

reacutegion contient des nœuds PV et des nœuds PQ ainsi des geacuteneacuterateurs synchrones

(IV11)

Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas

correcteur obtenu par les moyens de la parameacutetrisation locale

λ

Correcteur

Correcteur

x

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

88

En utilisant la technique du CPF la stabiliteacute de tension est eacutetudieacutee Le comportement du

systegraveme test consideacutereacute avec et sans les dispositifs FACTS sous diffeacuterentes conditions de

charge est eacutetudieacute Lrsquoemplacement des FACTS est deacutetermineacute agrave travers le CPF

Un modegravele classique PQ est utiliseacute pour les charges Les limites des geacuteneacuterateurs sont

ignoreacutees Lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension est effectueacutee en commenccedilant agrave partir dun point

de fonctionnement stable initiale et en augmentant ensuite les charges par le facteur 120582 jusqursquoagrave

atteindre le point de singulariteacute de la lineacutearisation de lrsquoeacutecoulement de puissance

Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

89

Lorganigramme de la stabiliteacute de tension avec les FACTS en utilisant la meacutethode CPF

est illustreacute par la figure (IV8)

De la figure (IV8) on peut observer que les eacutequations des dispositifs FACTS sont

ajouteacutees dans les eacutequations de lrsquoeacutecoulement de puissance Les nouvelles eacutequations de

lrsquoeacutecoulement de puissance sont ensuite utiliseacutees dans le pas correcteur du processus CPF

Zone I

Noeuds (PQ) 4 5 6

7 8 910 11 12 13

14

Noeuds (PV) 31 32 39

Zone II

Noeuds(PQ) 1 2 3 17 18 25 26

27

Noeuds(PV) 3037

Zone III

Noeuds (PQ) 15 16 19 20 21 22 23 24

28 29

Noeuds (PV) 3334353638

Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds

Reacuteseau IEEE 39-nœuds

Geacuteneacuterateurs synchrones

30 31323334353637

3839

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

90

IV5) Emplacement du STATCOM

Fixer le nombre des points du CPF

Reacutesoudre les eacutequations de

lrsquoeacutecoulement de puissance de

charge avec les FACTS

Reacutesoudre les eacutequations de

lrsquoeacutecroulement de charge avec les

FACTS

Nombres des points de CPF

Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS

Lire les donneacutees

Pas preacutedicteur dans la meacutethode

CPF

Creacuteer les eacutequations de lrsquoeacutecoulement

de puissance avec les eacutequations du

FACTS

La courbe PV

complegravete

Fin

Deacutebut

Pas correcteur dans la meacutethode

CPF

Non

Oui

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

91

IV5) Emplacement du STATCOM

Drsquoapregraves le profil de tension (figure IV9) ainsi une preacutesentation des nœuds critiques sur

la figure (IV10) et leurs courbes V(p) obtenues par la meacutethode du CPF illustreacutee aux figures

(IV11 IV12 IV13) nous implanterons le STATCOM sur le nœud de charge le plus fragile

du reacuteseau de transport Le point de chargement maximal ou le point de bifurcation quand la

matrice jacobienne est singuliegravere survient agrave 120640=22806 pu

Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone

Reacuteseau IEEE 39-nœuds

Zone I

Les noeuds fragiles

875641214

le noeud le plus critique 8

Zone II

Les noeuds fragiles

3181727

le noeud le plus critique 3

Zone III

Les noeuds fragiles

1516242128

le noeud le plus critique 15

Figure IV9 Profil des tensions du reacuteseau IEEE 39-nœuds

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

92

Le calcul du CPF sur le reacuteseau seul (crsquoest ndash agrave dire sans y inseacuterer le STATCOM) a

montreacute que le nœud concerneacute est le nœud 8 de la zone 1

IV51) Impact du STATCOM

Apregraves la deacutetermination du nœud fragile du reacuteseau consideacutereacute et qui a besoin drsquoecirctre

soutenus les valeurs nominales (the ratings) du STATCOM doivent ecirctre choisies il est agrave

Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de

base)

0 05 1 15 2 25

065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

X 228

Y 07822

Lambda(pu)

Tensio

ns(pu)

Zone 3

V15

V16

V21

V24

V28

Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme

(eacutetat de base)

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

115

12

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu

)

Zone 2

V3

V17

V18

V27

Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1

du systegraveme (eacutetat de base)

0 05 1 15 2 250

02

04

06

08

1

12

14

X 228

Y 06766

Lambda (pu)

Tensio

ns(p

u)

Zone 1

V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

93

preacutevoir que par lintroduction du STATCOM aux nœuds critiques le profil de tension sera

plat et le facteur de charge du systegraveme va augmenter

Les gestionnaires des reacuteseaux eacutelectriques imposent une toleacuterance de plusmn 5 sur la tension

du reacuteseau de transport pour garantir une qualiteacute de distribution de lrsquoeacutelectriciteacute Nous

prendrons donc 119880119898119894119899 = 095pu et 119880119898119886119909 = 105 pu (soit respectivement 95KV et 105 KV

pour notre reacuteseau de transport de 100KV nominal) On obtient les valeurs nominales de la

puissance reacuteactive du STATCOM par [21]

119876119898119886119909 = 119868119871119898119886119909 lowast 119880119898119886119909

Et

119876119898119898119894119899 = 119868119888119898119886119909 lowast 119880119898119894119899

Drsquoougrave 119883119878119871 = 119880max minus 119880119898119894119899

119868119871119898119886119909minus 119868119888119898119886119909

Avec

119868119871119898119886119909 Courant inductif maximum

119868119888119898119886119909 Courant capacitif maximum

119880119898119886119909 119880119898119894119899 tension limites en reacutegulation

119883119878119871 ∶ Pente de la caracteacuteristique statique dans la zone de fonctionnement en reacutegulation

Quand le STATCOM est connecteacute au nœud 8 on observe drsquoapregraves la figure (IV14) que

les nœuds les plus fragiles de la zone 1 ont un profil de tension plus plat que lrsquoeacutetat de base et

introduire le STATCOM va augmenter le facteur de charge agrave la valeur maximale Comme

attendu le point de bifurcation pour le STATCOM placeacute au nœud 8 survient agrave une valeur de

charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 231 pu Sa puissance reacuteactive capacitive calculeacutee drsquoapregraves les

eacutequations IV12 et IV13 est de ndash 380 Mvar + 420 Mvar pour une puissance de base de

100MVA

(IV12)

(IV13)

(IV14)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

94

IV511) Profils des tensions et les pertes de puissances dans le

systegraveme

Les profils des tensions du cas de base et du systegraveme avec le STATCOM sont illustreacutes

agrave la figure (IV15) Il est eacutevident agrave partir de cette figure que le STATCOM fournit un meilleur

profil de tension au point drsquoeffondrement de tension compareacute agrave lrsquoeacutetat de base Cela est ducirc au

fait que le STATCOM est installeacute au nœud le plus faible

Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV16)

et la figure (IV17) respectivement Lrsquoaugmentation des pertes au voisinage du point

drsquoeffondrement est faible dans le cas du STATCOM placeacute au nœud 8

Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Ten

sion

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 8

Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

X 2315

Y 07441

Lambda(pu)

Tensio

ns(p

u

Zone STATCOM au 8

V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

95

La figure (IV18) illustre le paramegravetre de charge pour diffeacuterents emplacements du

STATCOM sur les nœuds les plus critiques des 3 zones selon les courbes V(p) des figures

(IV11 IV12 et IV13)

Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives

avec STATCOM au nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Zone 1 avec STATCOM au noeud 8

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 8

Figure IV17 Profils de pertes de

puissances reacuteactives avec STATCOM au

nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 1 avec STATCOM au noeud 8

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 8

Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM

[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

225

226

227

228

229

23

231

232

233

234

Base STATACOM aunœud 08

STATACOM aunœud 03

STATACOM aunœud 15

22806

23164232

234

Paramegravetre de charge(pu)

Paramegravetre decharge(pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

96

Puisque notre but agrave travers la recherche de lrsquoemplacement ideacuteal du dispositif

STATCOM est drsquoaugmenter la stabiliteacute de tension c-agrave-d maximiser le facteur de charge 120582 du

systegraveme tous en controcirclant la tension et minimisant les pertes des puissances actives et

reacuteactives nous placcedilons le mecircme STATCOM sur ces diffeacuterents nœuds fragiles et nous

observons lrsquoimpact qursquoil peut apporter

Le STATCOM placeacute sur le nœud 3 de la zone 2 et le nœud 15 de la zone 3 offre le

maximum du facteur de charge (voir figure IV18)

Les courbes V(p) avec le STATCOM sur les nœuds 3 et 15 sont illustreacutes sur les figures

(IV19) et (IV20) ainsi leurs profils des tensions sont illustreacutes sur les figures (IV21) et

(IV22)

Drsquoapregraves ces figures on constate une leacutegegravere ameacutelioration de tension sur les nœuds 2 3 et

4 pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3

Pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 15 on remarque sur les profils des

tensions une leacutegegravere baisse de tension sur les nœuds 5 6 7 8 9 11 et 13 et une ameacutelioration

pour les nœuds 15 16 17 18 et 20

Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au

nœud 03

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

115

12

Lambda(pu)

Tensio

n (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

X 2325

Y 08385

V3

V17

V18

V27

Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au

nœud 15

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

X 234

Y 07461

Lambda(pu)

Tensio

ns(p

u)

Zone 3 avec STATCOM au noeud 15

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

97

Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV23)

et la figure (IV24) respectivement pour le STATCOM au nœud 3 et les figures (IV25) et

(IV26) pour le STATCOM au nœud 15 Lrsquoaugmentation des pertes actives et reacuteactives au

voisinage du point drsquoeffondrement est grande dans le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3

et 15 presque pour tous les nœuds

Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme

avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 3

Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme

avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns(p

u)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 15

Figure IV23 Profils de pertes de puissances

actives avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 03

Figure IV24 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 03

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

98

IV512) Synthegravese

Les diffeacuterents emplacements du STATCOM preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE

39 nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV27) et

(IV28) syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du STATCOM Notre choix du nœud 8

comme un nœud fragile qui avait besoin drsquoecirctre soutenu est raisonnable vu lrsquoapport qursquoil a

fourni (figure IV28)

Figure IV25 Profils de pertes de puissance actives

avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 15

Figure IV26 Profils de pertes de puissance

reacuteactives avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 3 avec STATCOM au noeud 15

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 15

Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les

diffeacuterents emplacements du STATCOM [Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

0

20

40

60

80

100

Base STATCOMau 08

STATCOMau 03

STATCOMau 15

404 354 418 415

895298

738

9261 9249

Pertes de puissancesactives (pu)

Pertes de puissancesreacuteactives (pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

99

IV6) Emplacement du SSSC

Comme nous lrsquoavons deacutejagrave signaleacute dans le chapitre 2 Un SSSC fonctionne sans la

preacutesence drsquoune source de tension externe Il opegravere comme une source de tension en seacuterie agrave la

ligne Cette source geacutenegravere une tension en quadrature avec et controcircleacutee seacutepareacutement du courant

qui passe agrave travers la ligne dont le but drsquoaugmenter ou de diminuer la tension injecteacute en seacuterie

dans la ligne et par conseacutequence controcircler le flux de puissance qui passe agrave travers la ligne

Son fonctionnement est similaire agrave une compensation seacuterie par un condensateur Si on

eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant de la ligne on obtient le mecircme

reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un condensateur

119880119902 = minus119895 119883119888119868

Avec

119883119888 Reacuteactance capacitive du condensateur

(IV15)

Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du STATCOM

[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

07846081614

073999

0

02

04

06

08

1

12

1 5 10 15 20 25 30 35

Zone 1 (08)

Zone 2 (03)

Zone 3 (15)

Base

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

100

Mais comme le SSSC est une source de tension il peut alors maintenir une tension

constante puisque il la controcircle indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC

peut augmenter ou diminuer le flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant

la tension injecteacutee en seacuterie agrave la ligne

Dans nos simulations nous avons reacutegleacute la tension injecteacutee entre ses limites ainsi le taux de

compensation du SSSC

IV61) Impact du SSSC

Drsquoapregraves la figure (IV6) et la figure (IV9) le nœud 8 le plus fragile est alimenteacute par trois

lignes 8-5 8-7 et 8-9 Donc pour seacutelectionner lrsquoemplacement du SSSC nous allons nous baser

sur lrsquoaugmentation maximale de la puissance au point de lrsquoeffondrement [34] Les figures

(IV29) et (IV30) montrent clairement que les puissances actives et reacuteactives sur la ligne 15

(8-9) sont maximales au point de lrsquoeffondrement de tension

Apregraves lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 15 les figures (IV31) (IV32) et (IV33)

montrent les courbes V(p) des 3 zones le point de bifurcation pour le SSSC inseacutereacutee sur la

ligne 15 survient agrave une valeur de charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 239 pu Nous pouvons

remarquer que les courbes V(p) gardent toujours la partie infeacuterieure (partie instable) de la

courbe

Figure IV29 Puissances actives

maximales au point drsquoeffondrement

0 05 1 15 2-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Lambda (pu)

Puis

sance a

ctives (

pu

X 228

Y -08897

X 228

Y 4079

X 228

Y 7041

PBUS05 BUS08

PBUS07 BUS08

PBUS08 BUS09

Figure IV30 Puissances reacuteactives

maximales au point drsquoeffondrement

0 05 1 15 2-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

Lambda (pu)

Puis

sances r

eacuteactives(p

u)

X 228

Y 1762

X 228

Y -05669

X 228

Y -4221

QBUS05 BUS08

QBUS07 BUS08

QBUS08 BUS09

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

101

Les profils des tensions des pertes actives et reacuteactives sont illustreacutes sur les figures

(IV34) (IV35) (IV36) respectivement

Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC

sur la ligne 15

0 05 1 15 2 25065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

115

X 239

Y 07389

Lambda (pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 2 avec SSSS sur la ligne 15

V3

V17

V18

V27

Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec

SSSC sur la ligne 15

0 05 1 15 2 250

02

04

06

08

1

12

14

X 239

Y 06732

Lambda(pu)

Tensio

n(p

u)

Zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15

0 05 1 15 2 2505

06

07

08

09

1

11

12

X 239

Y 06487

Lambda (pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 avec SSSC sur la ligne 15

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

102

Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tens

ions

(pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 15

Figure IV35 Profils de pertes de

puissances actives avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 15

Figure IV36 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

103

Drsquoapregraves ces reacutesultats nous pouvons conclure que le SSSC inseacutereacute sur la ligne 15 de la

zone 1 nrsquoa pas ameacutelioreacute les profils de tension les pertes actives et reacuteactives au point

drsquoeffondrement de tension

Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion pour le SSSC nous allons le placeacute dans

la zone 3 ougrave se trouve le 2egraveme nœud fragile drsquoapregraves la courbe de la figure IV9 qui est le nœud

15

Nos simulations nous en permettent de trouver 2 situations critiques lors de

lrsquoeffondrement de tension sur la ligne 45 (22- 35) et la ligne 48 (29- 38) leurs puissances

actives et reacuteactives au point drsquoeffondrement sont illustreacutees par les figures (IV37) et (IV38)

IV611) SSSC inseacutereacute sur la ligne 45

Nous avons inseacutereacute le SSSC sur la ligne 45 entre le nœud 22 et le nœud 35 la courbe

V(p) de la zone 3 (zone drsquoinsertion du SSSC) les profils de tensions les pertes actives et

reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV39) (IV40) (IV41) et (IV42) respectivement

Figure IV37 Puissances actives

maximales au point drsquoeffondrement de la

zone 3

0 05 1 15 2-20

-15

-10

-5

0

5

X 228

Y -1513

Lambda (pu)

Puis

sances a

ctives (

pu)

Zone 3 Etat de base

X 228

Y -1895

PBUS22 BUS35

PBUS29 BUS38

Figure IV38 Puissances reacuteactives

maximales au point drsquoeffondrement de la

zone 3

0 05 1 15 2-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

X 2281

Y -3841

Lambda (pu)

puis

sances r

eacuteactives (

pu)

Zone 3 Etat de base

X 2281

Y -945Q

BUS22 BUS35

QBUS29 BUS38

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

104

Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 45 les profils des tensions sont meilleurs par apport

agrave ceux du SSSC sur la ligne 15 de la zone 1

IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48

Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion du SSSC sur notre reacuteseau de transport

nous allons lrsquoinseacutereacute sur la ligne 48 entre le nœud 29 et le nœud 38 la courbe V(p) les profils

de tensions les pertes actives et reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV43) (IV44)

(IV45) et (IV46) respectivement

Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme

avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV41 Profils de pertes de puissances

actives avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV42 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec

SSSC sur la ligne 45

0 05 1 15 2 25065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

115

X 234

Y 07265

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 SSSC sur la ligne 45

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

105

Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 les profils des tensions ne sont pas meilleurs

par apport au cas du SSSC sur la ligne 45 mais pour les pertes reacuteactives lrsquoinsertion sur la

ligne 48 est meilleure que pour lrsquoinsertion sur la ligne 45

Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec

SSSC sur la ligne 48

0 05 1 15 2 25

065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

X 2306

Y 0704

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 avec SSSC sur la ligne 48

V15

V16

V21

V24

V28

Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme

avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 48

Figure IV46 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Petes reacuteactiv

es (pu)

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48

Figure IV45 Profils de pertes de puissances

actives avec SSSC sur la ligne 48

Figure (IV45) Profils de pertes de puissance

actives avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pertes activ

es (pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 48

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

106

IV613) Synthegravese

Les diffeacuterents emplacements du SSSC preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE 39

nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV47) et (IV48)

syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du SSSC

Lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 45 de la zone 3 nous a fourni des meilleurs reacutesultats au

point drsquoeffondrement

Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC

[Extrait de lrsquoannexe B1 B3]

222

224

226

228

23

232

234

236

238

24

Base SSSC agrave laligne 15

SSSC agrave laligne 45

SSSC agrave laligne 48

22806

239

234

23

Paramegravetre de charge(pu)

Paramegravetre de charge(pu)

Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents

emplacements du SSSC [Extrait de lrsquoannexe B1 B3]

0

20

40

60

80

100

120

Base SSSC agrave laligne 15

SSSC agrave laligne 45

SSSC agrave laligne 48

404 466 402 363

89529810482

8381 8211

Pertes Actives (pu)

Pertes Reactives (pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

107

IV7) Conclusion

Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre une eacutetude de lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute des

reacuteseaux eacutelectriques en y inseacuterant deux systegravemes FACTS le STATCOM (Static Synchronous

Compensator) et le SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Le reacuteseau utiliseacute pour

les simulations est le reacuteseau de transport IEEE_39 nœuds Lrsquoanalyse des performances du

reacuteseau porte sur le support du profil de tension lrsquoaugmentation de la stabiliteacute en tension et la

diminution des pertes actives et reacuteactives et ce pour lrsquoeffondrement de tension Le

programme utiliseacute est un logiciel de calcul drsquoeacutecoulement de puissance (PF) et le calcul

continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) [PSAT]

Les tests effectueacutes ont montreacute plusieurs reacutesultats inteacuteressants Tout drsquoabord le systegraveme

FACTS shunt (le STATCOM) assure une stabilisation globale du reacuteseau En effet dans tous

les cas le STATCOM tend soit agrave stabiliser tous les nœuds soit en agrave stabiliser certains sans

affecter les autres En tout eacutetat de cause ce systegraveme nrsquoa jamais deacutestabiliseacute un nœud quel qursquoil

soit En fait le STATCOM ameacuteliore les performances du reacuteseau eacutelectrique (surtout en termes

de stabiliteacute et de soutien de tension) en fournissant de la puissance reacuteactive dans la zone de

charge Ceci doit ecirctre nuanceacute en ce qui concerne le compensateur seacuterie Si celui ndashci peut avoir

un bon comportement local crsquoest-agrave-dire dans la zone ougrave il est implanteacute en augmentant le

paramegravetre de charge il peut deacutestabiliser certains nœuds du reacuteseau Cette deacutestabilisation risque

drsquoecirctre importante Pour ecirctre efficace un SSSC doit ecirctre implanteacute sur une ligne preacutesentant des

puissances maximales au point drsquoeffondrement

Les reacutesultats obtenus pour la stabiliteacute de tension restent valables pour le support du

profil de tension On peut toutefois noter que la stabiliteacute drsquoun nœud ne deacutepend pas

uniquement de son niveau de tension crsquoest-agrave-dire qursquoun nœud agrave tension eacuteleveacutee peut malgreacute

tout ecirctre instable

Gracircce agrave lrsquoinsertion de ces deux systegravemes FACTS on pourra suivant les cas eacuteviter un

effondrement de tension du reacuteseau Les FACTS ont donc un apport beacuteneacutefique en termes de

seacutecuriteacute du reacuteseau

108

Conclusion geacuteneacuterale

Conclusion geacuteneacuterale

109

Le deacuteveloppement de leacutelectronique de puissance a permet dameacuteliorer la gestion des

reacuteseaux eacutelectriques en introduisant un nouveau concept par les systegravemes de transmission de

leacutenergie agrave courant alternatif flexible appeleacutee FACTS avec lesquels le controcircle du flux de

puissance active et reacuteactive ainsi que laugmentation des capaciteacutes de charge des lignes sont

atteints et performeacutes par linjection des tension (ou courant) des convertisseur conccedilus avec des

interrupteurs statiques modernes commandeacutees en ouverture et en fermeture tels que les GTO

IGBT concernant la nouvelle geacuteneacuteration de ces systegravemes FACTS

Dans le contexte de lrsquoinsertion des systegravemes FACTS dans les reacuteseaux eacutelectriques nous

avons orienteacute nos travaux vers lrsquoeacutetude de la stabiliteacute de tension en reacutegime statique

speacutecialement lrsquoemplacement optimal des dispositifs FACTS en utilisant le calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance

Nous avons dans ce cadre choisi drsquoeacutetudier le comportement de deux dispositifs FACTS

qui sont

le Compensateur Statique Synchrone le STATCOM (Static Synchronous

Compensator)

le Conpensateur statique seacuterie synchrone le SSSC (Static Synchronous Series

Compensator

Ces dispositifs ont eacuteteacute choisis comme base de deacutepart en vue de lrsquoeacutetude ulteacuterieure de

systegravemes FACTS plus complexes

Lrsquoimpact des systegravemes FACTS sur lrsquoeffondrement de tension a eacuteteacute meneacute agrave bien agrave lrsquoaide

de deux logiciels le PSAT et le MATLAB et deux modegraveles FACTS ont eacuteteacute utiliseacutes Pour les

simulations statiques nous avons utiliseacute le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds le facteur de

charge a eacuteteacute calculeacute par la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF)

Cette technique a montreacute ses capaciteacutes agrave surmonter les problegravemes de la singulariteacute de la

matrice jacobienne rencontreacutes dans les algorithmes standards de calcul de lrsquoeacutecoulement de

puissance

Les simulations statiques ont montreacute lrsquoapport incontestable des FACTS dans

lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute de tension Le systegraveme FACTS shunt le STATCOM stabilise le

reacuteseau de faccedilon globale alors que le SSSC a un meilleur comportement local Lrsquoimplantation

Conclusion geacuteneacuterale

110

du SSSC doit ecirctre faite sur une ligne preacutesentant des puissances maximales au point de

lrsquoeffondrement Ces reacutesultats sont eacutegalement valables en ce qui concerne le support du profil

de tension Les FACTS ameacuteliorent le niveau de seacutecuriteacute du reacuteseau car on pourra gracircce agrave leur

insertion et suivant les cas eacuteviter lrsquoeffondrement de tension

Nous pouvons maintenant eacutenoncer quelques perspectives ayant pour objectif de

compleacuteter ce que nous avons preacutesenteacute dans ce rapport de meacutemoire

bull Comparaison entre tous les types des FACTS et leur impact sur le pheacutenomegravene de

lrsquoeffondrement de tension

bull Lorsque les compensations shunt et seacuterie seront bien connues nous pourrons alors nous

inteacuteresser aux deacutephaseurs commandeacutes par thyristors et agrave lrsquoUPFC le compensateur

universel qui reacuteunit agrave lui seul les fonctions FACTS de compensation shunt et seacuterie et de

deacutephasage

bull Pour les besoins de la deacutetermination de lrsquoemplacement optimal des FACTS nous

proposons pour un futur travail de deacutevelopper un programme baseacute sur les meacutethodes

heuristiques qui simule lrsquoemplacement optimal des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique

bull Le raccordement des eacutenergies renouvelables aux reacuteseaux intelligents dits laquosmart

gridsraquo lrsquoun des deacutefis des eacutenergies renouvelables telles que lrsquoeacuteolien ou le solaire reacuteside

dans le risque drsquointerruption de leur production dont la stabiliteacute est menaceacutee par leur

caractegravere aleacuteatoire Les systegravemes FACTS apportent une solution agrave ce problegraveme de

capaciteacute et de stabiliteacute du reacuteseau lequel integravegre une part croissante deacutenergie

renouvelable

111

Bibliographie

112

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Magister Universiteacute Seacutetif 1 20 Juin 2012

[32] Oussama Mammeri laquoDiffeacuterentes meacutethodes de calcul de la puissance reacuteactive dans

un nœud agrave charge non lineacuteaire en preacutesence dun systegraveme de compensation de

leacutenergieraquo Universiteacute de Batna 2 Meacutemoire de Magister 2012

[33] Benras Med Amine Laroui souleymane laquo Utilisation drsquoun dispositif STATCOM

pour lrsquoameacutelioration du transit de puissance drsquoun reacuteseau de transport drsquoeacutenergie

alternatifraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi Merbah Ourgla 09 Juin 2015

[34] Bekri oum el fadhel loubaba laquoContribution agrave lrsquoeacutetude des systegravemes FACTS

(Flexible AC Transmission Systems) et leurs emplacements optimaux dans les

reacuteseaux eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat en Eacutelectrotechnique Universiteacute Djilali

Liabes de Sidi-Bel-Abbegraves 2013

[35] Federico Milano laquo Power System Analysis Toolbox Documentation for PSATraquo

version 218 Janvier 6 2013

[36] Diana Iuliana Craciun laquo Modeacutelisation des eacutequivalents dynamiques des reacuteseaux

eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat 15 Deacutecembre 2010

[37] Abdelaagraveli Alibi laquo Controcircle des Reacuteseaux Electriques par les Systegravemes FACTS

(Flexible AC Transmission Systems raquo Meacutemoire de Magister Universiteacute de Batna

13 Juin 2009

115

Annexes

116

117

A Donneacutees du reacuteseau IEEE 39 nœuds

Lines Power

rating

(MVA)

Voltage

Rating

(kV)

Frequence

rating

(Hz)

Trnasfo-

magnitude

Resistance

(pu)

Reactance

(pu)

Supstance

1-2 100 100 60 000000 000350 004110 069870

1-39 100 100 60 000000 00010 002500 075000

1-39 100 100 60 000000 000200 005000 037500

2-3 100 100 60 000000 000130 001510 025720

2-25 100 100 60 000000 000700 000860 014600

3-4 100 100 60 000000 000130 002130 022140

3-18 100 100 60 000000 000110 001330 021380

4-15 100 100 60 000000 000080 001280 013420

4-14 100 100 60 000000 000080 001290 013820

5-6 100 100 60 000000 000020 000260 004340

5-8 100 100 60 000000 000080 001120 014760

6-7 100 100 60 000000 000060 000920 011300

6-11 100 100 60 000000 000070 000820 013890

7-8 100 100 60 000000 000040 000460 007800

8-9 100 100 60 000000 000230 003630 038040

9-39 100 100 60 000000 000100 002500 120000

10-11 100 100 60 000000 000040 000430 007290

10-13 100 100 60 000000 000040 000430 007290

13-14 100 100 60 000000 000090 001010 017230

14-15 100 100 60 000000 000180 002170 036600

15-16 100 100 60 000000 000090 000940 017100

16-17 100 100 60 000000 000070 000890 013420

16-19 100 100 60 000000 000160 001950 030400

16-21 100 100 60 000000 000080 001350 025480

16-24 100 100 60 000000 000030 000590 006800

17-18 100 100 60 000000 000070 000820 013190

17-27 100 100 60 000000 000130 001730 032160

21-22 100 100 60 000000 000080 001400 025650

22-23 100 100 60 000000 000060 000960 018460

23-24 100 100 60 000000 000220 003500 036100

25-26 100 100 60 000000 000320 003230 051300

26-27 100 100 60 000000 000140 001470 023960

26-28 100 100 60 000000 000430 004740 078020

26-29 100 100 60 000000 000570 006250 102900

28-29 100 100 60 000000 000140 001510 024900

2-30 100 100 60 102500 000000 001810 000000

6-31 100 100 60 107000 000000 002500 000000

6-31 100 100 60 107000 000000 005000 000000

10-32 100 100 60 107000 000000 002000 000000

12-11 100 100 60 100600 000160 004350 000000

12-13 100 100 60 100600 000160 004350 000000

19-20 100 100 60 106000 000070 001380 000000

19-33 100 100 60 107000 000070 001420 000000

20-34 100 100 60 100900 000090 001800 000000

22-35 100 100 60 102500 000000 001430 000000

23-36 100 100 60 100000 000050 002720 000000

25-37 100 100 60 102500 000060 002320 000000

29-38 100 100 60 102500 000080 001560 000000

118

Ndeg du geacuteneacuterateur

H (sec)

119877119886 119883prime119889 119883prime119902 119883119889 119883119902 119879prime119889119900 119879prime119902119900 119883119897

1 50000 0 00006 0008 002 0019 7 07 0003

2 303 0 00697 0170 0295 0282 656 15 0035

3 353 0 00531 00876 02495 0237 57 15 00304

4 286 0 00436 0166 0262 0258 569 15 00295

5 260 0 0132 0166 067 062 54 044 0054

6 348 0 005 00814 0254 0241 73 04 00224

7 264 0 0049 0186 0295 0292 566 15 00322

8 243 0 0057 00911 02920 0280 67 041 0028

9 345 0 0057 00587 02106 0205 479 196 00298

10 420 0 0031 0008 01 0069 102 0 00125

Ndeg du geacuteneacuterateur

119870119860 119879119860 119881119877119872119868119873 119881119877119872119860119883 119870119864 119879119864 119870119865 119879119865 1198621 1198622

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2 62 005 -10 10 -0633 0405 057 05 066 088

3 50 006 -10 10 -00198 05 008 10 013 034

4 50 006 -10 10 -00525 05 008 10 008 0314

5 400 002 -100 -100 -10 0785 003 10 007 091

6 50 002 -10 10 -00419 0417 00754 1246 0064 0251

7 400 002 -65 65 -10 073 003 10 053 074

8 50 002 -10 10 -0047 0528 00854 126 0072 0282

9 400 002 -105 105 -10 14 003 10 062 085

10 50 006 -10 10 -00485 025 004 1 008 026

Annexe A1 Donneacutees du reacuteseau IEEE 39-nœud

119

B Reacutesultats du power flow avec le PSAT

POWER FLOW REPORT

P S A T 219

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail federicomilanoucdie

website faraday1ucdiepsathtml

File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeb_d_Ieee39

Date 09-Jun-2017 153332

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 337

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

120

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 098837 -066635 0 0 0 0

BUS02 091007 -052232 0 0 0 0

BUS03 077924 -068701 0 0 73428 005473

BUS04 065385 -074122 0 0 114019 41959

BUS05 066496 -062088 0 0 0 -044217

BUS06 067682 -055724 0 0 0 0

BUS07 063518 -07578 0 0 53315 19155

BUS08 063731 -080455 0 0 119035 40135

BUS09 088016 -076257 0 0 0 0

BUS10 072414 -036303 0 0 0 0

BUS11 070043 -042663 0 0 0 0

BUS12 063569 -043042 0 0 019383 20067

BUS13 070204 -042245 0 0 0 0

BUS14 067659 -057193 0 0 0 0

BUS15 069422 -062942 0 0 72972 3489

BUS16 076104 -052743 0 0 75116 073656

BUS17 076356 -060644 0 0 0 0

BUS18 076264 -066831 0 0 3603 068411

BUS19 091709 -024485 0 0 0 0

BUS20 089167 -031561 0 0 155065 23488

BUS21 077199 -035331 0 0 62482 26224

BUS22 088171 -006877 0 0 0 0

BUS23 086321 -008056 0 0 56439 19292

BUS24 07756 -051796 0 0 70372 -21025

BUS25 093695 -045068 0 0 5108 10763

BUS26 083005 -050209 0 0 31697 038766

121

BUS27 077377 -062834 0 0 64079 17217

BUS28 086833 -029065 0 0 46976 062938

BUS29 090865 -013955 0 0 64649 061342

BUS30 10475 -04087 58254 95686 0 0

BUS31 098193 0 133488 175863 020979 01049

BUS32 098303 010972 151461 187014 0 0

BUS33 099716 -000678 147267 10807 0 0

BUS34 10123 -008336 118373 79733 0 0

BUS35 10492 017356 151459 157144 0 0

BUS36 10635 031043 13049 101381 0 0

BUS37 10278 -013919 125829 6659 0 0

BUS38 10265 018789 193404 113176 0 0

BUS39 103 -074024 233017 127501 251753 57009

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -07402

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 000039

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098206

e1d_Syn_2 000015

delta_Syn_3 011009

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098313

e1d_Syn_3 000028

delta_Syn_4 -00064

omega_Syn_4 1

122

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000032

delta_Syn_5 -008265

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000057

delta_Syn_6 017388

omega_Syn_6 1

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 031077

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 00003

delta_Syn_8 -013886

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000027

delta_Syn_9 018826

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000028

delta_Syn_10 -040867

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

123

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098193

vr1_Exc_2 10001

vr2_Exc_2 -1179

vf_Exc_2 098246

vm_Exc_3 098303

vr1_Exc_3 10012

vr2_Exc_3 -07868

vf_Exc_3 09835

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079795

vf_Exc_4 099744

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030385

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10492

vr1_Exc_6 10706

vr2_Exc_6 -067176

vf_Exc_6 10496

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10855

vr2_Exc_7 -031913

vf_Exc_7 10638

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073425

vf_Exc_8 1028

124

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57287

tg2_Tg_2 57287

tg3_Tg_2 43538

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

125

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

tg3_Tg_10 19

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 233017

p_Syn_1 233017

q_Syn_1 127501

vf_Syn_2 098246

pm_Syn_2 133489

p_Syn_2 133488

q_Syn_2 175863

vf_Syn_3 09835

pm_Syn_3 151461

p_Syn_3 151461

q_Syn_3 187014

vf_Syn_4 099744

pm_Syn_4 147267

p_Syn_4 147267

q_Syn_4 10807

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 118373

126

p_Syn_5 118373

q_Syn_5 79733

vf_Syn_6 10496

pm_Syn_6 151462

p_Syn_6 151459

q_Syn_6 157144

vf_Syn_7 10638

pm_Syn_7 13049

p_Syn_7 13049

q_Syn_7 101381

vf_Syn_8 1028

pm_Syn_8 125829

p_Syn_8 125829

q_Syn_8 6659

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 193404

p_Syn_9 193404

q_Syn_9 113176

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 58254

p_Syn_10 58254

q_Syn_10 95686

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

127

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -29402 20187 005093 -003257

BUS01 BUS39 2 14701 -10093 000582 -023653

BUS01 BUS39 3 14701 -10093 000582 -023653

BUS02 BUS03 4 83713 76933 020549 22022

BUS02 BUS25 5 -5537 18564 029017 023195

BUS03 BUS04 6 15723 44591 004916 069085

BUS03 BUS18 7 -07493 097723 000298 -0091

BUS04 BUS05 8 -40818 -009527 003119 044062

BUS04 BUS14 9 -57969 -033235 006305 095555

BUS05 BUS06 10 -111502 -18364 005774 073114

128

BUS05 BUS08 11 70371 17427 00953 12716

BUS06 BUS07 12 95297 33531 01339 20045

BUS06 BUS11 13 -75986 -083911 008922 097932

BUS07 BUS08 14 40642 -056691 001668 016022

BUS08 BUS09 15 -091415 -42695 010425 14208

BUS09 BUS39 16 -10184 -56903 003659 -018671

BUS10 BUS11 17 7823 34845 005605 056551

BUS10 BUS13 18 73231 32305 004896 048928

BUS13 BUS14 19 71513 16135 00984 10223

BUS14 BUS15 20 1193 -069671 000707 -008669

BUS15 BUS16 21 -61113 -4099 010049 095887

BUS16 BUS17 22 51209 -045295 00319 032762

BUS16 BUS19 23 -102938 -39142 033316 38445

BUS16 BUS21 24 -75106 041206 007824 11706

BUS16 BUS24 25 -10399 -18394 000228 00046

BUS17 BUS18 26 43783 -019098 002304 019313

BUS17 BUS27 27 071071 -058958 000167 -016774

BUS21 BUS22 28 -13837 -3381 027167 4578

BUS22 BUS23 29 10372 15681 000291 -009404

BUS23 BUS24 30 83187 33043 023923 35628

BUS25 BUS26 31 15326 27558 004095 001147

BUS26 BUS27 32 57848 2892 008598 07485

BUS26 BUS28 33 -3195 -031065 006372 013951

BUS26 BUS29 34 -42678 -022476 015083 087458

BUS28 BUS29 35 -79563 -10795 011934 10905

BUS02 BUS30 36 -58254 -74984 0 20702

BUS06 BUS31 37 -65695 -25408 0 61999

BUS06 BUS31 38 -65695 -25408 0 61999

BUS10 BUS32 39 -151461 -6715 0 119864

129

BUS12 BUS11 40 -007516 -099262 000397 010795

BUS12 BUS13 41 -011868 -10141 000418 011357

BUS19 BUS20 42 38649 -17168 001672 032972

BUS19 BUS33 43 -144918 -60419 02349 47652

BUS20 BUS34 44 -116584 -43953 01789 3578

BUS22 BUS35 45 -151459 -95271 0 61873

BUS23 BUS36 46 -129283 -35713 012071 65668

BUS25 BUS37 47 -124678 -22077 011512 44514

BUS29 BUS38 48 -189592 -38828 038127 74347

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 29911 -20513 005093 -003257

BUS39 BUS01 2 -14643 077281 000582 -023653

BUS39 BUS01 3 -14643 077281 000582 -023653

BUS03 BUS02 4 -81658 -54911 020549 22022

BUS25 BUS02 5 58272 -16244 029017 023195

BUS04 BUS03 6 -15231 -37683 004916 069085

BUS18 BUS03 7 075229 -10682 000298 -0091

BUS05 BUS04 8 4113 053589 003119 044062

BUS14 BUS04 9 58599 12879 006305 095555

BUS06 BUS05 10 112079 25676 005774 073114

BUS08 BUS05 11 -69418 -047112 00953 12716

BUS07 BUS06 12 -93958 -13486 01339 20045

BUS11 BUS06 13 76878 18184 008922 097932

BUS08 BUS07 14 -40476 072713 001668 016022

130

BUS09 BUS08 15 10184 56903 010425 14208

BUS39 BUS09 16 1055 55035 003659 -018671

BUS11 BUS10 17 -77669 -2919 005605 056551

BUS13 BUS10 18 -72742 -27412 004896 048928

BUS14 BUS13 19 -70529 -059119 00984 10223

BUS15 BUS14 20 -11859 061002 000707 -008669

BUS16 BUS15 21 62118 50579 010049 095887

BUS17 BUS16 22 -5089 078056 00319 032762

BUS19 BUS16 23 106269 77587 033316 38445

BUS21 BUS16 24 75888 075852 007824 11706

BUS24 BUS16 25 10422 1844 000228 00046

BUS18 BUS17 26 -43553 038412 002304 019313

BUS27 BUS17 27 -070903 042184 000167 -016774

BUS22 BUS21 28 141087 7959 027167 4578

BUS23 BUS22 29 -10343 -16621 000291 -009404

BUS24 BUS23 30 -80794 025853 023923 35628

BUS26 BUS25 31 -14917 -27443 004095 001147

BUS27 BUS26 32 -56988 -21435 008598 07485

BUS28 BUS26 33 32587 045016 006372 013951

BUS29 BUS26 34 44187 10993 015083 087458

BUS29 BUS28 35 80756 21701 011934 10905

BUS30 BUS02 36 58254 95686 0 20702

BUS31 BUS06 37 65695 87407 0 61999

BUS31 BUS06 38 65695 87407 0 61999

BUS32 BUS10 39 151461 187014 0 119864

BUS11 BUS12 40 007913 11006 000397 010795

BUS13 BUS12 41 012285 11277 000418 011357

BUS20 BUS19 42 -38482 20465 001672 032972

BUS33 BUS19 43 147267 10807 02349 47652

131

BUS34 BUS20 44 118373 79733 01789 3578

BUS35 BUS22 45 151459 157144 0 61873

BUS36 BUS23 46 13049 101381 012071 65668

BUS37 BUS25 47 125829 6659 011512 44514

BUS38 BUS29 48 193404 113176 038127 74347

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1443043

REACTIVE POWER [pu] 1212158

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1402543

REACTIVE POWER [pu] 31686

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 405

REACTIVE POWER [pu] 895298

Annexe B1 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds (eacutetat de base)

132

CONTINUATION POWER FLOW REPORT

P S A T 218

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail FedericoMilanouclmes

website httpwwwuclmesareagseeWebFederico

File Cworkworkpsat 216psat 218psattestsPFE _2017PFE_SEVersion 2PFE_SESimulation

STATCOM_version 2b_d_Ieee39satatcomN08

Date 18-Jun-2017 183446

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 500

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

133

BUS01 09982 -053682 0 0 0 0

BUS02 093356 -040526 0 0 0 0

BUS03 083248 -056145 0 0 74588 005559

BUS04 075506 -060782 0 0 115819 42622

BUS05 078731 -051917 0 0 0 -061985

BUS06 079546 -047221 0 0 0 0

BUS07 07767 -061636 0 0 54157 19458

BUS08 07846 -06495 0 1e-005 120915 093843

BUS09 094102 -062322 0 0 0 0

BUS10 081535 -031761 0 0 0 0

BUS11 080223 -03697 0 0 0 0

BUS12 074304 -037112 0 0 019689 20384

BUS13 079549 -036353 0 0 0 0

BUS14 076855 -047744 0 0 0 0

BUS15 075482 -05163 0 0 74124 35441

BUS16 080356 -042235 0 0 76302 074819

BUS17 080696 -049169 0 0 0 0

BUS18 08103 -054653 0 0 36599 069492

BUS19 093308 -015476 0 0 0 0

BUS20 089997 -022503 0 0 157514 23859

BUS21 080567 -026193 0 0 63469 26638

BUS22 090079 000883 0 0 0 0

BUS23 088298 -000265 0 0 57331 19597

BUS24 081562 -041378 0 0 71484 -21357

BUS25 095503 -033343 0 0 51887 10933

BUS26 085531 -038802 0 0 32198 039379

BUS27 080829 -050935 0 0 6509 17489

BUS28 08815 -018388 0 0 47718 063932

134

BUS29 091752 -003447 0 0 6567 062311

BUS30 10475 -029318 58951 82418 0 0

BUS31 098195 0 134949 126708 021311 010655

BUS32 098304 0104 153273 141443 0 0

BUS33 099716 008297 149029 9774 0 0

BUS34 10123 000838 119789 75294 0 0

BUS35 10493 024882 153272 14353 0 0

BUS36 10635 038446 132051 93699 0 0

BUS37 10278 -002369 127335 58893 0 0

BUS38 10265 029432 195718 107923 0 0

BUS39 103 -06063 235805 99174 255729 5791

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -060625

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 000039

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098204

e1d_Syn_2 000015

delta_Syn_3 010437

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098312

e1d_Syn_3 000029

delta_Syn_4 008336

omega_Syn_4 1

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000032

135

delta_Syn_5 000911

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000058

delta_Syn_6 024915

omega_Syn_6 1

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 03848

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 00003

delta_Syn_8 -002336

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000028

delta_Syn_9 02947

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000028

delta_Syn_10 -029314

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098195

136

vr1_Exc_2 099998

vr2_Exc_2 -11788

vf_Exc_2 098233

vm_Exc_3 098304

vr1_Exc_3 10011

vr2_Exc_3 -078672

vf_Exc_3 09834

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079793

vf_Exc_4 099742

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030384

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10493

vr1_Exc_6 10705

vr2_Exc_6 -067175

vf_Exc_6 10496

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10855

vr2_Exc_7 -031913

vf_Exc_7 10638

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073424

vf_Exc_8 10279

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

137

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57229

tg2_Tg_2 57229

tg3_Tg_2 43494

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

138

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

tg3_Tg_10 19

ist_Statcom_1 4

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 235805

p_Syn_1 235805

q_Syn_1 99174

vf_Syn_2 098233

pm_Syn_2 13495

p_Syn_2 134949

q_Syn_2 126708

vf_Syn_3 09834

pm_Syn_3 153273

p_Syn_3 153273

q_Syn_3 141443

vf_Syn_4 099742

pm_Syn_4 149029

p_Syn_4 149029

q_Syn_4 9774

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 119789

139

p_Syn_5 119789

q_Syn_5 75294

vf_Syn_6 10496

pm_Syn_6 153274

p_Syn_6 153272

q_Syn_6 14353

vf_Syn_7 10638

pm_Syn_7 132051

p_Syn_7 132051

q_Syn_7 93699

vf_Syn_8 10279

pm_Syn_8 127335

p_Syn_8 127335

q_Syn_8 58893

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 195718

p_Syn_9 195718

q_Syn_9 107923

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 58951

p_Syn_10 58951

q_Syn_10 82418

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

140

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

vref_Statcom_1 1087

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -28037 16564 004173 -016258

BUS01 BUS39 2 14018 -082822 000477 -026649

BUS01 BUS39 3 14018 -082822 000477 -026649

BUS02 BUS03 4 85352 60288 016491 17143

BUS02 BUS25 5 -54854 23382 028801 022363

BUS03 BUS04 6 15487 28864 002097 020373

BUS03 BUS18 7 -063723 13726 000397 -009632

BUS04 BUS05 8 -4203 -14955 002777 036443

BUS04 BUS14 9 -58512 -008406 004804 069451

141

BUS05 BUS06 10 -114092 -13397 004257 05262

BUS05 BUS08 11 71784 009964 006653 084029

BUS06 BUS07 12 97568 16469 009295 13554

BUS06 BUS11 13 -79267 038477 006971 0728

BUS07 BUS08 14 42481 -16543 001373 011035

BUS08 BUS09 15 -074523 -34437 004342 03998

BUS09 BUS39 16 -078866 -38435 001309 -084056

BUS10 BUS11 17 81006 19153 004175 040109

BUS10 BUS13 18 72267 32265 003778 035886

BUS13 BUS14 19 70483 18322 007572 074431

BUS14 BUS15 20 10733 030933 000404 -016363

BUS15 BUS16 21 -63432 -30711 007799 071062

BUS16 BUS17 22 50068 -056869 002747 02623

BUS16 BUS19 23 -10422 -32119 029317 33425

BUS16 BUS21 24 -76042 085882 007274 10625

BUS16 BUS24 25 -10319 -16082 000166 -001185

BUS17 BUS18 26 43215 -062084 002043 015313

BUS17 BUS27 27 06578 -021016 000089 -019797

BUS21 BUS22 28 -140238 -28675 025194 42217

BUS22 BUS23 29 10514 15365 000274 -010306

BUS23 BUS24 30 84048 27448 022283 32842

BUS25 BUS26 31 16596 25876 003759 -004213

BUS26 BUS27 32 59316 24294 007946 066838

BUS26 BUS28 33 -32111 -013633 006074 008103

BUS26 BUS29 34 -43183 -005718 014609 079232

BUS28 BUS29 35 -80436 -085668 011761 1067

BUS02 BUS30 36 -58951 -6548 0 16938

BUS06 BUS31 37 -66409 -19488 0 43334

BUS06 BUS31 38 -66409 -19488 0 43334

142

BUS10 BUS32 39 -153273 -51418 0 90025

BUS12 BUS11 40 -005903 -1078 000342 009294

BUS12 BUS13 41 -013786 -096038 000276 007506

BUS19 BUS20 42 39641 -13164 001576 031072

BUS19 BUS33 43 -146793 -52379 022361 4536

BUS20 BUS34 44 -118031 -4013 017582 35164

BUS22 BUS35 45 -153272 -86257 0 57273

BUS23 BUS36 46 -130892 -30649 01159 63049

BUS25 BUS37 47 -126217 -15664 01118 43229

BUS29 BUS38 48 -191925 -33962 037929 73961

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 28454 -1819 004173 -016258

BUS39 BUS01 2 -13971 056173 000477 -026649

BUS39 BUS01 3 -13971 056173 000477 -026649

BUS03 BUS02 4 -83702 -43145 016491 17143

BUS25 BUS02 5 57734 -21145 028801 022363

BUS04 BUS03 6 -15277 -26826 002097 020373

BUS18 BUS03 7 06412 -14689 000397 -009632

BUS05 BUS04 8 42307 18599 002777 036443

BUS14 BUS04 9 58993 077857 004804 069451

BUS06 BUS05 10 114517 18659 004257 05262

BUS08 BUS05 11 -71119 074065 006653 084029

BUS07 BUS06 12 -96638 -029146 009295 13554

BUS11 BUS06 13 79964 034323 006971 0728

143

BUS08 BUS07 14 -42344 17647 001373 011035

BUS09 BUS08 15 078866 38435 004342 03998

BUS39 BUS09 16 080175 3003 001309 -084056

BUS11 BUS10 17 -80589 -15142 004175 040109

BUS13 BUS10 18 -71889 -28677 003778 035886

BUS14 BUS13 19 -69726 -10879 007572 074431

BUS15 BUS14 20 -10693 -047297 000404 -016363

BUS16 BUS15 21 64212 37817 007799 071062

BUS17 BUS16 22 -49793 083099 002747 02623

BUS19 BUS16 23 107152 65544 029317 33425

BUS21 BUS16 24 76769 020366 007274 10625

BUS24 BUS16 25 10336 15963 000166 -001185

BUS18 BUS17 26 -43011 077397 002043 015313

BUS27 BUS17 27 -065692 001218 000089 -019797

BUS22 BUS21 28 142758 70892 025194 42217

BUS23 BUS22 29 -10486 -16395 000274 -010306

BUS24 BUS23 30 -8182 053938 022283 32842

BUS26 BUS25 31 -1622 -26297 003759 -004213

BUS27 BUS26 32 -58521 -17611 007946 066838

BUS28 BUS26 33 32719 021736 006074 008103

BUS29 BUS26 34 44644 08495 014609 079232

BUS29 BUS28 35 81612 19236 011761 1067

BUS30 BUS02 36 58951 82418 0 16938

BUS31 BUS06 37 66409 62821 0 43334

BUS31 BUS06 38 66409 62821 0 43334

BUS32 BUS10 39 153273 141443 0 90025

BUS11 BUS12 40 006245 1171 000342 009294

BUS13 BUS12 41 014062 10354 000276 007506

BUS20 BUS19 42 -39483 16271 001576 031072

144

BUS33 BUS19 43 149029 9774 022361 4536

BUS34 BUS20 44 119789 75294 017582 35164

BUS35 BUS22 45 153272 14353 0 57273

BUS36 BUS23 46 132051 93699 01159 63049

BUS37 BUS25 47 127335 58893 01118 43229

BUS38 BUS29 48 195718 107923 037929 73961

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1460172

REACTIVE POWER [pu] 102682

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1424692

REACTIVE POWER [pu] 288773

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 35479

REACTIVE POWER [pu] 738047

Annexe B2 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du

STATCOM au nœud 8 (Zone 1)

145

POWER FLOW REPORT

P S A T 219

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail federicomilanoucdie

website faraday1ucdiepsathtml

File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeteste ssscb_d00

Date 09-Jun-2017 153006

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 336

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 099097 -068975 0 0 0 0

BUS02 091781 -05429 0 0 0 0

BUS03 079734 -070717 0 0 75617 005636

BUS04 066326 -076185 0 0 117417 43209

BUS05 066473 -064183 0 0 0 -044187

146

BUS06 067567 -057647 0 0 0 0

BUS07 063172 -078416 0 0 54904 19726

BUS08 063378 -083261 0 0 122583 41331

BUS09 087869 -078891 0 0 0 0

BUS10 072734 -037936 0 0 0 0

BUS11 070208 -044367 0 0 0 0

BUS12 063793 -044818 0 0 019961 20665

BUS13 070846 -044069 0 0 0 0

BUS14 069215 -059233 0 0 0 0

BUS15 07407 -064955 0 0 75147 3593

BUS16 081822 -05593 0 0 77354 075851

BUS17 080501 -063045 0 0 0 0

BUS18 079536 -068866 0 0 37104 07045

BUS19 093754 -029105 0 0 0 0

BUS20 090167 -036109 0 0 159687 24188

BUS21 087 -041123 0 0 64345 27006

BUS22 10049 -018383 0 0 0 0

BUS23 095617 -018974 0 0 58121 19867

BUS24 084024 -055252 0 0 7247 -21652

BUS25 094412 -04701 0 0 52603 11084

BUS26 08466 -05244 0 0 32642 039922

BUS27 0802 -06492 0 0 65988 1773

BUS28 087316 -031212 0 0 48376 064814

BUS29 091081 -015774 0 0 66575 06317

BUS30 10475 -042699 5993 9148 0 0

BUS31 098193 0 137349 178813 021605 010802

BUS32 098303 010582 155818 187617 0 0

BUS33 099716 -005013 151503 95238 0 0

BUS34 10123 -012399 121778 74705 0 0

147

BUS35 10492 -014155 155816 166126 0 0

BUS36 10635 017417 134243 63977 0 0

BUS37 10278 -015159 129449 64436 0 0

BUS38 10265 017894 198968 113339 0 0

BUS39 103 -076593 23972 128843 259257 58709

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -076589

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 00004

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098206

e1d_Syn_2 000016

delta_Syn_3 01062

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098313

e1d_Syn_3 000029

delta_Syn_4 -004973

omega_Syn_4 1

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000033

delta_Syn_5 -012326

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000059

delta_Syn_6 -014122

omega_Syn_6 1

148

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 017452

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 000031

delta_Syn_8 -015125

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000028

delta_Syn_9 017933

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000029

delta_Syn_10 -042696

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098193

vr1_Exc_2 10001

vr2_Exc_2 -1179

vf_Exc_2 098247

vm_Exc_3 098303

vr1_Exc_3 10012

vr2_Exc_3 -07868

149

vf_Exc_3 09835

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079793

vf_Exc_4 099741

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030384

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10492

vr1_Exc_6 10706

vr2_Exc_6 -067177

vf_Exc_6 10497

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10854

vr2_Exc_7 -03191

vf_Exc_7 10637

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073425

vf_Exc_8 1028

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

150

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57296

tg2_Tg_2 57296

tg3_Tg_2 43545

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

151

tg3_Tg_10 19

vcs_Sssc_1 024834

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 23972

p_Syn_1 23972

q_Syn_1 128843

vf_Syn_2 098247

pm_Syn_2 137351

p_Syn_2 137349

q_Syn_2 178813

vf_Syn_3 09835

pm_Syn_3 155818

p_Syn_3 155818

q_Syn_3 187617

vf_Syn_4 099741

pm_Syn_4 151503

p_Syn_4 151503

q_Syn_4 95238

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 121778

p_Syn_5 121778

q_Syn_5 74705

vf_Syn_6 10497

pm_Syn_6 155819

p_Syn_6 155816

q_Syn_6 166126

152

vf_Syn_7 10637

pm_Syn_7 134243

p_Syn_7 134243

q_Syn_7 63977

vf_Syn_8 1028

pm_Syn_8 129449

p_Syn_8 129449

q_Syn_8 64436

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 198968

p_Syn_9 198968

q_Syn_9 113339

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 5993

p_Syn_10 5993

q_Syn_10 9148

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

153

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

v0_Sssc_1 024834

pref_Sssc_1 -65

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -30454 19186 005128 -003514

BUS01 BUS39 2 15227 -095928 000595 -023441

BUS01 BUS39 3 15227 -095928 000595 -023441

BUS02 BUS03 4 85484 71305 019364 20591

BUS02 BUS25 5 -56521 19983 030072 02429

BUS03 BUS04 6 16592 48844 005583 079567

BUS03 BUS18 7 -086611 013058 000137 -011907

BUS04 BUS05 8 -40971 039838 003086 043458

BUS04 BUS14 9 -60412 -063061 006702 10172

BUS05 BUS06 10 -114034 -15612 005995 075982

BUS05 BUS08 11 72754 19668 010307 13807

BUS06 BUS07 12 98009 356 014314 21465

BUS06 BUS11 13 -77454 -1037 009353 10297

BUS07 BUS08 14 41674 -055909 00177 017236

154

BUS08 BUS09 15 -093637 -42784 010612 14517

BUS09 BUS39 16 -10425 -57301 003733 -016642

BUS10 BUS11 17 79843 37573 005898 059683

BUS10 BUS13 18 75975 26941 004921 049144

BUS13 BUS14 19 74265 099622 010083 10471

BUS14 BUS15 20 12175 -16987 001532 -000336

BUS15 BUS16 21 -63125 -52883 011043 10493

BUS16 BUS17 22 53385 093664 003081 030328

BUS16 BUS19 23 -106504 -28279 028885 3285

BUS16 BUS21 24 -79033 -21786 007988 11662

BUS16 BUS24 25 -094316 -30262 000444 004057

BUS17 BUS18 26 46012 064426 002338 018941

BUS17 BUS27 27 07065 -001089 000102 -019408

BUS21 BUS22 28 -144177 -60454 02571 42727

BUS22 BUS23 29 090684 49468 001558 007174

BUS23 BUS24 30 84057 39679 021112 30663

BUS25 BUS26 31 16131 24983 003604 -004873

BUS26 BUS27 32 59739 2273 008058 068314

BUS26 BUS28 33 -32701 -010726 006433 013216

BUS26 BUS29 34 -4391 -001791 015431 089643

BUS28 BUS29 35 -81721 -088757 012378 11369

BUS02 BUS30 36 -5993 -71751 0 1973

BUS06 BUS31 37 -67594 -2422 0 64646

BUS06 BUS31 38 -67594 -2422 0 64646

BUS10 BUS32 39 -155818 -64515 0 123103

BUS12 BUS11 40 -008249 -098751 000391 010623

BUS12 BUS13 41 -011712 -1079 000469 012744

BUS19 BUS20 42 39856 -11624 001542 030405

BUS19 BUS33 43 -149249 -49505 022544 45733

155

BUS20 BUS34 44 -119985 -38853 017926 35853

BUS22 BUS35 45 -155816 -15265 0 13477

BUS23 BUS36 46 -133266 -10795 009776 53183

BUS25 BUS37 47 -128261 -18513 011877 45923

BUS29 BUS38 48 -194987 -35705 039812 77634

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 30966 -19537 005128 -003514

BUS39 BUS01 2 -15167 072488 000595 -023441

BUS39 BUS01 3 -15167 072488 000595 -023441

BUS03 BUS02 4 -83548 -50713 019364 20591

BUS25 BUS02 5 59528 -17554 030072 02429

BUS04 BUS03 6 -16034 -40887 005583 079567

BUS18 BUS03 7 086747 -024965 000137 -011907

BUS05 BUS04 8 4128 003621 003086 043458

BUS14 BUS04 9 61082 16479 006702 10172

BUS06 BUS05 10 114633 2321 005995 075982

BUS08 BUS05 11 -71723 -058609 010307 13807

BUS07 BUS06 12 -96578 -14135 014314 21465

BUS11 BUS06 13 78389 20668 009353 10297

BUS08 BUS07 14 -41497 073145 00177 017236

BUS09 BUS08 15 10425 57301 010612 14517

BUS39 BUS09 16 10798 55637 003733 -016642

BUS11 BUS10 17 -79253 -31605 005898 059683

BUS13 BUS10 18 -75483 -22027 004921 049144

156

BUS14 BUS13 19 -73257 005086 010083 10471

BUS15 BUS14 20 -12022 16953 001532 -000336

BUS16 BUS15 21 64229 63376 011043 10493

BUS17 BUS16 22 -53077 -063336 003081 030328

BUS19 BUS16 23 109393 61129 028885 3285

BUS21 BUS16 24 79832 33448 007988 11662

BUS24 BUS16 25 09476 30668 000444 004057

BUS18 BUS17 26 -45779 -045485 002338 018941

BUS27 BUS17 27 -070548 -018318 000102 -019408

BUS22 BUS21 28 146748 103181 02571 42727

BUS23 BUS22 29 -089126 -48751 001558 007174

BUS24 BUS23 30 -81946 -090159 021112 30663

BUS26 BUS25 31 -1577 -2547 003604 -004873

BUS27 BUS26 32 -58934 -15898 008058 068314

BUS28 BUS26 33 33345 023942 006433 013216

BUS29 BUS26 34 45453 091434 015431 089643

BUS29 BUS28 35 82958 20245 012378 11369

BUS30 BUS02 36 5993 9148 0 1973

BUS31 BUS06 37 67594 88866 0 64646

BUS31 BUS06 38 67594 88866 0 64646

BUS32 BUS10 39 155818 187617 0 123103

BUS11 BUS12 40 00864 10937 000391 010623

BUS13 BUS12 41 012181 12065 000469 012744

BUS20 BUS19 42 -39702 14665 001542 030405

BUS33 BUS19 43 151503 95238 022544 45733

BUS34 BUS20 44 121778 74705 017926 35853

BUS35 BUS22 45 155816 166126 0 13477

BUS36 BUS23 46 134243 63977 009776 53183

BUS37 BUS25 47 129449 64436 011877 45923

157

BUS38 BUS29 48 198968 113339 039812 77634

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1484574

REACTIVE POWER [pu] 1164575

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1444346

REACTIVE POWER [pu] 326439

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 40229

REACTIVE POWER [pu] 838136

Annexe B3 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du

SSSC agrave la linge 45 (Zone 3)

Page 5: Mémoire - pmb.univ-saida.dz

Table des matiegraveres

Contexte de lrsquoeacutetude et eacutetat de lrsquoart

I1) Introduction 13

I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique 14

I21) De la centrale aux abonneacutes 14

I 3) Fonctionnement du reacuteseau eacutelectrique 16

I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectrique 16

I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie 17

I411) Reacuteseaux drsquoutilisation 17

I412) Reacuteseaux de distribution 18

I413) Reacuteseaux de reacutepartition 18

I414) Reacuteseaux de transport 18

I42) Topologie des reacuteseaux

I421) Reacuteseaux radiaux

I422) Reacuteseaux boucleacutes

I423) Reacuteseaux mailleacutes

18

18

19

20

Liste des figures 03

Liste des tableaux 05

Liste des acronymes 06

Liste des symboles 08

Introduction geacuteneacuterale 09

Table des matiegraveres

Chapitre I

I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques 20

I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du

Maghreb Arabe

21

I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique 22

I61) Qualiteacute de la tension 22

I611) Amplitude 22

I612) Freacutequence 23

I613) Forme Drsquoonde 23

I614) Symeacutetrie 23

I62) Qualiteacute du courant 23

I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique 24

I71) Classification des perturbations eacutelectriques 24

I711) Creux de tension et coupures 24

a) Origines de creux de tension et coupures 25

I712) Harmonique 26

a) Inters harmoniques 26

b) Infra-harmoniques 26

c) Conseacutequences des harmoniques 26

d) Les principales sources drsquoharmoniques 26

I713) Surtensions 27

a) Origine ou causes des surtensions 28

I714) Variations et fluctuations de tension 28

a) Origines des variations et fluctuations de tension 28

I715) Deacuteseacutequilibres 29

a) Origines de Deacuteseacutequilibres 29

I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations 29

I72) Le system de protection 30

I8) La Stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31

I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31

I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 31

I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire) 32

I8211) Stabiliteacute Angulaire Aux Petites Perturbations 33

I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

transitoire

34

I822) Stabiliteacute de la freacutequence 35

I823) Stabiliteacute de tension 35

I8231) Instabiliteacute de la tension 35

I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension 36

I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites

perturbations

36

I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes

perturbations

36

I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension 36

I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation 37

I92) Charge appeleacutee trop importante 37

I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport 37

I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 38

I11) Conclusion 40

Le concept des FACTS

II1) Introduction 42

II2) Le concept FACTS 42

II21) Fonctionnement des FACTS

II22) Contexte algeacuterien

44

45

II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS 47

II3) Les dispositifs FACTS 47

II4) Classification des dispositifs FACTS 48

II41) Classification selon la geacuteneacuteration 48

II411) Geacuteneacuteration I 48

II412) Geacuteneacuteration II 48

II413) Geacuteneacuteration III 48

II42) Classification selon la cateacutegorie 48

II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS 49

a) Dispositifs FACTS Shunt 49

Compensateur statique de puissance reacuteactive (SVC) 49

Compensateur statique synchrone ( STATCOM) 49

Geacuteneacuterateur statique synchrone (SSG) 49

Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (SVG) 50

Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (SVS) 50

Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (TCBR) 50

b) Dispositifs FACTS seacuteries 51

Controcircleur de transit de puissance entre lignes (IPFC) 51

Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (TCSC) 51

Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (TSSC) 51

Chapitre II

Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (TCSR) 51

Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (TSSR) 52

Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (SSSC) 52

c) Dispositifs FACTS hybrides 52

Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (UPFC) 52

Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (TCPST) 52

Reacutegulateur de puissance interphases (IPC) 52

d) Autres dispositifs FACTS 53

Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVL) 53

Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVR) 53

II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors 54

Compensateur synchrone statique(STATCOM) 54

Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC) 58

II6) Coucirct des dispositifs FACTS 62

II7) Synthegravese des dispositifs FACTS 63

II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie des

dispositifs FACTS

63

II9) Conclusion 64

Modeacutelisation du systegraveme eacutetudieacute de la charge au reacuteseau complet

III1) Introduction 67

III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS 67

III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs 67

III22) Modegraveles des charges 69

III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt 69

III24) Modegraveles de la ligne 70

Chapitre III

III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques 71

III26) Modegraveles du transformateur 72

III27) Modeacutelisation de la machine synchrone 73

III28) Modeacutelisation du STATCOM 74

III29) Modeacutelisation du SSSC 75

III3) Conclusion 78

IV1) Introduction 80

IV2) Outils de simulation 81

IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 82

IV31) Facteur de charger et les directions de puissance 83

IV32) Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance 84

IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE39 nœuds 87

IV41) Preacutesentation du reacuteseau 87

IV5) Emplacement du STATCOM 91

IV51) Impact du STATCOM 92

IV511) Profils des tensions et les pertes de puissance dans le

systegraveme

94

IV512) Synthegravese 98

IV6) Emplacement du SSSC 99

IV61) Impact du SSSC 100

IV611) SSSC inseacutereacute sur la linge 45 103

IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 104

IV613) Synthegravese 106

IV7) Conclusion 107

Chapitre IV

Ameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau de transport par les FACTS

Conclusion geacuteneacuterale 109

Bibliographies 112

Annexes 116

Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique 14

Figure I2 Reacuteseaux publique 15

Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique 17

Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial 19

Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute 19

Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute 20

Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension 24

Figure I8 Paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12) 25

Figure I9 Harmoniques 27

Figure I10 Exemple de surtension 27

Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension 28

Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension 29

Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques 30

Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique 32

Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps 34

Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 39

Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif 43

Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar 46

Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie 47

Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie 48

Figure II5 Classification des dispositifs FACTS 54

Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM 55

Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM 56

Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM 57

Liste des figures

Figure II9 Scheacutema de base du SSSC 58

Figure II10

Figure II11

Figure II12

Figure II13

Caracteacuteristique statiques du SSSC

Principe de fonctionnement de SSSC

Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple

Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du

SSSC

59

60

61

61

Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur 68

Figure III2 Modegravele des charges 69

Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt 70

Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport 70

Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur 72

Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone 73

Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM 74

Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation 76

Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT 82

Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink 82

Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas preacutedicteur) 85

Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas correcteur) 86

Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas correcteur obtenu

par les moyens de la parameacutetrisation locale

87

Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds 88

Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds 89

Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS 90

Figure IV9 Profile de tension du reacuteseau IEEE 39-nœuds 91

Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone 91

Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1 du systegraveme (eacutetat de base) 92

Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme (eacutetat de base) 92

Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de base 92

Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8 94

Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8 94

Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 8 95

Figure IV17 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 8 95

Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM 95

Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 03 96

Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 15 96

Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 15 97

Figure IV23 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV24 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV25 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 15 98

Figure IV26 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 15 98

Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents

emplacements du STATCOM

98

Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du

STATCOM

99

Figure IV29 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement 100

Figure IV30 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement 100

Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge15 102

Figure IV35 Profils de pertes de puissance actives avec SSSC sur la ligne 15 102

Figure IV36 Profils de pertes de puissance reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15 102

Figure IV37 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103

Figure IV38 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103

Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge 45 104

Figure IV41 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV42 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge48 105

Figure IV45 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV46 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC 106

Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents emplacements du

SSSC

106

Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS 62

Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS 63

Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme 72

Liste des tableaux

kV Kilovolt

Hz Hertz

THT Tregraves haute tension

UHT Ultra haute tension

Km Kilomegravetre

HTB Haute tension

RTE Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute

HTA Moyenne tension

BT Basse tension

SDO Socieacuteteacute de distribution de lrsquoouest

UMA Union du Maghreb Arabe

ONE Office National Marocain de lrsquoElectriciteacute

STEG Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz

Comelec Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute

IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Eacutelectriciteacute et en Eacutelectronique

CEI Commission eacutelectrotechnique internationale

119880119903119890119891 Tension de reacutefeacuterence

ms Mili-seconde

rms Root means square

pu Systegraveme de valeur relative (Per unit )

CPF Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance

GW Geacutegawatts

PSAT Power System Analysis Toolbox

AC Alternative Current (Courant altenatif)

IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Electriciteacute et en Electronique

Liste des acronymes

∆U Diffeacuterence de tension

∆T Diffeacuterence de temps

FACTS Flexible Alternating Current Transmission System

STATCOM Compensateur Statique Synchrone

SSSC

GTO

Compensateur Statique seacuterie synchrone

Gate Turn Off

119881119904 Tension de la source

119881119903 Tension de la charge

119868119898119886119909 Courant maximal

119868119898119894119899 Courant minimal

MLI Modulation par largeur dimpulsion

119881119904ℎ Tension (shunt) injecteacutee par le STATCOM

119876119904ℎ Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le STATCOM

119876119903 Puissance reacuteactive demandeacutee par la charge

119868119904ℎ Courant (shunt) injecteacute par le STATCOM

119881119904119890 Tension (seacuterie) injecteacute par le SSSC

119883119897 Reacuteactance de la ligne de transport

X Reacuteactance totale du reacuteseau

119883119890119891119891 Reacuteactance effective

V Tension de source

B Susceptance

119883119886 Reacuteactance seacuterie limitant les transitoires

119868119902 Composante du courant de la ligne sur lrsquoaxe q

119868prime119902 Composante du courant fourni par le compensateur shunt sur lrsquoaxe q

119881119904119902 Composante de la tension de la source sur lrsquoaxe q

119883119894 Angle de commutation

119868119897 Courant de ligne

λ Facteur de charge

Liste des symboles

Introduction geacuteneacuterale

INTRODUCTION GENERALE

9

Aujourdrsquohui la consommation de leacutenergie eacutelectrique et le sceacutenario des systegravemes

dalimentation est hautement complexe et interconnecteacute il y a un grand besoin

dameacuteliorer lutilisation deacutenergie eacutelectrique tout en conservant sa fiabiliteacute et sa seacutecuriteacute

Lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecoulement de puissance et la stabiliteacute dans le langage du systegraveme

eacutelectrique est la solution de leacutetat deacutequilibre des reacuteseaux Habituellement une centrale nest

pas situeacutee agrave proximiteacute du centre de charge mais elle peut ecirctre loin du centre de distribution

en raison de circonstances diverses Pour reacutepondre agrave la demande de puissance sans

cesse croissante les services publics preacutefegraverent sappuyer sur la production de

leacutelectriciteacute deacutejagrave existante au lieu de construire de nouvelles lignes de transmission qui

sont limiteacutees par des contraintes diverses

Les reacuteseaux eacutelectriques jusquagrave ces derniegraveres anneacutees sont controcircleacutes

meacutecaniquement malgreacute lutilisation de la microeacutelectronique des ordinateurs et des

moyens rapides de teacuteleacutecommunication dans le controcircle des reacuteseaux la derniegravere action dans

ces systegravemes de commande est prise avec des dispositifs meacutecaniques ayant un temps

de reacuteponse plus au moins long et avec lesquels laction damorccedilage et de reacuteamorccedilage

ne peut ecirctre reacutepeacutetitivement exeacutecuteacute agrave une freacutequence eacuteleveacutee

Les eacuteleacutements proposeacutes qui permettent drsquoameacuteliorer les systegravemes sont les dispositifs

FACTS laquo Flexible Alternating Current Transmission System raquo Les dispositifs FACTS font

en geacuteneacuteral appel agrave leacutelectronique de puissance des microprocesseurs de lautomatique des

teacuteleacutecommunications et des logiciels pour parvenir agrave controcircler les systegravemes de puissance Ce

sont des eacuteleacutements de reacuteponse rapide Ils donnent en principe un controcircle plus souple

de leacutecoulement de puissance Ils donnent aussi la possibiliteacute de charger les lignes de transit

agrave des valeurs pregraves de leur limite thermique et augmentent la capaciteacute de transfegravere de la

puissance dune reacutegion agrave une autre Ils Limitent aussi les effets des deacutefauts et

des deacutefaillances de leacutequipement et stabilisent le comportement du reacuteseau eacutelectrique

Lrsquoeacutetude du comportement de la tension dans les reacuteseaux eacutelectriques est devenue une

preacuteoccupation majeure des exploitants et planificateurs de ces systegravemes En fait plusieurs

incidents geacuteneacuteraliseacutes survenus dans le monde ont eacuteteacute associeacutes agrave des instabiliteacutes de tension Ce

mode drsquoinstabiliteacute nrsquoest pas encore bien maicirctriseacute compareacute au mode drsquoinstabiliteacute angulaire

(dynamique et transitoire) En effet le meacutecanisme causant lrsquoinstabiliteacute de tension semble lrsquoun

des plus importants problegravemes agrave clarifier Aujourdrsquohui encore il nrsquoy a pas une theacuteorie

INTRODUCTION GENERALE

10

disponible et largement accepteacutee pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension Les problegravemes lieacutes agrave

ce type drsquoinstabiliteacute constituent alors dans plusieurs pays un axe de recherche tregraves important

Des releveacutes sur les incidents survenus durant les derniegraveres deacutecennies ont montreacute que

lrsquoeffondrement de tension intervient geacuteneacuteralement suite agrave une perturbation majeure ou agrave une

augmentation importante de la charge sur un reacuteseau eacutelectrique soumis agrave de fortes contraintes

Ce reacuteseau srsquoaffaiblit et sa consommation reacuteactive srsquoaccroicirct Le pheacutenomegravene est alors

caracteacuteriseacute par une baisse progressive de la tension dans une ou plusieurs reacutegions

consommatrices et qui va en srsquoacceacuteleacuterant au bout de quelques minutes La deacutegradation de la

tension au niveau des charges est alors telle qursquoelle entraicircne des interruptions de service dont

les causes directes peuvent ecirctre

- Manque de tension

- Augmentation des pertes reacuteactive du reacuteseau

La deacutefaillance du reacuteglage de la tension au niveau des bornes des groupes a pour

conseacutequence une acceacuteleacuteration de la deacutegradation du plan de la tension qui peut aller jusqursquoagrave

des deacuteclenchements en cascade de groupes et de lignes et un effondrement geacuteneacuteral du reacuteseau

Dans cette situation les moyens classiques de controcircle des reacuteseaux (transformateur agrave

prises reacuteglables en charge transformateurs deacutephaseurs compensateurs seacuterie ou parallegravele

commuteacutes par disjoncteurs modification des consignes de production changement de

topologie du reacuteseau et action sur lexcitation des geacuteneacuterateurs) pourraient dans lavenir saveacuterer

trop lents et insuffisants pour reacutepondre efficacement aux problegravemes drsquoinstabiliteacute du reacuteseau

compte tenu notamment des nouvelles contraintes Il faudra donc compleacuteter leur action en

mettant en œuvre des dispositifs eacutelectroniques de puissance ayant des temps de reacuteponse

courts qui sont les FACTS

Le maintien de lrsquoeacutequilibre entre la production et la consommation neacutecessite alors une

surveillance permanente du systegraveme afin drsquoassurer la qualiteacute du service (problegraveme de

conduite) garantir sa seacutecuriteacute (problegraveme de protection) et sa stabiliteacute (problegraveme de reacuteglage)

Ainsi le premier chapitre de ce meacutemoire est consacreacute agrave une introduction geacuteneacuterale aux

problegravemes que rencontrent actuellement les reacuteseaux eacutelectriques Nous preacutesenterons ensuite La

INTRODUCTION GENERALE

11

stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

Dans le deuxiegraveme chapitre nous preacutesenterons le concept FACTS et plus

particuliegraverement le contexte Algeacuterien ainsi la conception et le principe de fonctionnement de

deux systegravemes FACTS qui seront retenus pour la suite de cette eacutetude

Dans le troisiegraveme chapitre nous preacutesenterons la modeacutelisation de deux systegravemes FACTS

qui sont retenus pour la simulation La modeacutelisation des eacuteleacutements des reacuteseaux sera eacutegalement

eacutevoqueacutee

Le chapitre quatre preacutesentera les reacutesultats des simulations lors de lrsquoeffondrement de

tension Ces tests concernent lrsquoimpact des dispositifs FACTS sur le pheacutenomegravene de

lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de

puissance (CPF) Nous utiliserons pour cela le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds

Lorsque tout ce qui preacutecegravede aura eacuteteacute exposeacute il ne nous restera plus qursquoagrave conclure et agrave

proposer des perspectives drsquoeacutetudes futures permettant de compleacuteter le travail reacutealiseacute tout au

long de ce meacutemoire

12

Chapitre 1

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

13

CHAPITRE I

I1) Introduction

Lrsquoeacutenergie eacutelectrique est la forme drsquoeacutenergie la plus largement reacutepandue car elle est

facilement transportable avec un rendement eacuteleveacute et un coucirct raisonnable Un reacuteseau eacutelectrique

est un ensemble dinfrastructures dont le but est dacheminer de leacutenergie eacutelectrique agrave partir de

centres de production vers les consommateurs deacutelectriciteacute (charge) Le premier reacuteseau

eacutelectrique a vu le jour aux Etats Unis en 1882 et a eacuteteacute conccedilu par Thomas

Edison Crsquoeacutetait un reacuteseau local agrave courant continu et servait agrave assurer lrsquoeacuteclairage de la reacutegion de

Manhattan La distribution de lrsquoeacutenergie eacutetait assureacutee par des cacircbles souterrains

Avec lrsquoinvention du transformateur par William Stanley en 1885 et celle du moteur agrave

courant alternatif par Nikola Tesla en 1888 les reacuteseaux agrave courant alternatif commencegraverent agrave

prendre le pas sur les reacuteseaux agrave courant continu du fait qursquoil eacutetait devenu possible drsquoacheminer

plus de puissance sur de plus grandes distances gracircce agrave des niveaux de tension plus eacuteleveacutes

Un autre avantage non neacutegligeable du courant alternatif est la suppression du collecteur

donc des problegravemes de commutation dans les alternateurs ce qui a permis de construire des

alternateurs de grande puissance agrave moyenne tension Les reacuteseaux eacutetaient drsquoabord monophaseacutes

puis triphaseacutes (23 kV en 1893) et agrave diffeacuterentes freacutequences (28Hz agrave 133Hz) Progressivement

la neacutecessiteacute de mise en fonctionnement en parallegravele et drsquointerconnexion des diffeacuterents reacuteseaux

a conduit agrave la standardisation de la freacutequence

60 Hz aux Etats Unis et au Canada

50 Hz pour la majoriteacute des pays en Afrique Asie et Europe

Les niveaux de tensions ont eux aussi eacutevolueacute graduellement jusqursquoagrave atteindre

aujourdrsquohui lrsquoUltra Haute tension 765 kV en service aux Etats Unis et ce depuis 1969Le

transport drsquoeacutenergie eacutelectrique sur de tregraves grandes distances est devenu plus avantageux en

courant continu qursquoen alternatif et ce gracircce au deacuteveloppement de lrsquoeacutelectronique de puissance

Ainsi il est plus eacuteconomique de convertir la THT ou UHT de lrsquoalternatif au continu de

transporter lrsquoeacutenergie eacutelectrique agrave lrsquoaide de deux lignes et de la reconvertir agrave lrsquoautre extreacutemiteacute

Des eacutetudes ont montreacute qursquoil eacutetait avantageux de recourir au courant continu lorsqursquoil

srsquoagissait de transporter de lrsquoeacutenergie eacutelectrique sur des distances supeacuterieures ou eacutegales agrave 500

km

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

14

CHAPITRE I

Lrsquoaccroissement eacutenorme de la demande de lrsquoeacutenergie eacutelectrique et les contraintes

eacuteconomiques de construire de nouveaux ouvrages conduisent agrave lrsquoexploitation des reacuteseaux

eacutelectriques preacutes de leurs limites de stabiliteacute et de seacutecuriteacute En effet lrsquoinstabiliteacute des reacuteseaux

eacutelectriques preacutesente un problegraveme majeur dans le bon fonctionnement de ces derniers autour du

monde Les perturbations ineacutevitables telles que les courts circuits les indisponibiliteacutes

momentaneacutees des lignes de transmission des geacuteneacuterateurs les transformateurs ainsi que les

pertes dans les lignes peuvent affecter le reacuteseau eacutelectrique agrave tout instant et lrsquoamener en dehors

de sa zone de stabiliteacute La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique est donc la proprieacuteteacute qui lui permet

de rester dans un eacutetat drsquoeacutequilibre pour des conditions de fonctionnement normales et de

retrouver un eacutetat drsquoeacutequilibre acceptable suite agrave une perturbation

I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique

Les reacuteseaux eacutelectriques (transport et distribution) ont pour rocircle drsquoacheminer lrsquoeacutenergie

des sites de production vers les lieux de consommation avec des eacutetapes de baisse du niveau

de tension dans des postes de transformation

Les reacuteseaux eacutelectriques ont pour fonction dinterconnecter les centres

de production tels que les centrales hydrauliques thermiquesetc avec les centres de

consommation (villes usines) [1]

I21) De la centrale aux abonneacutes

La tension agrave la sortie des grandes centrales est porteacutee agrave 400 000 volts (ou 400 kV) pour

limiter les pertes drsquoeacutenergies sous forme de chaleur dans les cacircbles des lignes eacutelectriques de

transport (ce sont les pertes par laquo effets de joule raquo) Ensuite la tension est progressivement

reacuteduite au plus preacutes de la consommation pour arriver aux diffeacuterents niveaux de tension

auxquels sont raccordeacutes les consommateurs (figure I1)

Centrale

De

Production

Poste de

Transformation

THT HT

Poste de

Transformation

MT BT

Poste de

Transformation

HT HT

Abonneacutes HT Abonneacutes BT Abonneacutes MT

Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique

Poste de

Transformation

HTMT

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

15

CHAPITRE I

Les reacuteseaux publics drsquoeacutelectriciteacute (figure I2) sont constitueacutes drsquoun ensemble de

conducteurs et de postes eacutelectriques permettant drsquoacheminer lrsquoeacutenergie depuis les installations

de production jusqursquoaux installations de consommation

Les conducteurs sont les lignes aeacuteriennes ou les cacircbles souterrains (ou les cacircblages

courant en faccedilades drsquoimmeubles) desservant le territoire selon un scheacutema mailleacute ou

arborescent Pour des raisons tenant agrave des calculs technico-eacuteconomiques ils sont exploiteacutes agrave

diffeacuterents niveaux de tension

Les postes eacutelectriques sont situeacutes aux nœuds du maillage ou de lrsquoarborescence des

conducteurs Ils accueillent les transformateurs (pour le changement de niveau de tension) les

organes drsquoaiguillage et de manœuvre des flux et les eacutequipements de surveillance et de seacutecuriteacute

du reacuteseau [2]

Le but premier dun reacuteseau deacutenergie est de pouvoir alimenter la demande des

consommateurs Comme on ne peut encore stocker eacuteconomiquement et en grande quantiteacute

leacutenergie eacutelectrique il faut pouvoir maintenir en permanence leacutegaliteacute [3]

(I1)

Figure I2 Reacuteseaux publiques

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

16

CHAPITRE I

Le reacuteseau eacutelectrique est exploiteacute de maniegravere agrave assurer trois principaux objectifs

bull La distribution drsquoeacutelectriciteacute doit pouvoir ecirctre garantie et ce malgreacute les aleacuteas du reacuteseau

En effet celle-ci est un enjeu agrave la fois financier et de seacutecuriteacute pour les biens mateacuteriels

et des personnes Ainsi lrsquoopeacuterateur du reacuteseau doit ecirctre capable de faire face agrave ces aleacuteas

et drsquoeacuteviter les deacutegacircts potentiels ainsi que leurs propagations Cet enjeu de sucircreteacute de

fonctionnement en reacutegime normal et en reacutegime perturbeacute est un des premiers objectifs

bull Lrsquoonde de tension fait lrsquoobjet drsquoengagement contractuel que lrsquoopeacuterateur se doit de

ternir en respectant une regravegle drsquoeacutegaliteacute cest-agrave-dire une impartialiteacute entre clients en

conservant une continuiteacute de service maximale

bull Le dernier objectif drsquoexploitation est un objectif eacuteconomique lrsquoexploitation doit ecirctre

meneacutee de maniegravere optimale dans le but de reacuteduire les pertes ainsi que les coucircts de

maintenance et drsquoinvestissement Drsquoautre part lrsquoexploitation doit favoriser lrsquoouverture

du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute

I 3) Fonctionnent du reacuteseau eacutelectrique

Lrsquoeacutelectriciteacute produite par les centrales est drsquoabord achemineacutee sur de longues distances

dans des lignes agrave haute tension (HTB) geacutereacutees par RTE (Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute)

Elle est ensuite transformeacutee en eacutelectriciteacute agrave la tension HTA pour pouvoir ecirctre

achemineacutee par le reacuteseau de distribution Cette transformation intervient dans les postes

sources

Une fois sur le reacuteseau de distribution lrsquoeacutelectriciteacute haute tension HTA alimente

directement les clients industriels Pour les autres clients (particuliers commerccedilants

artisans) elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation avant

drsquoecirctre livreacutee

Au final la qualiteacute de lrsquoalimentation en eacutelectriciteacute des utilisateurs du reacuteseau est donc le

reacutesultat de la qualiteacute de tout ce parcours [4]

I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectriques

Dans les pays doteacutes drsquoun systegraveme eacutelectrique eacutelaboreacute le reacuteseau est structureacute en plusieurs

niveaux assurant des fonctions speacutecifiques propres et caracteacuteriseacutes par des tensions adapteacutees agrave

ces fonctions

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

17

CHAPITRE I

Traditionnellement les reacuteseaux eacutelectriques sont deacutecomposeacutes en trois sous-systegravemes la

geacuteneacuteration le transport et la distribution (figure I3) Chaque sous-systegraveme est relieacute par des

postes sources chargeacutes de lrsquoadeacutequation des niveaux de tension

Dans le contexte de ce paragraphe nous allons preacutesenter la structure et la topologie du

reacuteseau eacutelectrique Algeacuterien (les informations des paragraphes ci ndashdessous sont prises lors drsquoun

stage effectueacute agrave la SDO

I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie

I411) Reacuteseaux drsquoutilisation

Ces sont les reacuteseaux de basse tension (BT) qui alimentent les maisons lrsquoeacuteclairage

public les moteurs et les appareils domestiques Ce type de reacuteseau eacutelectrique doit preacutesenter

une continuiteacute de service permanente Geacuteneacuteralement la gamme de tension est de 220 volts agrave

380 volts

Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

18

CHAPITRE I

I412) Reacuteseaux de distribution

Ce sont les reacuteseaux de moyenne tension (MT) qui fournissent aux reacuteseaux

drsquoutilisation les puissances neacutecessaires demandeacutees Ils doivent observer des distances limiteacutees

de voisinage crsquoest pour cela que ces reacuteseaux se reacutealisent en souterrain dans les villes (En

Algeacuterie le niveau de tension de distribution de lrsquoeacutenergie est fixeacute agrave 10 kV)

I413) Reacuteseaux de reacutepartition

Ce sont les reacuteseaux HTMT (3010 kV) ils fournissent les puissances neacutecessaires

aux reacuteseaux de distribution relieacutes entre eux ils facilitent le secours mutuel entre reacutegions

I414) Reacuteseaux de transport

Ils assurent lrsquoalimentation de lrsquoensemble du territoire national gracircce agrave des

transits de puissances importantes et de tensions qui sont de 60 220 et 400 kV

I42) Topologie des reacuteseaux

Les reacuteseaux doivent assurer le transit de lrsquoeacutenergie eacutelectrique avec une seacutecuriteacute

suffisante cette seacutecuriteacute drsquoalimentation est augmenteacutee soit

Par les lignes aux appareillages plus solides

Par des circuits plus nombreux

I421) Reacuteseaux radiaux

Le principe de fonctionnement de reacuteseau radial est agrave une seule voie drsquoalimentation Ceci

signifie que tout point de consommation sur une telle structure ne peut ecirctre alimenteacute que par

un seul chemin eacutelectrique possible Il est de type arborescent Cette arborescence se deacuteroule agrave

partir des points drsquoalimentation qui sont constitueacutes par les postes de distribution publique

HTBHTA ou HTAHTA (reacutepartition) Ce scheacutema (figure I4) est particuliegraverement utiliseacute pour

la distribution de la MT en milieu rural En effet il permet facilement et agrave un moindre coucirct

drsquoacceacuteder agrave des points de consommation de faible densiteacute de charge (gtgt10 kVA) et largement

reacutepartis geacuteographiquement (gtgt 100 km2)

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

19

CHAPITRE I

I422) Reacuteseaux boucleacutes

Cette topologie (Figure I5) est surtout utiliseacutee dans les reacuteseaux de reacutepartition et

distribution MT Les postes de reacutepartition HT ou MT alimenteacutes agrave partir du reacuteseau THT sont

relieacutes entre eux pour former des boucles ceci dans le but drsquoaugmenter la disponibiliteacute

Cependant il faut noter que les reacuteseaux MT ne sont pas forcement boucleacutes [23]

1 Source

2 Poste MTHT

3 Poste MTBT

4 Consommateur

Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute

Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

20

CHAPITRE I

I423) Reacuteseaux mailleacutes

Cette topologie (Figure I6) est presque la norme pour les reacuteseaux de transport Tous les

centres de production sont lieacutes entre eux par des lignes THT au niveau des postes

drsquointerconnexion ce qui forme un maillage Cette structure permet une meilleure fiabiliteacute

mais neacutecessite une surveillance agrave lrsquoeacutechelle nationale voire continentale

On obtient ainsi une meilleure seacutecuriteacute mais agrave un prix plus chers [5]

I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques [6]

Lrsquointerconnexion entre les reacuteseaux de transport drsquoeacutelectriciteacute sert agrave faire passer lrsquoeacutenergie

drsquoun pays agrave un autre Leur rocircle premier est de permettre drsquoassurer la distribution drsquoeacutelectriciteacute

en cas de deacutefaillance soudaine sur le reacuteseau national en faisant appel agrave lrsquoeacutenergie produite et

transporteacutee par les pays voisins

Lrsquointerconnexion des reacuteseaux permet de rendre solidaires les pays voisins et de

diversifier les sources de production Ce foisonnement renforce la seacutecuriteacute

drsquoapprovisionnement et diminue le risque de panne geacuteneacuteraliseacutee

Les infrastructures existantes doivent ecirctre adapteacutees afin drsquoacheminer lrsquoeacutenergie

produite par les nouvelles sources renouvelables

Les infrastructures eacutenergeacutetiques doivent permettre en augmentant les eacutechanges

interreacutegionaux de favoriser la concurrence et drsquoameacuteliorer le fonctionnement du marcheacute

Source 1 Source 2 Source 3 Source 4

Source 5 Source 6

Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

21

CHAPITRE I

I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du Maghreb Arabe

Degraves le mois de juin 1974 bien avant la constitution de lrsquoUnion du Maghreb Arabe

(UMA) en 1989 les entreprises publiques drsquoeacutelectriciteacute des trois pays lrsquoOffice National

Marocain de lrsquoElectriciteacute (ONE) la Socieacuteteacute Nationale Algeacuterienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz

(SONELGAZ) la Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz (STEG) ont deacutecideacute la creacuteation

du Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute (Comelec) immeacutediatement enteacuterineacutee par le Conseil

Permanent Consultatif Maghreacutebin (CPCM) qui regroupe les ministres de lrsquoEconomie des trois

pays

Les compagnies des deux autres pays ont rejoint le Comiteacute Sonelec (Mauritanie) en

1975 et Gecol (Libye) en 1989 apregraves la constitution de lrsquoUMA formant ainsi le groupe

speacutecialiseacute le plus ancien de lrsquoUnion dont les missions consistent agrave promouvoir et coordonner

agrave lrsquoeacutechelle maghreacutebine et vis agrave vis des institutions internationales les relations sur le plan

technique eacuteconomique commercial industriel du management de la formation et des

relations sociales Dans ce cadre des actions concregravetes et efficaces ont eacuteteacute conduites en

commun

bull Renforcement des lignes drsquointerconnexion et deacuteveloppement des eacutechanges eacutelectriques

avec pour finaliteacute drsquoassurer une solidariteacute des reacuteseaux tout en eacutevitant les risques de

propagation drsquoincidents graves

bull Programmes drsquoeacutequipement et eacutetude de projets communs diffusion drsquoun scheacutema

directeur agrave long terme du reacuteseau maghreacutebin projets de station de pompage ou mecircme de

centrale nucleacuteaire

bull Elaboration et mise agrave jour permanente drsquoune carte du reacuteseau eacutelectrique maghreacutebin y

compris le reacuteseau de distribution impliquant lrsquoalimentation des villages frontaliers agrave partir du

reacuteseau le plus proche et dans les conditions technico - eacuteconomiques les plus favorables la

premiegravere action et probablement la plus symbolique a eacuteteacute lrsquoalimentation du village tunisien

martyre de Sakiet Sidi Youcef agrave partir du reacuteseau algeacuterien ou du village marocain de Figuig agrave

partir du reacuteseau algeacuterien agrave Beni Ounif

bull Utilisation commune des structures de formation eacutelectriques et gaziegraveres

bull Promotion de lrsquointeacutegration industrielle maghreacutebine de lrsquointervention des bureaux

drsquoeacutetudes et entreprises de travaux et de fabrication de mateacuteriel eacutelectrique du Maghreb agrave

travers notamment le renforcement de la fonction engineering [7]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

22

CHAPITRE I

I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique

La qualiteacute de cette eacutenergie deacutepend de celle de la tension aux points de raccordement

toutefois cette tension subit geacuteneacuteralement beaucoup de perturbations de deux origines

distinctes drsquoune part les perturbations de courant causeacutees par le passage dans les reacuteseaux

eacutelectriques des courants perturbateurs comme les courants harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et

reacuteactifs et drsquoautre part les perturbations de tension causeacutees par des tensions perturbatrices

comme les tensions harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et les creux de tension [8]

La qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique est consideacutereacutee comme une combinaison de la qualiteacute

de la tension et de la qualiteacute du courant Nous allons donc deacutefinir ces deux notions dans la

suite de ce paragraphe

I61) Qualiteacute de la tension

Dans la pratique lrsquoeacutenergie eacutelectrique distribueacutee se preacutesente sous la forme drsquoun ensemble

de tensions constituant un systegraveme alternatif triphaseacute qui possegravede quatre caracteacuteristiques

principales amplitude freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie [9]

I611) Amplitude

Lrsquoamplitude de la tension est un facteur crucial pour la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute Elle

constitue en geacuteneacuteral le premier engagement contractuel du distributeur drsquoeacutenergie

Habituellement lrsquoamplitude de la tension doit ecirctre maintenue dans un intervalle de plusmn 10

autour de la valeur nominale

Dans le cas ideacuteal les trois tensions ont la mecircme amplitude qui est une constante

Cependant plusieurs pheacutenomegravenes perturbateurs peuvent affecter lrsquoamplitude des tensions En

fonction de la variation de lrsquoamplitude on distingue deux grandes familles de perturbations

- Les creux de tension coupures et surtensions Ces perturbations se caracteacuterisent par des

variations importantes de lrsquoamplitude Elles ont pour principale origine des courts-circuits et

peuvent avoir des conseacutequences importantes pour les eacutequipements eacutelectriques

- Les variations de tension Ces perturbations se caracteacuterisent par des variations de

lrsquoamplitude de la tension infeacuterieure agrave 10 de sa valeur nominale Elles sont geacuteneacuteralement

dues agrave des charges fluctuantes ou des modifications de la configuration du reacuteseau

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

23

CHAPITRE I

I612) Freacutequence

Dans le cas ideacuteal les trois tensions sont alternatives et sinusoiumldales drsquoune freacutequence

constante de 50 ou 60 Hz selon le pays Des variations de freacutequence peuvent ecirctre provoqueacutees

par des pertes importantes de production de lrsquoicirclotage drsquoun groupe sur ses auxiliaires ou son

passage en reacuteseau seacutepareacute ou drsquoun deacutefaut dont la chute de tension reacutesultante entraicircne une

reacuteduction de la charge [9]

I613) Forme drsquoonde

La forme drsquoonde des trois tensions formant un systegraveme triphaseacute doit ecirctre la plus proche

possible drsquoune sinusoiumlde En cas de perturbations au niveau de la forme drsquoonde la tension

nrsquoest plus sinusoiumldale et peut en geacuteneacuteral ecirctre consideacutereacutee comme une onde fondamentale agrave

50Hz associeacutee agrave des ondes de freacutequences supeacuterieures ou infeacuterieures agrave 50 Hz appeleacutees

eacutegalement harmoniques Les tensions peuvent eacutegalement contenir des signaux permanents

mais non-peacuteriodiques alors deacutenommeacutes bruits

I614) Symeacutetrie

La symeacutetrie drsquoun systegraveme triphaseacute se caracteacuterise par lrsquoeacutegaliteacute des modules des trois

tensions et celle de leurs deacutephasages relatifs La dissymeacutetrie de tels systegravemes est

communeacutement appeleacute deacuteseacutequilibre [9]

I62) Qualiteacute du courant

La qualiteacute du courant est relative agrave une deacuterive des courants de leur forme ideacuteale et se

caracteacuterise de la mecircme maniegravere que pour les tensions par quatre paramegravetres amplitude

freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie Dans le cas ideacuteal les trois courants sont drsquoamplitude et

de freacutequence constantes deacutephaseacutes de 2π3 radians entre eux et de forme purement

sinusoiumldale

Le terme laquo qualiteacute du courant raquo est rarement utiliseacute car la qualiteacute du courant est

eacutetroitement lieacutee agrave la qualiteacute de la tension et la nature des charges Pour cette raison laquo la

qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique raquo est souvent reacuteduite agrave laquo la qualiteacute de la tension raquo [10]

Crsquoest lrsquoobjectif de ce meacutemoire ougrave le terme de laquo qualiteacute de lrsquoeacutenergie raquo srsquoapplique

uniquement agrave celle de la tension [13]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

24

CHAPITRE I

I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique

Le reacuteseau eacutelectrique peut ecirctre soumis agrave de multiples perturbations Ces deacutefauts qui

peuvent ecirctre mesureacutes gracircce agrave lrsquoutilisation de centrales de mesure peuvent endommager les

machines et fragiliser toutes les installations eacutelectriques

Il existe diffeacuterents types de perturbations les creux de tension les surtensions

passagegraveres les pheacutenomegravenes transitoires les deacuteseacutequilibres les distensions harmoniques ou

encore les entailles de commutations [11]

I71) Classification des perturbations eacutelectriques

I711) Creux de tension et coupures

Un creux de tension (figure I7) est une baisse brutale de la tension en un point drsquoun

reacuteseau drsquoeacutenergie eacutelectrique agrave une valeur comprise (par convention) entre 90 et 1 (CEI

61000-2-1 CENELEC EN 50160) ou entre 90 et 10 (IEEE 1159) drsquoune tension de

reacutefeacuterence (119880119903119890119891) suivie drsquoun reacutetablissement de la tension apregraves un court laps de temps compris

entre la demi-peacuteriode fondamentale du reacuteseau (10 ms agrave 50 Hz) et une minute

La tension de reacutefeacuterence est geacuteneacuteralement la tension nominale pour les reacuteseaux BT et la

tension deacuteclareacutee pour les reacuteseaux MT et HT

Une tension de reacutefeacuterence glissante eacutegale agrave la tension avant perturbation peut aussi ecirctre

utiliseacutee sur les reacuteseaux MT et HT eacutequipeacutes de systegraveme de reacuteglage (reacutegleur en charge) de la

tension en fonction de la charge Ceci permet drsquoeacutetudier (agrave lrsquoaide de mesures simultaneacutees dans

Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

25

CHAPITRE I

chaque reacuteseau) le transfert des creux entre les diffeacuterents niveaux de tension La meacutethode

habituellement utiliseacutee pour deacutetecter et caracteacuteriser un creux de tension est le calcul de la

valeur efficace laquo rms (12) raquo du signal sur une peacuteriode du fondamental toutes les demi-

peacuteriodes (recouvrement drsquoune demi-peacuteriode)

La figure (I8) montre les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension qui sont donc

bull sa profondeur ∆U (ou son amplitude U)

bull sa dureacutee ∆T deacutefinie comme le laps de temps

a) Origines des creux de tension et coupures

Les creux de tension et les coupures bregraveves sont principalement causeacutes par des

pheacutenomegravenes conduisant agrave des courants eacuteleveacutes qui provoquent agrave travers les impeacutedances des

eacuteleacutements du reacuteseau une chute de tension drsquoamplitude drsquoautant plus faible que le point

drsquoobservation est eacutelectriquement eacuteloigneacute de la source de la perturbation

Les creux de tension et les coupures bregraveves ont diffeacuterentes causes

bull des deacutefauts sur le reacuteseau de transport (HT) de distribution (BT et MT) ou sur

lrsquoinstallation elle-mecircme [9]

Les creux de tension et les coupures bregraveves sont causeacutes par des pheacutenomegravenes aleacuteatoires

Ces pheacutenomegravenes concernent soit le reacuteseau du distributeur soit le reacuteseau de lrsquoutilisateur [12]

Figure I8 Les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12)

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

26

CHAPITRE I

I712) Harmonique

Une harmonique (figure I9) est une composante sinusoiumldale drsquoune onde peacuteriodique ou

drsquoune quantiteacute posseacutedant une freacutequence qui est multiple entier de la freacutequence fondamentale

a) Inters harmoniques

Les inter-harmoniques sont des signaux de freacutequence non multiple de la freacutequence

fondamentale

b) Infra-harmoniques

Les infra harmoniques sont des signaux de freacutequence infeacuterieure agrave celle du fondamentale

c) Conseacutequences des harmoniques

Les courants harmoniques qui se propagent dans les reacuteseaux eacutelectriques deacuteforment

lrsquoallure du courant de la source et polluent les consommateurs alimenteacutes par les mecircmes

reacuteseaux On peut classer les effets engendreacutes par les harmoniques en deux types [8]

les effets instantaneacutes

les effets agrave terme

d) Les principales sources drsquoharmoniques

Ce sont des charges qursquoil est possible de distinguer selon leurs domaines industrielles

ou domestiques

Les charges industrielles

Eacutequipements drsquoeacutelectroniques de puissance variateurs de vitesse redresseurs agrave

diodes ou agrave thyristors onduleurs alimentations agrave deacutecoupage

Charges utilisant lrsquoarc eacutelectrique fours agrave arc machines agrave souder eacuteclairage

(lampes agrave deacutecharge tubes fluorescents) Les deacutemarrages de moteurs par

deacutemarreurs eacutelectroniques et les enclenchements de transformateurs de puissance

sont aussi geacuteneacuterateurs drsquoharmoniques (temporaires) [9]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

27

CHAPITRE I

I713) Surtensions

Ce pheacutenomegravene (figure I10) se produit lorsqursquoun composant eacutelectrique posseacutedant deux

bornes reccediloit une tension supeacuterieure agrave celle de la tension normale du circuit [13]

Les surtensions sont de trois natures

bull Temporaires (agrave freacutequence industrielle)

bull De manœuvre

bull Drsquoorigine atmospheacuterique (foudre)

Elles peuvent apparaicirctre

bull en mode diffeacuterentiel (entre conducteurs actifs phph ndash phneutre)

bull en mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) [10]

Figure I9 Harmoniques

Figure I10 Exemple de surtension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

28

CHAPITRE I

a) Origine ou causes des surtensions

Les orages sont des eacuteveacutenements tregraves habituels et aussi tregraves dangereux On estime que

sur notre planegravete se produisent simultaneacutement quelques 2000 orages et quenviron 100 coups

de foudre se deacutechargent sur la terre chaque seconde Au total cela repreacutesente environ 4000

orages quotidiens et 9 millions de deacutecharges atmospheacuteriques chaque jour

Au moment de lrsquoimpact la foudre provoque une impulsion de courant qui arrive agrave

atteindre des dizaines de milliers drsquoampegraveres Cette deacutecharge geacutenegravere une surtension dans le

systegraveme eacutelectrique qui peut provoquer des incendies la destruction de machines et la mort de

personnes [14]

I714) Variations et fluctuations de tension

Des variations rapides de tension reacutepeacutetitives ou aleacuteatoires (figure I11) sont provoqueacutees

par des variations rapides de puissance absorbeacutee ou produite par des installations telles que les

soudeuses fours agrave arc eacuteoliennes etc [15]

Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations

cycliques ou aleacuteatoires de lrsquoenveloppe drsquoune tension dont les caracteacuteristiques sont la

freacutequence de la variation et lrsquoamplitude

a) Origines des variations et fluctuations de tension

bull Les variations lentes de tension sont causeacutees par la variation lente des charges

connecteacutees au reacuteseau

bull Les fluctuations de tension sont principalement dues agrave des charges industrielles

rapidement variables comme les machines agrave souder les fours agrave arc les laminoirs

Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

29

CHAPITRE I

I715) Deacuteseacutequilibres

Dans un reacuteseau triphaseacute on a ideacutealement des amplitudes eacutegales de la tension et du

courant respectivement sur chacune des trois phases et un angle de phase de 120 degreacutes

Lorsque les tensions ou les courants preacutesentent une diffeacuterence drsquoamplitude il y a deacuteseacutequilibre

(figure I12) et cela peut causer des problegravemes pour les eacutequipements triphaseacutes brancheacutes au

reacuteseau Lrsquoimpact le plus courant du deacuteseacutequilibre est la surchauffe des eacutequipements et par

conseacutequent la deacutegradation de lrsquoisolation eacutelectrique et la reacuteduction de la dureacutee de vie

a) Origines de deacuteseacutequilibres

Les deacuteseacutequilibres de tension surviennent habituellement en preacutesence drsquoun deacuteseacutequilibre

des charges et de leurs appels de courant En effet toute charge triphaseacutee doit appeler un

courant identique sur chaque phase Quant aux charges monophaseacutees brancheacutees agrave un reacuteseau

triphaseacute on doit les reacutepartir le plus uniformeacutement possible entre les trois phases

De plus certains deacuteseacutequilibres de tension reacutesultent de lrsquoexploitation et de la nature des

eacutequipements du reacuteseau eacutelectrique [16]

I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations

La figure (I13) preacutesente une classification possible des diffeacuterents types de

perturbations Il est agrave noter qursquoaucune classification ne fait actuellement reacutefeacuterence et drsquoautres

notions peuvent ecirctre parfois utiliseacutees variations rapides de tension surtensions temporaires

etc Il faut noter eacutegalement que lrsquoimpact agrave long terme de ces diffeacuterents types de perturbations

sur la dureacutee de vie des appareils eacutelectriques reste aujourdrsquohui assez meacuteconnu Preacutecisons enfin

qursquoen langage courant le terme tension fait le plus souvent reacutefeacuterence agrave la valeur efficace de

Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

30

CHAPITRE I

lrsquoonde de tension ou agrave une moyenne de la valeur efficace sur une certaine dureacutee (pour une

onde imparfaitement peacuteriodique la valeur efficace nrsquoa de sens que localement pour un

intervalle de temps suffisamment court) et non agrave la valeur instantaneacutee de la tension (qui

oscille autour de 0 V avec une peacuteriode de 20 ms)

I72) Le systegraveme de protection

A lrsquoinstar des alternateurs des transformateurs et des lignes drsquoautres dispositifs

existent pour assurer non seulement un fonctionnement normal mais aussi la protection des

eacutequipements et du personnel drsquoexploitation du reacuteseau Cela englobe les transformateurs de

mesures les disjoncteurs les interrupteurs les sectionneurs les fusibles les eacuteclateurs et sont

directement relieacutes au reacuteseau Ces dispositifs permettent drsquointerrompre volontairement et agrave

Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

31

CHAPITRE I

tout moment la fourniture drsquoeacutenergie eacutelectrique mais aussi automatiquement agrave la survenance

drsquoune quelconque perturbation (deacutefaut) Les eacutequipements de controcircle associeacutes agrave ces dispositifs

ainsi que les relais de protection sont installeacutes dans des salles de controcircle [17]

I8) La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique de HT est une proprieacuteteacute dun systegraveme de puissance

qui lui permet de rester dans un eacutetat deacutequilibre dans des conditions normales de

fonctionnement et de retrouver un eacutetat acceptable deacutequilibre apregraves avoir eacuteteacute soumis agrave

une perturbation [18]

Une perturbation sur un reacuteseau peut ecirctre une manœuvre preacutevue comme lenclenchement

dune inductance shunt ou non preacutevue comme un court-circuit causeacute par la foudre entre une

phase et la terre par exemple Lors de la perturbation lamplitude de la tension aux diffeacuterents

jeux de barres du reacuteseau peut varier ainsi que la freacutequence La variation de la freacutequence est

due aux variations de la vitesse des rotors des alternateurs [19]

I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques

La stabiliteacute peut ecirctre eacutetudieacutee en consideacuterant la topologie du reacuteseau sous

diffeacuterents angles Lrsquoeacutetat de fonctionnement drsquoun reacuteseau eacutelectrique est deacutecrit selon des

grandeurs physiques telles que lamplitude et langle de phase de la tension agrave chaque bus et la

puissance active reacuteactive circulant dans chaque ligne et la vitesse de rotation de la

geacuteneacuteratrice synchrone Si elles ne sont pas constantes le reacuteseau eacutelectrique est consideacutereacute

comme eacutetant en perturbations [16]

La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee selon la nature de la perturbation

Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor

Stabiliteacute de la freacutequence

Stabiliteacute de la tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

32

CHAPITRE I

La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee en petite et grande amplitude de perturbation en

fonction de lrsquoorigine et de lampleur du deacutefaut Par rapport au temps deacutevaluation la

stabiliteacute peut ecirctre agrave courte ou agrave longue dureacutee tel qursquoil est deacutecrit dans la figure (I14)

I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire)

Dans un reacuteseau eacutelectrique la stabiliteacute de lrsquoangle du rotor est deacutefinie comme la capaciteacute

drsquoun ensemble de geacuteneacuteratrices synchrones interconnecteacutees de conserver le synchronisme

dans des conditions de fonctionnement normales ou apregraves une perturbation Un systegraveme

est instable si la diffeacuterence entre les angles rotoriques des geacuteneacuterateurs augmente

indeacutefiniment ou si loscillation transitoire provoqueacutee par une perturbation nest pas

suffisamment amortie dans le temps deacutevaluation

Lrsquoinstabiliteacute angulaire se manifeste sous forme drsquoun eacutecart croissant entre les angles

rotorique Une machine qui a perdu le synchronisme sera deacutebrancheacutee par une protection de

survitesse ou par une protection de perte de synchronisme ce qui met en danger lrsquoeacutequilibre

production consommation du systegraveme

Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique [18]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

33

CHAPITRE I

I8211) Stabiliteacute angulaire aux petites perturbations

Elle concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir le synchronisme en preacutesence

de petites perturbations comme une petite variation de la charge ou de geacuteneacuteration manœuvre

drsquoeacutequipement etc Lrsquoeacutevaluation de ce type de perturbation prend quelques secondes

a) La stabiliteacute statique

Apregraves le reacutegime transitoire ducirc agrave la perturbation le systegraveme entre dans le reacutegime

permanent Dans ce cas pour eacutetudier le systegraveme il faut eacutevaluer la stabiliteacute statique du reacuteseau

Le systegraveme nest pas stable si les contraintes de fonctionnement ne sont pas respecteacutees

Cet eacutetat est appeleacute lrsquoeacutetat instable ou leacutetat durgence

Dans un reacuteseau qui est dans leacutetat durgence les opeacuterateurs du centre de controcircle ont

suffisamment de temps pour ramener le systegraveme agrave leacutetat stable ou au reacutegime normal en

apportant des modifications suppleacutementaires [20]

b) Stabiliteacute dynamique

Si une perturbation mineure est effectueacutee sur le reacuteseau agrave partir dun reacutegime permanent

stable et que le reacuteseau retrouve son mode de fonctionnement normal en reacutegime permanent le

reacuteseau est dit dynamiquement stable Pour un reacuteseau deacutenergie eacutelectrique on entend par

perturbation mineure des manœuvres ou des opeacuterations normales sur le reacuteseau comme

lenclenchement dune inductance shunt ou des variations mineures de la charge

c) Stabiliteacute transitoire

Lorsquil y a une perturbation majeure sur le reacuteseau et que le reacuteseau retrouve son mode

de fonctionnement normal apregraves la perturbation alors le reacuteseau est dit transitoirement stable

Les perturbations majeures sont les courts-circuits les pertes de lignes les bris deacutequipements

majeurs comme les transformateurs de puissance et les alternateurs peuvent ecirctre tregraves graves

pouvant mecircme conduire agrave lrsquoeffondrement total du reacuteseau Si lrsquoinstabiliteacute se manifeste

directement suite agrave la perturbation (plus preacuteciseacutement dans la premiegravere La stabiliteacute transitoire

deacutepend de la relation non-lineacuteaire couples- angles Le pheacutenomegravene de la stabiliteacute transitoire

concerne les grandes perturbations telles que [15]

Les courts-circuits affectant un eacuteleacutement du reacuteseau notamment aux bornes des

machines

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

34

CHAPITRE I

La perte drsquoun ouvrage (eg une ligne de transmissionhellip)

La perte drsquoun groupe de production

Les conseacutequences de ces deacutefauts seconde qui suit lrsquoeacutelimination du deacutefaut) elle est

appeleacutee instabiliteacute de premiegravere oscillation (en anglais First Swing Instability) (cas 1 figure

I15) et elle srsquoeacutetend sur 3 agrave 5 secondes Elle peut reacutesulter de la superposition des effets de

plusieurs modes drsquooscillation lents exciteacutes par la perturbation provoquant ainsi une variation

importante de lrsquoangle de rotor au-delagrave de la premiegravere oscillation (instabiliteacute de multi

oscillations) (cas 2 figure I15) La gamme de temps associeacutee srsquoeacutetend de 10 agrave 20 secondes

[25]

I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire

En vue de son importance dans la planification la conception et lrsquoexploitation des

reacuteseaux drsquoeacutenergie eacutelectrique lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire reste un deacutefit majeur

pour les ingeacutenieurs pour eacuteviter tous eacuteveacutenement qui peut conduire vers un black out Les

solutions envisageables drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire se basent sur [8]

bull Augmentation de la constante drsquoinertie des geacuteneacuterateurs

bull Augmentation de la puissance active

bull Installation des protections et des appareils de coupure rapides

bull Implantation des valves rapides des turbines agrave gaz

bull Installation des reacutesistances drsquoamortissement

bull Utilisation des PSS

bull Controcircle rapide et flexible de lrsquoeacutecoulement de puissance

a- Stable

b- instable

Cas 1 instabiliteacute de premiegravere oscillation Cas 2 instabiliteacute de plusieurs oscillations

Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

35

CHAPITRE I

I822) Stabiliteacute de la freacutequence

La stabiliteacute de freacutequence concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir sa freacutequence

proche de la valeur nominale suite agrave un incident seacutevegravere ayant ou non conduit agrave un

morcellement du systegraveme La stabiliteacute de freacutequence est eacutetroitement lieacutee agrave lrsquoeacutequilibre global

entre la puissance active produite et consommeacutee [20]

I823) Stabiliteacute de tension

Dans des conditions de fonctionnement normales ou suite agrave une perturbation La

stabiliteacute de tension concerne la capaciteacute dun systegraveme de puissance agrave maintenir des tensions

acceptables en tous ses nœuds En fonctionnement normal lorsque nous connectons des

eacutequipements consommateurs agrave un reacuteseau eacutelectrique la tension au point de raccordement

tombe leacutegegraverement et la puissance totale consommeacutee augmente

Selon lrsquoamplitude de la perturbation on distingue la stabiliteacute de tension de

petites perturbations et celle de grandes perturbations [20]

Lrsquoinstabiliteacute reacutesultante peut se produire sous forme de chute progressive ou eacuteleacutevation de

la tension de quelques jeux de barres Les reacutesultats possibles de lrsquoinstabiliteacute de tension sont la

perte de la charge dans un secteur ou deacuteclenchement des lignes de transmission et mecircme

drsquoautres eacuteleacutements par leurs systegravemes de protection agrave des pannes en cascades Il est deacutemontreacute

que la majoriteacute des blackouts sont causeacutes par lrsquoinstabiliteacute de tension [8]

I8231) Instabiliteacute de la tension

On deacutefinit la stabiliteacute de la tension comme la capaciteacute de maintenir une tension de barre

constamment acceptable agrave chaque nœud du reacuteseau dans des conditions normales de

fonctionnement apregraves avoir subi une perturbation Leacutetat du reacuteseau est dit instable en tension

lorsquune perturbation un accroissement de la charge ou une modification de la condition du

reacuteseau entraicircne une chute de tension progressive et incontrocirclable de la tension aboutissent en

un effondrement geacuteneacuteraliseacute de la tension [16]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

36

CHAPITRE I

I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension

Les problegravemes drsquoapparition du pheacutenomegravene drsquoeacutecroulement de tension sont toujours lieacutes agrave

la difficulteacute de reacutegler la tension au dessus drsquoune certaine valeur appeleacutee tension critique

Geacuteneacuteralement lrsquoeffondrement de tension se produit dans les reacuteseaux eacutelectriques qui sont

fortement chargeacutes court-circuiteacutes etou ont un manque de puissance reacuteactive

I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites perturbations

La stabiliteacute de tension de petites perturbations concernes la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique

agrave maintenir la tension dans les limites permise en preacutesence de perturbations telles que une

variation faible de la charge de la production etc [18]

I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes perturbations

Elle est deacutefinie comme la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique agrave maintenir les tensions des

nœuds dans les limites de fonctionnement permise en preacutesence des grandes perturbations agrave

savoir la perte drsquoun eacutequipement de transport ou de production le court circuithellipetc [18]

Dans ce meacutemoire nous nous inteacuteressons seulement agrave la stabiliteacute de tension Une eacutetude

deacutetailleacutee sera preacutesenteacutee dans la section suivante

I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension

La plupart de ces changements ont des effets significatifs sur la production la

consommation et la transmission de puissance reacuteactive ainsi sur la stabiliteacute de tension Par

conseacutequent des mesures peuvent ecirctre utiliseacutees pour ameacuteliorer la stabiliteacute de tension tels que

- Un controcircle automatique des condensateurs shunts

- Un blocage des reacutegleurs en charge automatique

- Une nouvelle reacutepartition de la geacuteneacuteration

- Une replanification du fonctionnement des geacuteneacuterateurs et des nœuds de commande

- Une reacutegulation de tension secondaire

- Un plan de deacutelestage

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

37

CHAPITRE I

I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation

Dans la plupart du temps les sources drsquoeacutenergie eacutelectrique se trouvent loin des zones de

consommation Cette situation rend le transport de lrsquoeacutenergie reacuteactive tregraves difficile agrave cause des

pertes reacuteactives tregraves eacuteleveacutees Cette difficulteacute de transport drsquoeacutenergie reacuteactive augmente la

probabiliteacute drsquoapparition drsquoune instabiliteacute ou drsquoun effondrement de tension

I92) Charge appeleacutee trop importante

Lrsquoune des causes de lrsquoinstabiliteacute de tension correspond agrave une charge eacuteleveacutee Elle est

ducirce agrave lrsquoaugmentation croissante de la demande et agrave un large transfert drsquoeacutenergie entre

compagnies Une instabiliteacute de tension peut se produire en particulier lorsque la charge eacuteleveacutee

est plus importante que celle preacutevue et le risque est drsquoautant plus grand que la consommation

reacuteactive est eacutegalement plus grande que preacutevue [18]

I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport

Les planificateurs sont de plus en plus conscients des limites dutilisation des reacuteseaux de

transport et dinterconnexion La situation actuelle dans beaucoup de pays au monde est

caracteacuteriseacutee par les tendances suivantes

1 Augmentation de la consommation deacutelectriciteacute due agrave lindustrialisation agrave

lurbanisation et agrave la croissance de la population Avec laugmentation des transits

de puissance les reacuteseaux deviennent plus compliqueacutes agrave geacuterer subissent de grandes

variations de puissance et de grandes pertes Ceci fait que leur niveau de seacutecuriteacute

diminue

2 Contraintes eacutecologiques et administratives Le respect de lenvironnement joue un

rocircle important dans la socieacuteteacute actuelle et cest principalement pourquoi il est de

plus en plus difficile dobtenir des permis de construire pour de nouvelles lignes ou

pour limplantation de nouvelles centrales Dans laffirmative cela demande

plusieurs anneacutees

3 Contraintes opeacuterationnelles La demande de puissance a une croissance constante

mais geacuteographiquement irreacuteguliegravere Les centrales qui geacutenegraverent leacutenergie sont

souvent eacuteloigneacutees des charges importantes et la localisation des nouvelles centrales

deacutepend essentiellement dautorisations administratives et du respect de

lenvironnement

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

38

CHAPITRE I

Pour satisfaire la demande deacutenergie sous ces conditions contradictoires les services

publics font de plus en plus appel pour des problegravemes eacuteconomiques et dameacutelioration de la

seacutecuriteacute aux eacutechanges internationaux de puissance ce qui demande une interconnexion entre

des systegravemes preacutevus indeacutependants au deacutepart

Laugmentation du maillage associeacute au mode de transit libre de puissance agrave travers les

reacuteseaux deacuteveloppe des boucles de puissance et des lignes en parallegravele ce qui surcharge

certaines lignes avec pour conseacutequence de deacuteteacuteriorer le profil de tension et de diminuer la

stabiliteacute du reacuteseau Consideacuterant que les reacuteseaux de transport eacutelectrique repreacutesentent une

grande valeur eacuteconomique il faut essayer daller dans les directions suivantes

Ameacuteliorer lutilisation des eacutequipements existants en augmentant leur capaciteacute de

transfert de puissance Dun point de vue financier cela peut se reacuteveacuteler avantageux

Ameacuteliorer la flexibiliteacute des reacuteseaux car pouvoir changer rapidement leur

configuration permet une meilleure reacutepartition de la puissance particuliegraverement en cas de

perturbations ou de transferts de puissance impreacutevus [21]

I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Le transport de la puissance reacuteactive par les lignes eacutelectriques cause des pertes une

diminution de la stabiliteacute du reacuteseau et une chute de tension agrave son extreacutemiteacute Afin deacuteviter cela

de la compensation de puissance reacuteactive seacuterie ou shunt selon les cas est utiliseacute pour limiter

ce transport de puissance reacuteactive

Diffeacuterents appareils eacutelectriques peuvent servir agrave reacutealiser cette compensation (figure I16)

machines synchrones batteries de condensateurs inductance ou FACTS [22]

La compensation est une technique de la gestion drsquoeacutenergie reacuteactive afin drsquoameacuteliorer la

qualiteacute eacutenergeacutetique dans les reacuteseaux eacutelectriques agrave courant alternatif Elle peut se reacutealiser de

plusieurs maniegraveres ayant pour buts

La correction du facteur de puissance

Ameacutelioration de la reacutegulation de la tension

Equilibre des charges

Lrsquoaide au retour agrave la stabiliteacute en cas de perturbation [19]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

39

CHAPITRE I

En installant des dispositifs controcirclables comme le transport drsquoeacutenergie en courant

continu (High Voltage Direct Current HVDC) et les dispositifs FACTS (Flexible Alternating

Current Transmission System) Malgreacute le coucirct eacuteleveacute de cette solution mais vu lrsquoeacutevolution

reacutecente des reacuteseaux eacutelectriques et leurs contraintes cette solution est tregraves efficace

Lrsquoune des meacutethodes drsquoameacuteliorer la capaciteacute drsquoun systegraveme eacutelectrique agrave reacutesister contre les

grands incidents est drsquointeacutegrer des dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance (FACTS)

dans le reacuteseau de transport Lrsquoeacutetude lrsquoapport et lrsquoutilisation de ces dispositifs font lrsquoobjet de

ce meacutemoire

Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Compensation

traditionnelles

Les dispositifs FACTS

Compensateurs

synchrones Batteries de

condensateurs

Batteries de

condensateurs

HT et MT

Les inductances

les PSS (Power

System Stabiliser)

1er

geacuteneacuteration

2eme

geacuteneacuteration

3eme

geacuteneacuteratio

n

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

40

CHAPITRE I

I11) Conclusion

Ce chapitre nous a permis drsquoexposer des geacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriques en

mentionnant la structure et la topologie du reacuteseau ensuite on a parleacute sur lrsquointerconnexion entre

les pays du Maghreb et le reacuteseau Algeacuterien

Dans ce chapitre nous avons aussi preacutesenteacute les deacutefinitions et les caracteacuteristiques des

diffeacuterents types de stabiliteacute drsquoun systegraveme de puissance Le concept geacuteneacuteral de la stabiliteacute est

syntheacutetiseacute en trois groupes (stabiliteacute de lrsquoangle de rotor de la tension et de la freacutequence)

Les dispositifs FACTS sont capables de remplir diverses fonctions comme le maintien

de tension le controcircle des flux de puissance et aussi lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau

etc

Dans le chapitre suivant nous allons exposer le concept des FACTS le contexte

algeacuterien concernant ses dispositifs sera aussi abordeacute

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

41

CHAPITRE I

Chapitre 2

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

42

II1) Introduction

Avec le deacuteveloppement technologique et industriel que vie le monde entier la demande

en eacutenergie eacutelectrique est en augmentation continue et sans cesse Pour satisfaire ces besoins et

acheminer cette eacutenergie aux points de consommation disperseacutes sur un large espace

geacuteographique les reacuteseaux eacutelectriques ayant des capaciteacutes de transit limiteacute agrave cause des limites

thermique des lignes doivent seacutelargir et de nouvelles lignes dextension seront ajouteacutees Face

agrave ce problegraveme et devant les contraintes environnementale eacutecologique et eacuteconomique de

reconstructions de nouvelles lignes la compagnie ameacutericaine EPRI (Electric Power Research

Institue) a lanceacute en 1988 un projet drsquoeacutetude des systegravemes FACTS afin de mieux maicirctriser le

transit de puissance dans les lignes eacutelectriques et daugmenter leurs capaciteacutes de transfert Le

concept FACTS regroupe tous les dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance qui

permettent drsquoameacuteliorer lrsquoexploitation du reacuteseau eacutelectrique

Aussi ces reacuteseaux eacutelectriques de taille importantes seront confronteacutes par divers

problegravemes de fonctionnement agrave cause du controcircle traditionnel utilisant des systegravemes de

commande eacutelectromeacutecaniques de temps de reacuteponse lent par rapport agrave ces nouveaux systegravemes

FACTS agrave base dinterrupteurs statiques et de court temps de reacuteponse (moins dune seconde)

Aujourdhui cette technologie FACTS simpose pour les systegravemes eacutenergeacutetiques en

augmentant leurs capaciteacutes de transport en ameacuteliorant le controcircle des paramegravetres de ces

derniers donc leur assurer une flexibiliteacute du transfert de leacutenergie et ameacuteliorer sa stabiliteacute

Le concept FACTS (Flexible AC Transmission System) est neacute pour reacutepondre aux

diffeacuterentes difficulteacutes croissantes de transmission dans les reacuteseaux et surtout la maicirctrise de

transit de puissance (compensateur de puissance reacuteactive variateur de charge universelhellip)

ces dispositifs peuvent ameacuteliorer le comportement dynamique des reacuteseaux eacutelectriques [25]

II2) Le concept FACTS

Les problegravemes des reacuteseaux eacutenonceacutes ci ndashdessus devenant plus preacutesents drsquoanneacutee en

anneacutee EPRI (Electric Power Research Institute) qui repreacutesente un consortium deacutedieacute agrave la

recherche dans les reacuteseaux eacutelectriques et regroupant des compagnies drsquoeacutelectriciteacute ameacutericaines

a lanceacute en 1988 le concept FACTS (Flexible AC Transmission Systems) qui est un projet agrave

long terme La technologie FACTS utilise lrsquoeacutelectronique de puissance et plus particuliegraverement

des systegravemes agrave thyristors qui permettent drsquoobtenir des vitesses de commande nettement

supeacuterieures agrave celles des systegravemes meacutecaniques qui sont encore largement utiliseacutes et un niveau

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

43

de maintenance bien infeacuterieur car les systegravemes meacutecaniques srsquousent beaucoup plus rapidement

que les systegravemes statiques Parmi les systegravemes FACTS on cite [26]

Compensateur synchrone statique (lsquoSTATCOMrsquo Static Synchronous Compensator)

Static Synchronous Series Compensator (SSSC)

Le controcircleur de transit de puissance entre ligne IPFC (Interline Power Flow

Controller)

Face agrave la saturation des reacuteseaux de puissance les compagnies de distribution drsquoeacutenergie

eacutelectrique exploitent de plus en plus leurs reacuteseaux pregraves des limites de seacutecuriteacute (conduite aux

limites) Cette situation engendre des problegravemes drsquoexploitation notamment pour le controcircle

des flux de puissance le maintien drsquoun profil de tension acceptable la surveillance des reports

de chargehellipetc Agrave cet effet lrsquoaspect seacutecuriteacute prend une grande importance et des recherches

sont entreprises dans diffeacuterents pays pour trouver des moyens susceptibles drsquoameacuteliorer la

seacutecuriteacute et rendre lrsquoexploitation des reacuteseaux plus flexible

Ainsi plusieurs eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees pour connaitre les avantages lieacutes agrave lrsquoutilisation

des dispositifs FACTS dans les reacuteseaux pour

le support du profil de la tension

lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute statique et dynamique

lrsquoamortissement des oscillations subsynchrones

Ces avantages deacutecoulent principalement de lrsquoaugmentation des capaciteacutes de transit des

lignes existantes par un controcircle rigoureux des diffeacuterents variables du reacuteseau Pour fixer les

ideacutees nous pouvons prendre un exemple simple

Consideacuterons le transit de puissance sur une ligne agrave courant alternatif Cette ligne est

repreacutesenteacutee sur la figure (II1) les pertes eacutetant supposeacutees nulles la puissance transmise P est

fonction des amplitudes des tensions E1 et E2 aux extreacutemiteacutes de la ligne du deacutephasage 12057512

entre ces deux tensions et de lrsquoimpeacutedance x de la ligne comme le montre lrsquoeacutequation (II1)

1

Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif

x

p

1 2

119916120783

2 119916120784

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

44

119823 = 119812120783119812120784

119831 119852119842119847120517120783120784

Cette eacutequation montre que la puissance transmissible par une ligne est limiteacutee par les

paramegravetres eacutenonceacutes ci-dessus et pas forceacutement par sa limite thermique De plus il deacutecoule de

cette eacutequation que si lrsquoon peut reacutegler un deux ou les trois paramegravetres on controcircle alors le

transit de puissance dans la ligne [26]

Elle montre aussi quil est possible daugmenter la puissance transiteacutee entre deux

reacuteseaux soit en maintenant la tension des systegravemes soit en augmentant langle de transport

entre les deux systegravemes soit en reacuteduisant artificiellement limpeacutedance de la liaison En jouant

sur un ou plusieurs de ses paramegravetres les FACTS permettent un controcircle preacutecis des transits de

puissance reacuteactive une optimisation des transit de puissance active sur les installations

existantes et une ameacutelioration de la stabiliteacute dynamique du reacuteseau Ils permettent aussi aux

consommateurs industriels de reacuteduire les deacuteseacutequilibres de charges et de controcircler les

fluctuations de tensions creacuteeacutees par des variations rapides de la demande de puissance reacuteactive

et ainsi daugmenter les productions de reacuteduire les coucircts et dallonger la dureacutee de vie des

eacutequipements [27]

En effet les FACTS permettent de

ne pas transporter drsquoeacutenergie reacuteactive en la fournissant lagrave ougrave elle est demandeacutee

augmenter les puissances maximales transmissibles et donc les transferts de

puissance active

controcircler les flux de puissance pour la surcharge des lignes et le risque de

deacuteclenchement en cascade [26]

II21) Fonctionnement des FACTS

Un FACTS agit geacuteneacuteralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de

la puissance reacuteactive sur le reacuteseau Ceci a pour effet de modifier lamplitude de la tension agrave

son point de connexion et par conseacutequent la puissance active maximale transmissible

Les FACTS sont utiliseacutes aussi pour le filtrage des courants harmoniques et la

stabilisation de la tension Lordre de grandeur de la puissance dun FACTS va de

quelques MVA (Meacutega Volts Ampegraveres) agrave quelques centaines de MVA Ils sappliquent dans

deux secteurs principaux

(II1)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

45

Grand reacuteseaux de transmission

Pour ameacuteliorer le controcircle augmenter les capaciteacutes de transfert de puissance et assister

la reacutecupeacuteration du reacuteseau conseacutecutive agrave un deacutefaut dans les systegravemes de transmission AC

(Alternative Current)

Reacuteseaux Industriels

Pour ameacuteliorer la qualiteacute de la puissance fournie en un point preacutecis du reacuteseau AC en

preacutesence de fluctuations de charge eg compensation du flicker pour les fours agrave arc Gamme

de puissance infeacuterieure agrave celle dun reacuteseau de transmission

II22) Contexte algeacuterien

Depuis les anneacutees 2000 le deacuteveloppement du reacuteseau de transport drsquoeacutelectriciteacute fait partie

des prioriteacutes de lrsquoAlgeacuterie [26]

Le reacuteseau de transport algeacuterien est en phase drsquoexpansion car il doit reacutepondre agrave la forte

augmentation de la demande en eacutelectriciteacute (+ 5 agrave 7 par an) Les principaux besoins en

eacutelectriciteacute sont domestiques lieacutes

bull agrave lrsquoaccroissement de la population (celle-ci a plus que tripleacute en 50 ans et son

taux de croissance est actuellement estimeacute agrave 12 par an)

bull au changement des habitudes de consommation avec lrsquousage des appareils En

outre dans les anneacutees 90 peu drsquoinvestissements ont eacuteteacute entrepris sur le reacuteseau

eacutelectrique et celui-ci srsquoest deacutegradeacute

Au total depuis 2005 pregraves de 15 000 km de nouvelles lignes HT et THT ont eacuteteacute

reacutealiseacutes ou restent agrave construire

Le deacuteveloppement du reacuteseau de transport concerne agrave la fois le deacuteveloppement des

reacuteseaux hauts tension (60 et 220 000 Volts) et la creacuteation drsquoun reacuteseau agrave tregraves haute tension

(400 000 Volts)

Le deacuteveloppement du reacuteseau 400 000 Volts est mis en œuvre agrave la fois dans lrsquoaxe

bull Est-Ouest (interconnexions internationales avec le Maroc et la Tunisie)

bull Nord-Sud (raccordement des reacuteseaux du Sud jusqursquoalors le point trop isoleacute du reacuteseau

national)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

46

En 2002 un total de trois SVC (static var compensator) a eacuteteacute introduit dans le reacuteseau

national de la Sonelgaz un dispositif agrave la sous station de Naama et deux agrave Beacutechar (figure

II2)

Les trois SVC ont une classe identique -10+40Mvar agrave la tension 220 kV (figure II3) et

lrsquoune des plates- formes de ses trois SVC est montreacutee par la figure (II2) Le reacuteseau est

constitueacute drsquoune ligne de 500km sous une tension de 220kv Un seul circuit aeacuterien de la ligne

de transmission pour lrsquoalimentation de la charge eacuteloigneacutee dans la partie ouest du pays

Des productions locales de diesel et des turbines agrave gaz alimentent les charges locales de

Beacutechar depuis le deacutebut des anneacutees quatre vingt dix et elles ont eacuteteacute fermeacutees pendant lrsquoanneacutee

2002

Deux sous stations 22060 kV une intermeacutediaire (Naama) et une agrave la fin de la ligne

(Beacutechar) ont eacuteteacute eacutequipeacutees avec des SVC (figure II3) pour les objectifs suivants

bull Pour fournir au systegraveme de transmission le support en eacutenergie reacuteactive afin de

maintenir une tension stable pendant le fonctionnement normal et quotidien

bull Pour le rendement dynamique au cours du controcircle de la ligne 220 kV mise sous

tension ainsi pour le maintien drsquoune tension stable dans le systegraveme sous diverses

conditions drsquoexploitation En particulier pour preacutevenir lrsquoeffondrement de tension

(voltage collapse) et lrsquoinstabiliteacute du systegraveme pendant le transitoire et lrsquoeacutevolution

rapide des conditions de tension dans le systegraveme Les charges prisent hors reacuteseau

220 kV sont de lrsquoordre de 12 MVA agrave Naama et 35 MVA agrave Beacutechar

Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar [26]

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

47

II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS

La compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive au niveau des lignes de transmission permet la

reacutegulation du profil de la tension le long de ces lignes avec un bon controcircle de la puissance

active transmise Il est reconnu que la stabiliteacute peut ecirctre ameacutelioreacutee quelque soit son type si la

compensation reacuteactive du systegraveme de transmission varie rapidement Les meacutethodes de

compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive classiques se basent sur les batteries de condensateurs ou

les bobines fixes ou commandeacutees meacutecaniquement Ces meacutethodes sont non efficaces dans le

controcircle du reacuteseau eacutelectrique quand il est seacutevegraverement perturbeacute

Gracircce aux avanceacutees reacutecentes dans la technologie des IGBT et GTO le temps de reacuteaction

de ces dispositifs a diminueacute agrave quelques milli secondes Il est possible donc de reacutepondre agrave la

demande par lrsquoutilisation drsquoune compensation rapide en utilisant les dispositifs FACTS [31]

II3) Les dispositifs FACTS

Selon lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) la deacutefinition du terme

FACTS est la suivante Systegravemes de Transmission en Courant Alternatif comprenant des

dispositifs baseacutes sur leacutelectronique de puissance et dautres dispositifs statique utiliseacutes pour

accroicirctre la controcirclabiliteacute et augmenter la capaciteacute de transfert de puissance du reacuteseau

Avec leurs aptitudes agrave modifier les caracteacuteristiques apparentes des lignes les FACTS

sont capables daccroicirctre la capaciteacute du reacuteseau dans son ensemble en controcirclant les transits de

puissances Les dispositifs FACTS ne remplacent pas la construction de nouvelles lignes Ils

sont un moyen de diffeacuterer les investissements en permettant une utilisation plus efficace du

reacuteseau existant [28]

Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie [26]

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

48

II4) Classification des dispositifs FACTS

II41) Classification selon la geacuteneacuteration

Depuis les premiers compensateurs trois geacuteneacuterations de dispositifs FACTS ont vu le

jour Elles se distinguent par la technologie des semi-conducteurs et des eacuteleacutements de

puissance utiliseacutes

II411) Geacuteneacuteration I

Baseacutee sur les thyristors classiques Ceux-ci sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour enclencher

ou deacuteclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance reacuteactive dans les

transformateurs de reacuteglage

II412) Geacuteneacuteration II

Dite avanceacutee est neacutee avec lavegravenement des semi-conducteurs de puissance commander

agrave la fermeture et agrave louverture comme le thyristor GTO Ces eacuteleacutements sont assembleacutes pour

former les convertisseurs de tension ou de courant afin drsquoabsorber ou dinjecter des courants

(tensions) controcirclables dans le reacuteseau

II413) Geacuteneacuteration III

FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adapteacutee agrave chaque cas

Contrairement aux deux premiegraveres geacuteneacuterations celle-ci nutilisent pas des dispositifs

auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le reacuteseau

II42) Classification selon la cateacutegorie

Les dispositifs FACTS peuvent ecirctre classeacutes en trois cateacutegories figure (II4)

Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie

Dispositifs FACTS

Compensateurs shunt

Compensateurs seacuteries

Compensateurs hybrides

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

49

II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS

Le but de cette section est de donner une description bregraveve et de deacutefinir diffeacuterent shunt

seacuterie et combineacutes seacuterie-shunt dispositifs FACTS nous allons utiliser les termes et les

deacutefinitions drsquoIEEE [26]

a) Dispositifs FACTS Shunt

Compensateur statique de puissance reacuteactive (Static Var Compensator- SVC)

Un geacuteneacuterateur (ou absorbeur) statique drsquoeacutenergie reacuteactive shunt dont la sortie est ajusteacutee

en courant capacitif ou inductif afin de controcircler des paramegravetres speacutecifiques du reacuteseau

eacutelectrique typiquement la tension des nœuds Les sous-ensembles du SVC sont

Inductance Controleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Reactor-

TCR)

Une inductance placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele La valeur de

lrsquoinductance est continuellement changeacutee par lrsquoamorccedilage des thyristors

Condensateur Commuteacute par Thyristors (Thyristor-Switched

Capacitor- TSC)

Un condensateur placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele Les

thyristors fonctionnent en pleine conduction

Inductance Commuteacutee par Thyristors (Thyristor-Switched Reactor-

TSR)

Une inductance commuteacutee par thyristors dans le TSR les thyristors fonctionnent en

pleine conduction

Compensateur Statique Synchrone (Static Synchronous Compensator-

STATCOM)

Un geacuteneacuterateur synchrone fonctionnant comme un compensateur parallegravele de lrsquoeacutenergie

reacuteactive dont le courant capacitif ou inductif geacuteneacutereacute peut ecirctre controcircleacute seacutepareacutement de la

tension du systegraveme agrave courant alternatif

Geacuteneacuterateur Statique Synchrone (Static Synchronous Generator- SSG)

Un convertisseur de puissance statique agrave interrupteurs auto commuteacutes alimenteacute par une

source deacutenergie eacutelectrique approprieacutee et exploiteacute pour produire un ensemble ajustables de

tensions de sortie multi phases qui peut ecirctre coupleacute agrave un systegraveme de puissance alternatif dans

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

50

le but deacutechanger indeacutependamment la puissance controcirclable active et reacuteactive

Toutefois deux dispositifs particuliers peuvent ecirctre mis en eacutevidence

Systegraveme de Stockage par Batterie (Battery Energy Storage System-

BESS)

Un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie drsquoune source de nature chimique la conversion de la

tension de source est capable drsquoajuster rapidement lrsquoeacutenergie amont qui est fournit ou absorber

drsquoun systegraveme alternatif

Systegraveme de Stockage drsquoEacutenergie par Aimant Supraconducteur

(Superconducting Magnetic Energy Storage- SMES)

Un dispositif contenant des convertisseurs eacutelectroniques que rapidement injectent et ou

absorbent la puissance active et ou reacuteactive Le SMES sert principalement au controcircle

dynamique du flux de puissance dans les systegravemes eacutelectriques

Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var Generator

or Absorber- SVG)

Un dispositif eacutelectrique statique un eacutequipement ou un systegraveme qui est capable de tracer

un courant controcircleacute capacitif et ou inductif agrave partir dun systegraveme de puissance eacutelectrique et

ainsi geacuteneacuterer ou absorber la puissance reacuteactive Geacuteneacuteralement consideacutereacute pour consister en

connexion shunt Inductance controcircleacutee par thyristors etou condensateur commuteacute par

thyristors

Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var System- SVS)

Une combinaison de diffeacuterent compensateurs de puissance reacuteactive statiques et

meacutecaniquement commuteacutes dont les sorties sont coordonneacutes

Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Braking

Resistor- TCBR)

Une reacutesistance commuteacutee par thyristors et connecteacutee en parallegravele qui est controcircleacutee pour

aider le systegraveme de puissance agrave se stabiliser ou de minimiser lacceacuteleacuteration des puissances

drsquoune uniteacute geacuteneacuteratrice lors dune perturbation

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

51

b) Dispositifs FACTS seacuteries

La compensation seacuterie peut ecirctre utiliseacutee dans les systegravemes eacutenergeacutetiques pour la

commande du flux drsquoeacutenergie en reacutegime permanent En cas de lignes de transport avec une

capaciteacute thermique suffisante la compensation peut soulager des surcharges eacuteventuelles

sur drsquoautres lignes parallegraveles

Controcircleur de transit de puissance entre lignes (Interline Power Flow Controller-

IPFC)

Une combinaison de deux ou plusieurs compensateurs statiques seacuterie synchrone qui sont

relieacute entre eux via une liaison commune agrave courant continu pour faciliter lrsquoeacutecoulement

bidirectionnel de la puissance active entre les bornes alternatives des SSSC et sont controcircleacutes

pour fournir une compensation reacuteactive indeacutependante pour lrsquoeacutecoulement de puissance ajusteacute

dans chaque ligne et maintenir la distribution de lrsquoeacutecoulement de puissance reacuteactive deacutesireacute

entre les lignes

Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (Thyristor Controlled Series

Capacitor- TCSC)

Un compensateur agrave reacuteactance capacitif qui consiste en une seacuterie de condensateurs en

parallegravele avec des inductances commandeacutees par thyristor afin de pouvoir assurer une variation

homogegravene de la reacuteactance capacitive

Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (Thyristor Switched Series

Capacitor- TSSC)

Compensateur agrave reacuteactance capacitive qui est constitueacute drsquoun banc de capaciteacute seacuterie

shunteacute par une inductance commuteacutee par thyristor pour fournir un controcircle pas agrave pas de la

reacuteactance capacitive seacuterie

Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Series

Reactor- TCSR)

Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute de lrsquoinductance seacuterie shunteacute par

une inductance commandeacutee par thyristor afin de fournir une reacuteactance inductive seacuterie

leacutegegraverement variable

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

52

Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (Thyristor Switched Series Reactor-

TSSR)

Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute drsquoune inductance seacuterie shunteacutee par

une inductance commuteacutee par thyristor afin de fournir un controcircle pas agrave pas de la reacuteactance

inductive seacuterie

Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (Static Synchronous Series

Compensator- SSSC)

Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par

lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur Le SSSC agit sur le courant de ligne en inseacuterant une

tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou inductive Un

SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une ligne voire drsquoen

inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun condensateur ou

drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait que la tension

injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC preacutesente lrsquoavantage

de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante indeacutependamment du courant

c) Dispositifs FACTS hybrides (seacuterie ndashparallegravele)

Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (Unified Power Flow Controller- UPFC)

Une combinaison entre un STATCOM et un SSSC coupleacutes via une liaison agrave courant

continu pour permettre un eacutecoulement bidirectionnel de la puissance active entre la sortie du

SSSC et celle du STATCOM

Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Phase

Shifting Transformer- TCPST)

Transformateur deacutephaseur ajusteacute par un thyristor afin de fournir un angle de phase

rapidement variable Ce dispositif est eacutegalement appeleacute reacutegulateur drsquoangle de phase

commandeacute par thyristor (TCPAR -Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)

Reacutegulateur de puissance interphases (Interphase Power Controller- IPC)

Un controcircleur de la puissance active et reacuteactive connecteacute en seacuterie et comprenant dans

chaque phase des branches inductives et capacitives soumises agrave des tensions deacutephaseacutees

seacutepareacutement Les puissances active et reacuteactive peuvent ecirctre reacutegleacute indeacutependamment en ajustant

les deacutecalages de phase et ou les impeacutedances de branche agrave laide des commutateurs

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

53

meacutecaniques ou eacutelectroniques Dans le cas particulier ougrave lrsquoimpeacutedance inductive et capacitive

forment une paire conjugueacutee chaque terminal de lIPFC est une source passive de courant

deacutependant de la tension agrave lautre borne

d) Autres dispositifs FACTS

Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled voltage

Limiter- TCVL)

Une varistance agrave oxyde meacutetallique commuteacutee par thyristor utiliseacutee pour limiter la

tension agrave ses bornes durant les conditions transitoires

Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Voltage

Regulator- TCVR)

Un Transformateur commandeacute par thyristor qui peut fournir une tension variable dans

une phase avec un control continu

La figure (II5) preacutesente les diffeacuterents dispositifs qui peuvent controcircler certains variables

du systegraveme eacutelectrique

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

54

Dans la section qui suit nous allons deacutevelopper la preacutesentation du STATCOM et du

SSSC Il srsquoagit des dispositifs FACTS qui nous inteacuteresse particuliegraverement dans cette eacutetude et

que nous devons traiter pour une meilleure compreacutehension de la suite de ce meacutemoire

II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors

a) Dispositifs FACTS Shunt

Compensateur synchrone statique(STATCOM)

Un compensateur synchrone statique est constitueacute drsquoun convertisseur agrave source de

tension drsquoun transformateur de couplage et de la commande Dans cette application la source

drsquoeacutenergie agrave courant continue peut ecirctre remplaceacutee par un condensateur agrave courant

FACTS

Shunt

Thyristors GTO

Series

Thyristors GTO

Hybrides

Serie-Shunt

Autres FACTS

TCSC

TSSSC

GCSC

TCSR

IPFC

TSSR

SSSC

STATCOM

SSG

BESS

SMES SVC

TCR

TSC

TCBR

SVS

TSR

UPFC

TCPST

IPC

TCVR

TCPAR

TCPSR

TCVL

Figure II5 Classification des dispositifs FACTS

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

55

continue de sorte que lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie en reacutegime permanent entre le compensateur

statique et le systegraveme ca peut ecirctre uniquement reacuteactif comme illustreacute par la figure (II6)

119868119902 (est le courant de sortie du convertisseur) perpendiculaire agrave la tension du convertisseur

119881119894 (Lrsquoamplitude de la tension du convertisseur) et donc la sortie reacuteactive du convertisseur

sont reacuteglables [27]

Le convertisseur STATCOM

Produit les ondes rectangulaires de tension triphaseacutee eacutequilibreacutee Un compensateur

statique pouvant geacuteneacuterer ou absorber une puissance reacuteactive Il sagit du STATCOM

(Compensateur Statique) qui a connu jusqursquoagrave preacutesent sous diffeacuterents appellations

1 ASVC (Advanced Static Var Compensator)

2 STATCON (Static Condenser)

3 SVG (Static Var Generator)

4 SVC light (ABB)

5 SVC plus (SIEMENS)

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

nrsquoest que dans les anneacutees 90 que ce type de compensateur a connu un essor important gracircce

aux deacuteveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [27]

Le STATCOM possegravede plusieurs avantages par rapport aux compensateurs

conventionnels

La vitesse de reacuteaction la reacuteponse en moins drsquoun cycle agrave des variations de la

tension

Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

56

Lorsque la tension est basse il peut produire plus de puissance reacuteactive

notamment au moment ougrave lrsquoon a besoin drsquoune puissance reacuteactive consideacuterable

pour empecirccher la chute tension

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

utiliser pour reacutesoudre ce problegraveme des compensateurs multi-niveaux agrave commande MLI ou

encore installer des filtres

Le rocircle du STATCOM est drsquoeacutechanger de lrsquoeacutenergie reacuteactive avec le reacuteseau Pour ce

faire lrsquoonduleur est coupleacute au reacuteseau par lrsquointermeacutediaire drsquoune inductance qui est en geacuteneacuteral

lrsquoinductance de fuite du transformateur de couplage

Lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie reacuteactive se fait par le controcircle de la tension de sortie de

lrsquoonduleur 119881119904ℎ dont laquelle est en phase avec la tension du reacuteseau (Figure II7) Le

fonctionnement peut ecirctre deacutecrit de la faccedilon suivante

Si la tension 119881119904ℎ est infeacuterieure agrave la tension V le courant circulant dans lrsquoinductance est

deacutephaseacute de-π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant inductif (figure

II7a)

Si la tension119881119904ℎ est supeacuterieur agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est deacutephaseacute

de +π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant capacitif (figure II7b)

Si la tension 119881119904ℎ est eacutegale agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est nul et par

conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutechange drsquoeacutenergie

Lrsquoavantage de ce dispositif est de pouvoir eacutechanger de lrsquoeacutenergie de nature inductive ou

capacitive uniquement agrave lrsquoaide drsquoune inductance Contrairement au SVC il nrsquoy a pas

drsquoeacuteleacutement capacitif qui puisse provoquer des reacutesonances avec des eacuteleacutements inductifs du

119881119904ℎ

119881119904ℎ

119868119904ℎ V

V

a) Courant inductif b) Courant capacitif

Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM

119868119904ℎ

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

57

reacuteseau La caracteacuteristique statique de ce convertisseur est donneacutee par la figure (II8) Ce

dispositif a lrsquoavantage contrairement au SVC de pouvoir fournir un courant constant

important mecircme lorsque la tension V diminue

Le STATCOM permet le mecircme controcircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce

dispositif est capable de deacutelivrer la puissance reacuteactive mecircme si la tension au jeu de barres

(nœud de connexion) est tregraves faible dapregraves sa caracteacuteristique on constate que le courant

maximal du STATCOM est indeacutependant de la tension du nœud

Pour un STATCOM ideacuteal nayant pas des pertes actives leacutequation (II2) deacutecrit le

transfert de puissance reacuteactive dans le reacuteseau eacutelectrique [5]

119876119904ℎ =|⋁ 2

119896 |

Xshminus

|Vk||Vsh|

Xshcos( 120579119896 minus 120579119904ℎ) =

|⋁ 2119896 |minus

Xsh

|Vk||Vsh|

Xsh

Si |119881119896| gt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne positive et le STATCOM absorbe la puissance reacuteactive

Si |119881119896| lt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne neacutegative et le STATCOM fournie la puissance reacuteactive

Deacutepassement

transitoire en

fonctionnement

Deacutepassement

transitoire en

fonctionnement

Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM

119868119904ℎ

119868119898119886119909 119868119898119894119899

Capacitif Inductif

V

(II2)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

58

b) Dispositifs FACTS Seacuteries

Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC)

Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par

lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur (figure II9) Le SSSC agit sur le courant de ligne en

inseacuterant une tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou

inductive Un SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une

ligne voire drsquoen inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun

condensateur ou drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait

que la tension injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC

preacutesente lrsquoavantage de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante

indeacutependamment du courant [26]

Ce type de compensateur seacuterie (Compensateur Synchrone Statique Seacuterie) est le plus

important dispositif de cette famille Il est constitueacute drsquoun onduleur triphaseacute coupleacute en seacuterie

avec la ligne eacutelectrique agrave laide dun transformateur Ce dispositif possegravede des avantages si

lrsquoon compare avec le TCSC

Elimination des composants passifs (inductance et capaciteacutes)

Une aptitude symeacutetrique dans les deux modes (inductif et capacitif)

Son rocircle est drsquointroduire une tension triphaseacutee agrave la freacutequence du reacuteseau en seacuterie avec la

ligne de transport

Figure II9 Scheacutema de base du SSSC

Transformateur

seacuterie

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

59

Nous pouvons dans ce cas reacutegler continuellement la valeur apparente de la capaciteacute ou

de lrsquoinductance ainsi introduite dans la ligne Lrsquoavantage de ce dispositif est de ne pas

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

Cela eacutevite lapparition des oscillations dues agrave la reacutesonance avec les eacuteleacutements inductifs du

reacuteseau La caracteacuteristique statique drsquoun Compensateur Synchrone Statique Seacuterie est preacutesenteacutee

par la figure (II10)

Si lon utilise un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie le SSSC peut agrave ce moment lagrave eacutechanger

de la puissance active avec la ligne eacutelectrique Ceci peut contribuer agrave ameacuteliorer la stabiliteacute du

reacuteseau Dans ce cas la tension 119881119887 nrsquoest pas obligatoirement en quadrature avec le courant de

ligne

Principe de fonctionnement de SSSC

Le SSSC injecte en seacuterie une tension alternative avec une amplitude et un angle de

phase reacuteglable dans la ligne de transport agrave lrsquoaide drsquoun transformateur seacuterie Le SSSC peut

produire ougrave absorber de la puissance reacuteactive suivant la commande de convertisseur statique

il permet drsquoassurer une compensation shunt indeacutependante agrave la ligne de transport Il fourni ou

absorbe la puissance reacuteactive neacutecessaire localement et produit de la puissance active comme

reacutesultat de lrsquoinjection en seacuterie drsquoune tension [21]

Le principe de fonctionnement peut ecirctre expliqueacute par la figure (II11)

Figure II10 Caracteacuteristique statiques du SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

60

Le SSSC deacutelivre une tension triphaseacutee 119881119904119890 agrave la freacutequence du reacuteseau en quadrature (

90 ) avec le courant de la ligne et controcirclable afin daugmenter ou diminuer la tension agrave

travers la ligne repreacutesenteacutee par sa reacuteactance 119883119897 selon le mode de compensation capacitif ou

inductif respectivement (figure II12) mais comme la reacuteactance de la ligne ne varie pas

reacuteellement cest le courant dans la ligne qui sera affecter par cette variation et par

conseacutequence les puissances correspondante

Ideacutealement la tension 119881119904119890 est agrave 90 du courant de la ligne ce qui fait quaucun eacutechange

de la puissance active nrsquoest entre le reacuteseau et le SSSC Pratiquement il y a toujours une petite

composante de cette tension 119881119904119890 en phase avec le courant 119868119897 qui geacutenegravere une petite quantiteacute de

la puissance active pour couvrir les pertes dans le convertisseur

On peut expliquer les diffeacuterents modes de compensation capacitive et inductive en ce

reacutefeacuterant aux diagrammes vectoriels de la figure (II13) qui suit en admettant le scheacutema

eacutequivalent dun SSSC installeacute dans un reacuteseau eacutelectrique simple repreacutesenteacute sur la figure (II12)

Figure II11 Principe de fonctionnement de SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

61

bull

Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du

reacuteseau

Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du

reacuteseau (eacutetat deacutequilibre) la tension au borne de la reacuteactance effective 119881119909119890119891119891

est eacutegale agrave la tension aux bornes de la ligne de transport sans compensation

la ougrave le degreacute de compensation K est nul K = 119881119902

119881119894 x 100 avec 119883119902 =

119881119902

119868119894

Dans le mode de compensation inductif le courant de la ligne 119868119897 diminue en

augmentant le degreacute de compensation K de 0 agrave 100 Du diagramme (b)

on voit que pour maintenir 119881119904 119881119903 et constants la variation dans

lamplitude de 119881119904119890 se reacutepercute directement sur la tension 119881119897 et chaque

Figure II12 Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple

Figure II13 Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

62

augmentation dans 119881119904119890 entraicircne une diminution dans 119881119897 et par conseacutequence

dans le courant 119868119897

En mode capacitif le courant dans la ligne augmente avec laugmentation du

niveau de compensation la tension 119881119904119890 injecteacutee en anti-phase avec la tension

119881119897 (- 90deg en arriegravere du courant 119868119897 ) force la tension 119881119897 agrave augmenter pour

garder langle de charge constant ainsi que les tensions aux extreacutemiteacutes de la

ligne (figure II12c) [37]

II6) Coucirct des dispositifs FACTS [29]

Mis agrave part les avantages techniques apporteacutes par les FACTS drsquoautres critegraveres lieacutes au

coucirct doivent ecirctres pris en consideacuteration dans la deacutecision drsquoinstaller un dispositif Sur le plan

eacuteconomique le critegravere geacuteneacuteralement adopteacute dans lrsquoeacutevaluation des beacuteneacutefices obtenus par un

FACTS est que lrsquoaccroissement des revenues doit exceacuteder les coucircts drsquoexploitations de

maintenance et drsquoamortissement de lrsquoinstallation

Le coucirct drsquoune installation FACTS deacutepend principalement des facteurs tels que

Les performances requises

La puissance de lrsquoinstallation

Le niveau de tension du systegraveme

La technologie du semi-conducteur utiliseacute

Controcircleurs FACTS Coucirct (US$)

Condensateur Shunt 8$Kvar

Condensateur Seacuterie 20$ Kvar

SVC 40$Kvar

TCSC 40$Kvar

STATCOM 50$Kvar

UPFC Partie Seacuterie 50$Kvar

UPFC Partie Shunt 50$Kvar

Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

63

II7) Synthegravese des dispositifs FACTS

Les diffeacuterents dispositifs FACTS preacutesenteacutes dans ce chapitre possegravedent tous leurs propres

caracteacuteristiques tant en reacutegime permanent quen reacutegime transitoire Chaque type de dispositif

sera donc utiliseacute pour reacutepondre agrave des objectifs bien deacutefinis Des consideacuterations eacuteconomiques

entreront eacutegalement dans le choix du type dinstallation agrave utiliser Le tableau (II2) syntheacutetise

les principaux beacuteneacutefices techniques des nouvelles technologies de FACTS Le nombre +

est proportionnel agrave lefficaciteacute du dispositif

II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie

des dispositifs FACTS [29]

A Les avantages des dispositifs FACTS

Controcircle le transit de la puissance active

Augmente la seacutecuriteacute des systegravemes eacutenergeacutetiques (augmentation de la limite de la

stabiliteacute transitoire amortissement des oscillations hellip)

Reacuteduit le transit de lrsquoeacutenergie reacuteactive

Optimise les puissances geacuteneacutereacutees donc reacuteduit le coucirct de production de lrsquoeacutenergie

Agir comme filtre actif

Ameacutelioreacutee lrsquointerconnexion et lrsquoeacutechange eacutenergeacutetique

Dispositif

Controcircle du

transit de

puissance

Controcircle

de la

tension

Stabiliteacute

transitoire

Stabiliteacute

statique

STATCOM + +++ ++ ++

SSSC ++ + +++ ++

IPFC +++ ++ +++ ++

Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS [14]

+ Petite ++ Moyenne +++Forte

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

64

B Les inconveacutenients

Lrsquointroduction des harmoniques du reacuteseau eacutelectrique ce qui le rend pollueacute cest-agrave- dire le

signal sera tendu et non sinusoiumldale Il rend le reacuteseau vulneacuterable agrave la surtension ducirce aux

commutations reacutepeacutetitives

C Les contraintes des dispositifs FACTS

Les dispositifs FACTS sont consideacutereacutes comme des solutions pour aider les systegravemes

eacutelectriques mais ils preacutesentent des inconveacutenients en plus qursquoils ne sont pas une solution

universelle ils existent plusieurs contraintes pour que ces dispositifs soient efficaces et

rentables [30]

o Le choix du FACTS

o Le choix du modegravele du FACTS

o Choix de la localisation des FACTS

o Protection pour les FACTS et pour le reacuteseau

o Interactions entre les dispositifs FACTS et les autres eacuteleacutements

Nous avons deacutecideacute pour la suite de notre travail de ne pas eacutetudier lrsquoimpact de chaque

cateacutegorie des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique Notre choix srsquoest porteacute sur lrsquoeacutetude du

Compensateur Statique Synchrone (STATCOM) et du Conpensateur statique seacuterie

synchrone (SSSC)Il nous a sembleacute raisonnable drsquoessayer drsquoanalyser lrsquoimpact de la

compensation shunt et de la compensation seacuterie de faccedilon seacutepareacutee avant de regrouper lrsquoeacutetude

de ces concepts FACTS agrave lrsquoaide de la compensation hybride

II9) Conclusion

Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre en premier lieu le concept FACTS ainsi nous

avons donneacute une bregraveve description et des deacutefinitions des divers types de dispositifs FACTS

Cette description est adopteacutee comme classification universelle des systegravemes FACTS La

plupart dentre eux sont deacutejagrave en service dans la pratique Si aujourdhui les FACTS sont encore

peu utiliseacutes par rapport agrave leur potentiel les eacutevolutions techniques de leacutelectronique de

puissance vont rendre les solutions FACTS de plus en plus compeacutetitives face aux

renforcements des reacuteseaux le contexte algeacuterien a eacuteteacute abordeacute ainsi que la conception et le

fonctionnement des 2 dispositifs retenus pour cette eacutetude

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

65

Nous avons choisi deacutetudier le STATCOM et le SSSC comme dispositifs FACTS pour

controcircler et ameacuteliorer la tension et la puissance reacuteactive Le chapitre suivant (chapitre III) sera

deacutedieacute agrave la modeacutelisation des systegravemes FACTS

66

Chapitre 3

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

67

Dans le but drsquoeacutetudier lrsquoimpact des FACTS sur lrsquoameacutelioration de tension des reacuteseaux

eacutelectriques des modegraveles approprieacutes sont neacutecessaires agrave deacutevelopper Nous tenons agrave mentionner

que plusieurs logiciels incorporent ces modegraveles Dans ce chapitre nous allons preacutesenter les

modegraveles matheacutematiques du STATCOM et du SSSC retenus au chapitre II

III1) Introduction

Pour pouvoir observer limpact des dispositifs FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique il est

neacutecessaire de les repreacutesenter par des modegraveles Ceux-ci sont ensuite inteacutegreacutes dans des

programmes de calcul permettant de simuler leurs effets sur lensemble du systegraveme

Plusieurs modegraveles de FACTS ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes tant pour des reacutegimes de

fonctionnement stationnaire que dynamique Certains modegraveles sont speacutecifiques agrave un type de

dispositif alors que dautres plus geacuteneacuteraux sont utiliseacutes pour repreacutesenter plusieurs FACTS

Dans le cadre de ce meacutemoire et plus preacuteciseacutement le chapitre quatre cest lrsquoimpact des

dispositifs FACTS sur le reacuteseau de transport qui est eacutetudieacute Dans ce contexte nous nous

restreignons agrave leacutetude de lrsquoeffondrement de tension et plus particuliegraverement aux effets des

FACTS sur la stabiliteacute des tensions

La modeacutelisation des FACTS est effectueacutee sur la base des eacuteleacutements utiliseacutes dans les

calculs de lrsquoeacutecoulement de puissance Ce sont plus particuliegraverement les geacuteneacuterateurs les

charges les eacuteleacutements shunt ainsi que les lignes et les transformateurs

III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS [26]

III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs

Les geacuteneacuterateurs sont des eacuteleacutements qui permettent la conversion de leacutenergie (meacutecanique

photonique chimique) vers une forme eacutelectrique Ils peuvent fournir ou consommer de

leacutenergie active ou reacuteactive et ils peuvent maintenir un niveau de tension deacutesireacutee

Un geacuteneacuterateur peut ecirctre consideacutereacute comme une source de puissance active et reacuteactive qui

peut maintenir une tension de consigne Agrave cause de facteurs comme la limite thermique du

rotor celle du stator et la limite de stabiliteacute au reacutegime permanent le fonctionnement dun

geacuteneacuterateur est limiteacute en puissance active ainsi quen puissance reacuteactive Ainsi un geacuteneacuterateur

peut ecirctre modeacuteliseacute dans le calcul drsquoeacutecoulement de puissance par le scheacutema de la figure (III1)

Dans lrsquoanalyse de lrsquoeacutecoulement de puissance les geacuteneacuterateurs sont modeacuteliseacutes comme des

injecteurs de courants La puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur est reacutegleacutee agrave travers le

controcircle de la turbine qui doit ecirctre dans les limites de la capaciteacute du systegraveme turbine

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

68

geacuteneacuterateur La tension est lieacutee principalement agrave lrsquoinjection de la puissance reacuteactive au jeu de

barres de production et comme le geacuteneacuterateur doit fonctionner dans les limites de sa courbe de

capaciteacute reacuteactive il nrsquoest pas possible de reacutegler la tension en dehors de certaines limites

admissibles

Avec

Si Puissance apparente complexe

PGi Puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i

QGi Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i

V i Tension complexe au nœud i

δi Deacutephasage de la tension au nœud i

Les limites de production des geacuteneacuterateurs sont deacutefinies par

PGimin le PGi le PGimax

QGimin le QGi le QGimax

Dans les calculs de transit de puissance la puissance PGi est prise constante et la

tension V i peut ecirctre maintenue en module agrave une valeur consigne constante La phase δi et la

puissance reacuteactive quand agrave elles deacutependent de leacutetat du reacuteseau Lorsque QGi deacutepasse une de ces

limites sa valeur est fixeacutee agrave cette valeur limite et la tension ne peut plus ecirctre controcircleacutee Le

nœud nest plus consideacutereacute comme geacuteneacuterateur mais comme une charge

120575119894

119878119894 i 119881 119894

119875119866119894 119876119866119894

119876119866119894

Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur

(III1)

(III2)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

69

III22) Modegraveles des charges [26]

Les charges repreacutesentent les consommateurs connecteacutes au reacuteseau (figure III2) Elles

correspondent agrave des injections neacutegatives aux nœuds Les charges sont modeacuteliseacutees par des

puissances constantes indeacutependantes de la tension nodale

SLi = PLi + j QLi

Ougrave

SLi La puissance complexe de la charge

PLi La puissance active

QLi La puissance reacuteactive

La puissance reacuteactive QLi peut ecirctre positive ou neacutegative selon que la charge est de nature

inductive ou capacitive respectivement

III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt [26]

Dans la plupart des cas les eacuteleacutements shunt sont des dispositifs destineacutes agrave la

compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive et la tenue de la tension chaque eacuteleacutement connecteacute au

reacuteseau sera modeacuteliseacute par des admittances 1199101198940 de la forme

1199101198940 = 1198921198940 + 1198951198871198940

Le symbole geacuteneacuteral repreacutesentant un eacuteleacutement shunt est donneacute agrave la figure III3a La

susceptance 1198871198940 peut ecirctre inductive ou capacitive Dans le premier cas leacuteleacutement consomme de

la puissance reacuteactive (fig III3b) alors quil en fournit au systegraveme dans le second (fig III3c)

Les modegraveles des dispositifs FACTS preacutesenteacute dans la section suivante sont baseacutes sur une

(III3)

Figure III2 Modegravele des charges

PLi QLi

i

(III4)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

70

simple modification des eacuteleacutements approprieacutes de 119884

III24) Modegraveles de la ligne [26]

Les lignes sont deacutefinies par leur scheacutema en 120587 (figure III4) qui caracteacuterise en geacuteneacuteral les

lignes moyennes dont les paramegravetres sont la reacutesistance r la reacuteactance 119909 = 119871 ω et la

susceptance b =119862120596 Dans le cas des lignes longues on peut toujours se ramener agrave un scheacutema

eacutequivalent en 120587 Les lignes de transport sont modeacuteliseacutees par leur scheacutema en 120587 classique dans

lequel la conductance transversale est neacutegligeacutee

La matrice dadmittance nodale dune ligne reliant un nœud i agrave un nœud k est donneacute par

lrsquoeacutequation (III5)

Y = (

yik+

yik0

2

minusyik

minusyik yik + yik0

2

)

Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt a) symbole b) eacuteleacutement

inductif c) eacuteleacutement capacitif

c) eacuteleacutement capacitif

(III5)

i 119909119894119896 119903119894119896 k

119887119894119896119900

2

119887119894119896119900

2

Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

71

Ougrave ladmittance longitudinale yik vaut

yik = 1

rik + j 120013ik

Avec

rik Reacutesistance longitudinale de la ligne

120013ik Reacuteactance longitudinale de la ligne

Ladmittance transversale correspondant aux effets capacitifs seacutecrit

yik0 = j119887ik0

Avec

119887ik0 Sousceptance transversale de la ligne

III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques [32]

Chaque nœud est caracteacuteriseacute par quatre variables Pi Qi Vi θi Si on connaicirct deux des

quatre variables nous permettent de deacuteterminer les deux autres agrave partir des eacutequations

principales de leacutecoulement de puissance En pratique le problegraveme se pose autrement Pour

cela il faut classifier les nœuds du systegraveme comme suit (Tableau III1)

Nœud de charge (P-Q) Pour ce type de nœuds on associe geacuteneacuteralement les charges

Ces derniegraveres sont caracteacuteriseacutees par la consommation des puissances active et reacuteactive

On peut aussi associer des geacuteneacuterateurs avec des puissances active et reacuteactive fixeacutees

Les variables agrave deacuteterminer sont le module et la phase de la tension

Nœud geacuteneacuterateur (P-V) Pour ce type de nœuds on associe les centrales de

production On speacutecifie la puissance active et le module de la tension Les variables agrave

deacuteterminer sont la phase de la tension et la puissance reacuteactive

Nœud bilan (slack bus) Pour ce type de nœud on associe la centrale de production la

plus puissante Dans un nœud k (nœud de reacutefeacuterence ou slack bus) on speacutecifie la phase

et le module de la tension Les valeurs agrave deacuteterminer sont les puissances actives et

reacuteactives

(III6)

(III7)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

72

III26) Modegraveles du transformateur

Les transformateurs sont repreacutesenteacutes par leur impeacutedance connecteacutee en seacuterie avec un

transformateur ideacuteal (figure III5) Le rapport de transformation est reacuteel pour un

transformateur classique alors quil est complexe dans le cas dun transformateur deacutephaseur

De maniegravere geacuteneacuterale le rapport de transformation complexe μik

est deacutefini par

μik

=Ui

Um

avec

Ui Tension complexe au nœud i

Um Tension complexe au nœud m

III27) Modegraveles de la machine synchrone

Nœuds Puissances actives Puissances reacuteactives Module de Tension Lrsquoangle de phase

Nœud (PQ) Connue Connue Inconnue Inconnue

Nœud (PV) Connue Inconnue Connue Inconnue

Nœud (slack

bus)

Inconnue Inconnue Connue Connue

Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme

(III8)

Si i

Ii Im

Um

119898

119903119894119896 Ik

Uk

119909119894119896

Ui μik 1

119896

Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

73

(III10)

La fem de la machine synchrone est donneacutee par la relation suivante

Ersquo = 119881119904+119903119886119868119904+j119883119889119868119904

Ersquo fem transitoire de la machine synchrone

119881119904 Tension aux bornes de la machine

119868119904 courant de la machine

119903119886 Reacutesistance statorique de la machine

119883119889 Reacuteactance transitoire de la machine

La repreacutesentation de la machine synchrone utiliseacutee pour la solution du reacuteseau et le diagramme

de phase sont scheacutematiseacutes dans la figure suivante

Les composantes de la tension 119881119904 aux bornes de la machine suivant les axes d-q sont

119881119889 = 119864prime119889 minus 119903119868119889 minus 119883prime

119902 119868prime119902

119881119902 = 119864prime119902 minus 119903119868119902 + 119883prime119889 119868prime119889

III28) Modeacutelisation du STATCOM

(III9)

Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone

(III11)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

74

(III12)

(III13)

Le STATCOM appartient agrave la deuxiegraveme geacuteneacuteration des dispositifs FACTS Selon

lIEEE Le STATCOM est un moyen de compensation dynamique connecteacute en parallegravele au

systegraveme eacutelectrique il est baseacute sur lrsquoinjection drsquoun courant AC controcircleacute agrave travers un

transformateur de couplage La structure de base drsquoun STATCOM ayant le scheacutema qui est

montreacute par la figure (III7) [33]

En geacuteneacuteral la tension du STATCOM 119881119904ℎest injecteacutee en phase avec la tension 119881119903 de la

ligne et dans ce cas il n y a pas deacutechange de leacutenergie active avec le reacuteseau mais seulement la

puissance reacuteactive qui sera injecteacutee (ou absorbeacutee) par le STATCOM Le STATCOM a le

mecircme rocircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce dispositif capable de deacutelivrer la

puissance reacuteactive mecircme si la tension de jeu de barre de connexion est faible Avec

lhypothegravese dun STATCOM ideacuteal (convertisseur sans pertes) la contrainte de fonctionnement

que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas eacutechanger la puissance active avec le reacuteseau

La tension du STATCOM est donneacute par

119864119904ℎ = 119881119904ℎ(119888119900119904120575119904ℎ + 119895119904119894119899120575119904ℎ)

Le courant injecteacutee par le STATCOM est donneacute par

119868119904ℎ =119881119904ℎ minus 119881119894

119895119883119894

Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

75

(III14)

(III15)

(III16)

(III17)

La puissance de transmission entre les deux systegravemes peut ecirctre repreacutesenteacutee par

La puissance active transmis

119875 = 119881119894119881119904ℎ

119883 119904119894119899(120575119894minus120575119904ℎ)

La puissance reacuteactive transmis

119876 =119881119894

2

119883minus

119881119894119881119904ℎ

119883 cos (120575119894120575119904ℎ)

Ougrave 119881119894119881119904ℎ est la tension aux nœuds (120575119894120575119904ℎ) lrsquoangle entre la tension et X impeacutedance de la

ligne Apregraves lrsquoexeacutecution de quelques opeacuterations complexes les eacutequations de puissance active

et reacuteactive sont obtenues comme suit

119875119904ℎ = 1198811198942119892119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ) + 119887119904ℎ119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ))

119876119904ℎ = minus1198811198942119887119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ) minus 119887119904ℎ119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ))

Avec 119892119904ℎ + 119895119887119904ℎ = 1119885119904ℎ

frasl

119892119904ℎ Conductance eacutequivalente du STATCOM

119887119904ℎ Susceptance eacutequivalente du STATCOM

119885119904ℎ Impedance eacutequivalente du STATCOM

III29) Modeacutelisation du SSSC

Le SSSC peut acqueacuterir un eacuteleacutement de stockage drsquoeacutenergie pour une compensation de la

puissance active momentaneacutement qui reacutesulte dans un maintien efficace de la stabiliteacute du

reacuteseau eacutelectrique Un SSSC est donc modeacuteliseacute comme une source de tension en seacuterie la figure

(III8) montre un SSSC inseacutereacute dans un reacuteseau agrave deux machines et son diagramme vectoriel des

tensions [33]

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

76

(III18)

(III19)

(III20)

(III21)

(III22)

(III23)

A partir du diagramme vectoriel on peut voir que la tension injecteacutee en seacuterie controcircle

directement la tension agrave travers lrsquoinductance X de la ligne qui en la augmentant reacutesulte en

une augmentation dans la valeur du courant et par conseacutequence une augmentation dans la

puissance transmissible agrave travers la ligne Ce fonctionnement est similaire agrave une compensation

seacuterie par un condensateur Si on eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant

de la ligne on obtient le mecircme reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un

condensateur

119880= -j119883119862 119868

Avec 119883119862 qui repreacutesente la reacuteactance capacitive du condensateur Mais comme le SSSC

est une source de tension il peut alors maintenir une tension constante puisque il controcircle

indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC peut augmenter ou diminuer le

flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant la tension injecteacutee en seacuterie agrave la

ligne Comme le SSSC est une source reacuteactive la tension geacuteneacutereacutee est perpendiculaire au

courant de la ligne ce courant est

119868 =1198801minus119880119902minus1198802

119895119883

119920 =120783

119947119935(( 119880120783 minus 119880120784) minus 119880119954

(119880120783minus119880120784)

|119880120783minus119880120784|)

119920 =119947(119880120783minus119880120784)

119935(120783 minus

119880119954

|119880120783minus119880120784|)

Cette eacutequation montre qursquoagrave lrsquoabsence du SSSC la chute de tension agrave travers X

est ( 1198801

minus 1198802

) Si on prend 1198802 Comme reacutefeacuterence du SSSC

1198802

= U2

et

Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

77

(III24)

(III25)

1198801=1198801(119888119900119904120575 + 119895119904119894119899120575)

Si on prend par consideacuteration que

|119880120783

minus 119880120784

| = radic119880120783120784 + 119932120784

120784 minus 120784119932120783119932120784119940119952119956120633

Ce qui nous donne la puissance agrave travers la ligne

P = 11988011198802119904119894119899120575

119883(1 minus

119880119902

radic11988012+1198802

2minus211988011198802119888119900119904120575

)

Par conseacutequent la puissance transmise P est une fonction de la tension injecteacutee La

puissance transmise en fonction de lrsquoangle δ

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

78

III3) Conclusion

Dans ce chapitre nous avons modeacuteliseacute les diffeacuterents composants du reacuteseau eacutelectrique agrave

savoir les lignes de transport les transformateurs et les charge les machines

synchroneshellipetc

Des modegraveles simplifieacutes de deux diffeacuterents types de FACTS agrave savoir le STATCOM et le

SSSC baseacute sur la modification de la matrice admittance 119884 et suitable pour lrsquoeacutetude du controcircle

du power flow et la reacutegulation de la tension ont eacuteteacute deacutemontreacutees dans ce chapitre Les deux

modegraveles ont eacuteteacute observeacutes dans la litteacuterature Agrave cet effet une bregraveve preacutesentation des approches

existantes agrave des modegraveles de ces deux dispositifs FACTS ont eacuteteacute fournis Les modegraveles

seacutelectionneacutes sont faciles agrave impleacutementer dans les logiciels du power flow comme le PSAT Au

chapitre suivant crsquoest lrsquoimpact du STATCOM et du SSSC sur lrsquoeffondrement de tension qui

sera analyseacute

79

Chapitre 4

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

80

IV1) Introduction

Le transfert de puissance au travers drsquoun reacuteseau eacutelectrique srsquoaccompagne de chutes de

tension entre les points de production et ceux de consommation Dans des conditions

normales de fonctionnement ces chutes de tension sont de lrsquoordre de quelque pour cents de la

tension nominale Une des preacuteoccupations des planificateurs et des exploitants est de srsquoassurer

que les tensions aux diffeacuterents jeux de barres du reacuteseau demeurent malgreacute tout dans des

limites prescrites speacutecialement dans des conditions de forte charge etou suite agrave des incidents

plausibles Dans certaines circonstances cependant dans les secondes ou dans les minutes qui

suivent lrsquoapparition drsquoune perturbation les tensions peuvent deacutecroitre de maniegravere

catastrophique agrave tel point que la puissance ne peut plus ecirctre achemineacutee correctement aux

consommateurs et que lrsquointeacutegriteacute du systegraveme peut ecirctre mise en danger

Le meacutecanisme qui sous-tend cet affaissement des tensions est lrsquoinstabiliteacute de tension et

la catastrophe qui en reacutesulte est lrsquoeffondrement de tension [34]

En termes simples lrsquoinstabiliteacute de la tension provient drsquoun comportement des charges

qui tend agrave ramener la consommation de puissance de celles-ci au-delagrave de ce que peuvent

fournir ensemble le reacuteseau de transport et les geacuteneacuterateurs

Dans de nombreux reacuteseaux agrave travers le monde lrsquoinstabiliteacute de tension est consideacutereacutee

comme une source majeure de deacutefaillance au moins aussi importante que les surcharges

thermiques drsquoeacutequipements (et le risque associeacute de deacuteclenchements en cascade) ou lrsquoinstabiliteacute

angulaire (perte de synchronisme entre geacuteneacuterateurs) connues depuis plus longtemps

Plusieurs facteurs contribuent agrave cet eacutetat de fait

- comme on le sait la construction de nouvelles lignes eacutelectriques est de

plus en plus difficile souvent retardeacutee et parfois impossible

- la concentration de la production dans ces centrales de plus en plus

puissantes a diminueacute le nombre de points tenus en tension dans le reacuteseau et

augmenteacute les distances eacutelectriques entre centres de production et de consommation

Certes lrsquoeacutemergence de la production deacutecentraliseacutee va quelque peu inverser cette

tendance en rapprochant producteurs et consommateurs Encore faut ndashil que ces

sources drsquoeacutenergie fournissent les services auxiliaires que sont la reacutegulation de

tension et la mise agrave disposition drsquoune reacuteserve de puissance reacuteactive

- lrsquousage massif de condensateurs shunt pour soutenir le profil de tension

permet de transporter de plus grandes quantiteacutes de puissance mais rapproche le point

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

81

drsquoinstabiliteacute des plages de fonctionnement normal

- lrsquoinstabiliteacute de tension est souvent deacuteclencheacutee par la perte

drsquoeacutequipements de transport et ou de production incidents dont la probabiliteacute

drsquoapparition est relativement eacuteleveacutee (compareacutee par exemple agrave celle du court-circuit

triphaseacute consideacutereacute en stabiliteacute transitoire angulaire)

- lrsquoouverture du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute incite agrave faire fonctionner les

reacuteseaux plus pregraves de leurs limites physiques pour des raisons de rentabiliteacute

eacuteconomique Plus encore que par le passeacute il est donc neacutecessaire drsquoeacutevaluer ces

limites en particulier vis ndashagrave vis du risque drsquoinstabiliteacute de tension

IV2) Outils de simulation

Plusieurs outils de simulation ont eacuteteacute utiliseacutes dans lrsquoanalyse et lrsquoeacutetude des reacuteseaux

eacutelectriques tels que (Matlab EMTP Etap PowerWorld PSAThellip etc) Ces logiciels

permettent de nous renseigner sur les diffeacuterents facteurs drsquoun reacuteseau eacutelectrique et agrave simuler les

diffeacuterents cas pour avoir les paramegravetres du reacuteseau Ces derniers utilisent les mecircmes

concepts Dans ce meacutemoire le logiciel PSAT est utiliseacute pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de

tension drsquoun reacuteseau de transport

PSAT est un logiciel librement distribueacutes conccedilu par Federico Milano baseacute sur

MATLAB pour lanalyse et lrsquooptimisation des reacuteseaux eacutelectriques Lrsquointerface graphique

interactive du PSAT permet agrave lrsquoutilisateur drsquoeffectuer les fonctions statiques et dynamiques

suivantes [35]

Calcul drsquoeacutecoulement de puissance (Power Flow- PF)

Calcul drsquoeacutecoulement de puissance Optimal (Optimal Power Flow- OPF)

Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation Power Flow- CPF)

Analyse de la stabiliteacute de petites perturbations (Small Signal Stability Analysis-

SSSA)

Simulation temporelle (Time Domaine Simulation- TDS)

Analyse transitoire drsquoeacutelectromagneacutetique (Electro Magnetic Transient Analysis-

EMT)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

82

Interface graphique (Graphical User Interface- GUI)

Eacutediteur de reacuteseau graphique (Graphical Network Editor- GNE)

Toutes les opeacuterations de PSAT peuvent ecirctre reacuteparties en deux genres drsquoanalyse

- La premiegravere analyse est de reacutesoudre les problegravemes de lrsquoeacutecoulement de puissance

Cette application srsquoeffectue dans une page de commande ou un eacutediteur comme

montre la figure (IV1)

- La seconde analyse est drsquoimplanter le reacuteseau agrave eacutetudier en utilisant une bibliothegraveque

de Simulink qui contient de nombreux modegraveles pour lrsquoimplantation des systegravemes

eacutelectriques comme montreacute dans la figure (IV2)

IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques

La deacutefinition et les types de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques sont repreacutesenteacutes dans le

chapitre I

Durant les derniegraveres deacutecennies la stabiliteacute de tension dans les systegravemes dalimentation

est devenue un vaste champ de recherches Les pheacutenomegravenes dinstabiliteacute en tension peuvent

srsquoeacutetendre dans une plage de temps allant de quelques secondes agrave quelques heures et ont eacuteteacute

eacutetudieacutes en utilisant une varieacuteteacute de modegraveles statiques et dynamiques y compris les reacutegulateurs

et les dispositifs eacutelectroniques de puissance

Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

83

Les sujets pertinents pour le marcheacute de leacutelectriciteacute et pour les techniques optimales

deacutecoulement de puissance sont geacuteneacuteralement les pheacutenomegravenes drsquoeffondrement de tension

reacutesultant des variations de charge et des opeacuterations de commutation Lrsquoeffondrement de

tension est geacuteneacuteralement la conseacutequence de laugmentation de la charge dans les systegravemes

caracteacuteriseacutes par des conditions de chargement lourd et ou lorsque survient une modification

dans le systegraveme comme une ligne hors service Le reacutesultat est geacuteneacuteralement que le point de

fonctionnement actuel qui est stable laquodisparaicirctraquo et le systegraveme transitoire suivant conduit agrave

une rapide irreacutecupeacuterable baisse de tension

IV31) Facteur de charge et les directions de puissance [34]

Loutil analytique le plus accepteacute pour lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes de lrsquoeffondrement de

tension est la theacuteorie de la bifurcation qui est une theacuteorie matheacutematique geacuteneacuterale capable de

classer les instabiliteacutes drsquoeacutetudier le comportement du systegraveme dans le voisinage

drsquoeffondrement ou des points instables et de donner une information quantitative sur les

actions correctives pour eacuteviter les conditions critiques

Dans la theacuteorie de la bifurcation il est supposeacute que les eacutequations du systegraveme deacutependent

dun ensemble de paramegravetres avec des variables deacutetat comme suit

0 = 119891 (120013 λ)

avec

119891 Eacutequation de lrsquoeacutecoulement de puissance

120013 Variables deacutependantes

120582 Facteur de charge

Alors les proprieacuteteacutes de la stabiliteacute instabiliteacute sont eacutevalueacutees en variant lsquolsquolentementrsquorsquo les

paramegravetres Dans ce meacutemoire le paramegravetre utiliseacute pour eacutetudier la proximiteacute du systegraveme de

lrsquoeffondrement de tension est le soi-disant facteur de charge 120582 (120582 isin ℛ) ce qui modifie les

puissances du geacuteneacuterateur et la charge comme suit

(IV1)

1198751198661 = (1 + 120582)(1198751198660 + 119875119878)

1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)

1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)

(IV2)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

84

Avec

1198751198660 Puissance active du geacuteneacuterateur

1198751198710 Puissance active de la charge

119875119878 Fourniture de lrsquooffre (Supply bids)

119875119863 Demande drsquooffre (Demand bids)

Les puissances qui multiplient λ sont appeleacutees les puissances de direction Les eacutequations

(IV2) diffegraverent du modegravele geacuteneacuteralement utiliseacute dans lanalyse du calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) cest-agrave-dire

Ougrave le facteur de charge touche uniquement les variables puissances PS et PD Dans les

diagrammes typiques de bifurcation les tensions sont traceacutees en fonction de λ cest agrave dire la

mesure de la capaciteacute de charge du systegraveme obtenant ainsi les courbes V(p)

Les indices 0 1 et 2 deacutenotent le cas de base le premier point et le deuxiegraveme point de

directions des puissances respectivement

IV 32) Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation

power flow- CPF) [34]

Les techniques du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance sont largement

reconnues comme un outil preacutecieux pour deacuteterminer les courbes V(P) du systegraveme de

puissance et permettent destimer les conditions de chargement maximal et des solutions

laquocritiquesraquo (par exemple saddle-node et limites induites de points de bifurcation) Malgreacute que

les grands systegravemes neacutecessitent un calcul numeacuterique exigeant le CPF nest pas affecteacutee par

des instabiliteacutes numeacuteriques En fait il est capable de deacuteterminer la partie stable et instable des

courbes V(p) et peut fournir des informations suppleacutementaires telles que les facteurs de

sensibiliteacute de la solution actuelle agrave leacutegard des paramegravetres pertinents

Dun point de vue matheacutematique le CPF est une technique dhomotopie et permet

dexplorer la stabiliteacute des eacutequations du systegraveme eacutelectrique en faisant varier un paramegravetre du

systegraveme qui dans les eacutetudes de stabiliteacute statique et dynamique typique de tension est le

paramegravetre de charge λ De maniegravere geacuteneacuterale le CPF consiste en un pas preacutedicteur reacutealiseacute par

le calcul du vecteur tangent et un pas correcteur qui peut ecirctre obtenu soit par lintermeacutediaire

PG2 = (PG0 + λPS)

PL2 = (PL0 + λPD)

PL2 = (PL0 + λPD)

(IV3)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

85

dun parameacutetrage local ou agrave une intersection perpendiculaire

a) Pas preacutedicteur

Au point deacutequilibre geacuteneacuterique p la relation suivante sapplique

Et le vecteur tangent peut ecirctre approximeacute par

Agrave partir de lrsquoeacutequation (IV4) et (IV5) on a

Agrave ce point un pas de grandeur k de controcircle doit ecirctre choisi pour deacuteterminer la quantiteacute Δ120013119901

et Δ120582119901 avec une normalisation afin deacuteviter de grands pas quand 120591119901 est grand

Δ120582119901 ≜ 119896

120591119901 Δ120013119901 ≜

119896 120591119901

120591119901

Ougrave ∙ est la norme euclidienne et 119896 = plusmn1 Le signe de k deacutetermine lrsquoaugmentation ou la

diminution de 120582 La figure (IV3) preacutesente une repreacutesentation graphique du pas preacutedicteur

119891(120013 p λp) = 0 rArr d119891

dλ|

p= D120013 119891|p

d120013

dλ|

p+

d119891

dλ|

p= 0 (IV4)

120591p = d120013

dλ|

p asymp

Δ 120013 p

∆λp

(IV5)

120591119901 = minus D120013 119891|pminus1

part119891

partλ|

p

∆120013p = 120591119901 ∆λp

(IV6)

(IV7)

(120013119901 120582119901)

120591119901

119891(120013 120582) = 0

(120013119875 + ∆120013119875 120582119875 + ∆120582119875)

Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance

pas preacutedicteur obtenu par les moyens de la tangente

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

86

b) Pas correcteur

Pour le pas correcteur lrsquoensemble des eacutequations n+1 est reacutesolu

119891(120013 λ) = 0

120578(120013 λ) = 0

Ougrave la solution de 119891 doit ecirctre dans le collecteur de bifurcation et 120578 est une eacutequation

additionnelle pour garantir un ensemble non singulier au point de bifurcation Pour le choix de

120578 il yrsquoa deux options lrsquointersection perpendiculaire et la parameacutetrisation locale

Dans le cas de lrsquointersection perpendiculaire dont la repreacutesentation est donneacutee par la figure

(IV2) lrsquoexpression de 120578 devient (eacutequation IV9)

Tandis que pour la parameacutetrisation locale soit le paramegravetre 120582 soit la variable 120013119894 est forceacutee

drsquoecirctre une valeur fixe

(120013119901 120582119901)

119891(120013 120582) = 0

(120013119888 120582119888)

(120013119888 minus (120013119875 + ∆120013119875 ) 120582119888 minus (120582119875 + Δ120582119901 ) )

120578 (120013 λ) = [Δ120013p

Δλp]

T

[120013c minus (120013p + Δ120013p)

λc minus (λp minus Δλp)] = 0

ppcx )(

(IV8)

(IV9)

(IV10)

Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas

correcteur obtenu par les moyens dintersection perpendiculaire

P

900

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

87

Ou

pipici xxxx )(

Le choix pour que la variable soit fixe deacutepend du collecteur de bifurcation de 119891 comme

crsquoest preacutesenteacute agrave la figure (IV5)

IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE 39 nœuds

IV41) Preacutesentation du reacuteseau

Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds est un reacuteseau de transport standard IEEE New England

39 nœuds sera utiliseacute pour les diffeacuterents sceacutenarios de nos simulations Ce reacuteseau repreacutesente

une simplification du reacuteseau de transport de la reacutegion Nouvelle Angleterre (nord-est des Etats-

Unis) Il srsquoagit donc drsquoune partie drsquoun reacuteseau reacuteel ameacutericain Ce reacuteseau fonctionne agrave 100

kV et comporte 10 geacuteneacuterateurs (119875119866119905119900119905119886119897119890= 619 Gw 119876119866119905119900119905119886119897119890= 113 Gvar) et 39 nœuds dont

19 nœuds de charge et 48 lignes Un scheacutema complet de ce reacuteseau est preacutesenteacute par la figure

IV6) [36]

Les donneacutees des jeux de barres ainsi que les caracteacuteristiques des branches sont

indiqueacutees dans lrsquoannexe A1

Le reacuteseau de transport IEEE-39 nœuds est constitueacute de 3 reacutegions (figure IV7) Chaque

reacutegion contient des nœuds PV et des nœuds PQ ainsi des geacuteneacuterateurs synchrones

(IV11)

Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas

correcteur obtenu par les moyens de la parameacutetrisation locale

λ

Correcteur

Correcteur

x

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

88

En utilisant la technique du CPF la stabiliteacute de tension est eacutetudieacutee Le comportement du

systegraveme test consideacutereacute avec et sans les dispositifs FACTS sous diffeacuterentes conditions de

charge est eacutetudieacute Lrsquoemplacement des FACTS est deacutetermineacute agrave travers le CPF

Un modegravele classique PQ est utiliseacute pour les charges Les limites des geacuteneacuterateurs sont

ignoreacutees Lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension est effectueacutee en commenccedilant agrave partir dun point

de fonctionnement stable initiale et en augmentant ensuite les charges par le facteur 120582 jusqursquoagrave

atteindre le point de singulariteacute de la lineacutearisation de lrsquoeacutecoulement de puissance

Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

89

Lorganigramme de la stabiliteacute de tension avec les FACTS en utilisant la meacutethode CPF

est illustreacute par la figure (IV8)

De la figure (IV8) on peut observer que les eacutequations des dispositifs FACTS sont

ajouteacutees dans les eacutequations de lrsquoeacutecoulement de puissance Les nouvelles eacutequations de

lrsquoeacutecoulement de puissance sont ensuite utiliseacutees dans le pas correcteur du processus CPF

Zone I

Noeuds (PQ) 4 5 6

7 8 910 11 12 13

14

Noeuds (PV) 31 32 39

Zone II

Noeuds(PQ) 1 2 3 17 18 25 26

27

Noeuds(PV) 3037

Zone III

Noeuds (PQ) 15 16 19 20 21 22 23 24

28 29

Noeuds (PV) 3334353638

Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds

Reacuteseau IEEE 39-nœuds

Geacuteneacuterateurs synchrones

30 31323334353637

3839

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

90

IV5) Emplacement du STATCOM

Fixer le nombre des points du CPF

Reacutesoudre les eacutequations de

lrsquoeacutecoulement de puissance de

charge avec les FACTS

Reacutesoudre les eacutequations de

lrsquoeacutecroulement de charge avec les

FACTS

Nombres des points de CPF

Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS

Lire les donneacutees

Pas preacutedicteur dans la meacutethode

CPF

Creacuteer les eacutequations de lrsquoeacutecoulement

de puissance avec les eacutequations du

FACTS

La courbe PV

complegravete

Fin

Deacutebut

Pas correcteur dans la meacutethode

CPF

Non

Oui

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

91

IV5) Emplacement du STATCOM

Drsquoapregraves le profil de tension (figure IV9) ainsi une preacutesentation des nœuds critiques sur

la figure (IV10) et leurs courbes V(p) obtenues par la meacutethode du CPF illustreacutee aux figures

(IV11 IV12 IV13) nous implanterons le STATCOM sur le nœud de charge le plus fragile

du reacuteseau de transport Le point de chargement maximal ou le point de bifurcation quand la

matrice jacobienne est singuliegravere survient agrave 120640=22806 pu

Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone

Reacuteseau IEEE 39-nœuds

Zone I

Les noeuds fragiles

875641214

le noeud le plus critique 8

Zone II

Les noeuds fragiles

3181727

le noeud le plus critique 3

Zone III

Les noeuds fragiles

1516242128

le noeud le plus critique 15

Figure IV9 Profil des tensions du reacuteseau IEEE 39-nœuds

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

92

Le calcul du CPF sur le reacuteseau seul (crsquoest ndash agrave dire sans y inseacuterer le STATCOM) a

montreacute que le nœud concerneacute est le nœud 8 de la zone 1

IV51) Impact du STATCOM

Apregraves la deacutetermination du nœud fragile du reacuteseau consideacutereacute et qui a besoin drsquoecirctre

soutenus les valeurs nominales (the ratings) du STATCOM doivent ecirctre choisies il est agrave

Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de

base)

0 05 1 15 2 25

065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

X 228

Y 07822

Lambda(pu)

Tensio

ns(pu)

Zone 3

V15

V16

V21

V24

V28

Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme

(eacutetat de base)

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

115

12

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu

)

Zone 2

V3

V17

V18

V27

Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1

du systegraveme (eacutetat de base)

0 05 1 15 2 250

02

04

06

08

1

12

14

X 228

Y 06766

Lambda (pu)

Tensio

ns(p

u)

Zone 1

V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

93

preacutevoir que par lintroduction du STATCOM aux nœuds critiques le profil de tension sera

plat et le facteur de charge du systegraveme va augmenter

Les gestionnaires des reacuteseaux eacutelectriques imposent une toleacuterance de plusmn 5 sur la tension

du reacuteseau de transport pour garantir une qualiteacute de distribution de lrsquoeacutelectriciteacute Nous

prendrons donc 119880119898119894119899 = 095pu et 119880119898119886119909 = 105 pu (soit respectivement 95KV et 105 KV

pour notre reacuteseau de transport de 100KV nominal) On obtient les valeurs nominales de la

puissance reacuteactive du STATCOM par [21]

119876119898119886119909 = 119868119871119898119886119909 lowast 119880119898119886119909

Et

119876119898119898119894119899 = 119868119888119898119886119909 lowast 119880119898119894119899

Drsquoougrave 119883119878119871 = 119880max minus 119880119898119894119899

119868119871119898119886119909minus 119868119888119898119886119909

Avec

119868119871119898119886119909 Courant inductif maximum

119868119888119898119886119909 Courant capacitif maximum

119880119898119886119909 119880119898119894119899 tension limites en reacutegulation

119883119878119871 ∶ Pente de la caracteacuteristique statique dans la zone de fonctionnement en reacutegulation

Quand le STATCOM est connecteacute au nœud 8 on observe drsquoapregraves la figure (IV14) que

les nœuds les plus fragiles de la zone 1 ont un profil de tension plus plat que lrsquoeacutetat de base et

introduire le STATCOM va augmenter le facteur de charge agrave la valeur maximale Comme

attendu le point de bifurcation pour le STATCOM placeacute au nœud 8 survient agrave une valeur de

charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 231 pu Sa puissance reacuteactive capacitive calculeacutee drsquoapregraves les

eacutequations IV12 et IV13 est de ndash 380 Mvar + 420 Mvar pour une puissance de base de

100MVA

(IV12)

(IV13)

(IV14)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

94

IV511) Profils des tensions et les pertes de puissances dans le

systegraveme

Les profils des tensions du cas de base et du systegraveme avec le STATCOM sont illustreacutes

agrave la figure (IV15) Il est eacutevident agrave partir de cette figure que le STATCOM fournit un meilleur

profil de tension au point drsquoeffondrement de tension compareacute agrave lrsquoeacutetat de base Cela est ducirc au

fait que le STATCOM est installeacute au nœud le plus faible

Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV16)

et la figure (IV17) respectivement Lrsquoaugmentation des pertes au voisinage du point

drsquoeffondrement est faible dans le cas du STATCOM placeacute au nœud 8

Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Ten

sion

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 8

Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

X 2315

Y 07441

Lambda(pu)

Tensio

ns(p

u

Zone STATCOM au 8

V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

95

La figure (IV18) illustre le paramegravetre de charge pour diffeacuterents emplacements du

STATCOM sur les nœuds les plus critiques des 3 zones selon les courbes V(p) des figures

(IV11 IV12 et IV13)

Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives

avec STATCOM au nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Zone 1 avec STATCOM au noeud 8

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 8

Figure IV17 Profils de pertes de

puissances reacuteactives avec STATCOM au

nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 1 avec STATCOM au noeud 8

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 8

Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM

[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

225

226

227

228

229

23

231

232

233

234

Base STATACOM aunœud 08

STATACOM aunœud 03

STATACOM aunœud 15

22806

23164232

234

Paramegravetre de charge(pu)

Paramegravetre decharge(pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

96

Puisque notre but agrave travers la recherche de lrsquoemplacement ideacuteal du dispositif

STATCOM est drsquoaugmenter la stabiliteacute de tension c-agrave-d maximiser le facteur de charge 120582 du

systegraveme tous en controcirclant la tension et minimisant les pertes des puissances actives et

reacuteactives nous placcedilons le mecircme STATCOM sur ces diffeacuterents nœuds fragiles et nous

observons lrsquoimpact qursquoil peut apporter

Le STATCOM placeacute sur le nœud 3 de la zone 2 et le nœud 15 de la zone 3 offre le

maximum du facteur de charge (voir figure IV18)

Les courbes V(p) avec le STATCOM sur les nœuds 3 et 15 sont illustreacutes sur les figures

(IV19) et (IV20) ainsi leurs profils des tensions sont illustreacutes sur les figures (IV21) et

(IV22)

Drsquoapregraves ces figures on constate une leacutegegravere ameacutelioration de tension sur les nœuds 2 3 et

4 pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3

Pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 15 on remarque sur les profils des

tensions une leacutegegravere baisse de tension sur les nœuds 5 6 7 8 9 11 et 13 et une ameacutelioration

pour les nœuds 15 16 17 18 et 20

Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au

nœud 03

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

115

12

Lambda(pu)

Tensio

n (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

X 2325

Y 08385

V3

V17

V18

V27

Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au

nœud 15

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

X 234

Y 07461

Lambda(pu)

Tensio

ns(p

u)

Zone 3 avec STATCOM au noeud 15

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

97

Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV23)

et la figure (IV24) respectivement pour le STATCOM au nœud 3 et les figures (IV25) et

(IV26) pour le STATCOM au nœud 15 Lrsquoaugmentation des pertes actives et reacuteactives au

voisinage du point drsquoeffondrement est grande dans le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3

et 15 presque pour tous les nœuds

Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme

avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 3

Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme

avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns(p

u)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 15

Figure IV23 Profils de pertes de puissances

actives avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 03

Figure IV24 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 03

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

98

IV512) Synthegravese

Les diffeacuterents emplacements du STATCOM preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE

39 nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV27) et

(IV28) syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du STATCOM Notre choix du nœud 8

comme un nœud fragile qui avait besoin drsquoecirctre soutenu est raisonnable vu lrsquoapport qursquoil a

fourni (figure IV28)

Figure IV25 Profils de pertes de puissance actives

avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 15

Figure IV26 Profils de pertes de puissance

reacuteactives avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 3 avec STATCOM au noeud 15

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 15

Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les

diffeacuterents emplacements du STATCOM [Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

0

20

40

60

80

100

Base STATCOMau 08

STATCOMau 03

STATCOMau 15

404 354 418 415

895298

738

9261 9249

Pertes de puissancesactives (pu)

Pertes de puissancesreacuteactives (pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

99

IV6) Emplacement du SSSC

Comme nous lrsquoavons deacutejagrave signaleacute dans le chapitre 2 Un SSSC fonctionne sans la

preacutesence drsquoune source de tension externe Il opegravere comme une source de tension en seacuterie agrave la

ligne Cette source geacutenegravere une tension en quadrature avec et controcircleacutee seacutepareacutement du courant

qui passe agrave travers la ligne dont le but drsquoaugmenter ou de diminuer la tension injecteacute en seacuterie

dans la ligne et par conseacutequence controcircler le flux de puissance qui passe agrave travers la ligne

Son fonctionnement est similaire agrave une compensation seacuterie par un condensateur Si on

eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant de la ligne on obtient le mecircme

reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un condensateur

119880119902 = minus119895 119883119888119868

Avec

119883119888 Reacuteactance capacitive du condensateur

(IV15)

Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du STATCOM

[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

07846081614

073999

0

02

04

06

08

1

12

1 5 10 15 20 25 30 35

Zone 1 (08)

Zone 2 (03)

Zone 3 (15)

Base

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

100

Mais comme le SSSC est une source de tension il peut alors maintenir une tension

constante puisque il la controcircle indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC

peut augmenter ou diminuer le flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant

la tension injecteacutee en seacuterie agrave la ligne

Dans nos simulations nous avons reacutegleacute la tension injecteacutee entre ses limites ainsi le taux de

compensation du SSSC

IV61) Impact du SSSC

Drsquoapregraves la figure (IV6) et la figure (IV9) le nœud 8 le plus fragile est alimenteacute par trois

lignes 8-5 8-7 et 8-9 Donc pour seacutelectionner lrsquoemplacement du SSSC nous allons nous baser

sur lrsquoaugmentation maximale de la puissance au point de lrsquoeffondrement [34] Les figures

(IV29) et (IV30) montrent clairement que les puissances actives et reacuteactives sur la ligne 15

(8-9) sont maximales au point de lrsquoeffondrement de tension

Apregraves lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 15 les figures (IV31) (IV32) et (IV33)

montrent les courbes V(p) des 3 zones le point de bifurcation pour le SSSC inseacutereacutee sur la

ligne 15 survient agrave une valeur de charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 239 pu Nous pouvons

remarquer que les courbes V(p) gardent toujours la partie infeacuterieure (partie instable) de la

courbe

Figure IV29 Puissances actives

maximales au point drsquoeffondrement

0 05 1 15 2-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Lambda (pu)

Puis

sance a

ctives (

pu

X 228

Y -08897

X 228

Y 4079

X 228

Y 7041

PBUS05 BUS08

PBUS07 BUS08

PBUS08 BUS09

Figure IV30 Puissances reacuteactives

maximales au point drsquoeffondrement

0 05 1 15 2-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

Lambda (pu)

Puis

sances r

eacuteactives(p

u)

X 228

Y 1762

X 228

Y -05669

X 228

Y -4221

QBUS05 BUS08

QBUS07 BUS08

QBUS08 BUS09

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

101

Les profils des tensions des pertes actives et reacuteactives sont illustreacutes sur les figures

(IV34) (IV35) (IV36) respectivement

Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC

sur la ligne 15

0 05 1 15 2 25065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

115

X 239

Y 07389

Lambda (pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 2 avec SSSS sur la ligne 15

V3

V17

V18

V27

Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec

SSSC sur la ligne 15

0 05 1 15 2 250

02

04

06

08

1

12

14

X 239

Y 06732

Lambda(pu)

Tensio

n(p

u)

Zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15

0 05 1 15 2 2505

06

07

08

09

1

11

12

X 239

Y 06487

Lambda (pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 avec SSSC sur la ligne 15

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

102

Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tens

ions

(pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 15

Figure IV35 Profils de pertes de

puissances actives avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 15

Figure IV36 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

103

Drsquoapregraves ces reacutesultats nous pouvons conclure que le SSSC inseacutereacute sur la ligne 15 de la

zone 1 nrsquoa pas ameacutelioreacute les profils de tension les pertes actives et reacuteactives au point

drsquoeffondrement de tension

Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion pour le SSSC nous allons le placeacute dans

la zone 3 ougrave se trouve le 2egraveme nœud fragile drsquoapregraves la courbe de la figure IV9 qui est le nœud

15

Nos simulations nous en permettent de trouver 2 situations critiques lors de

lrsquoeffondrement de tension sur la ligne 45 (22- 35) et la ligne 48 (29- 38) leurs puissances

actives et reacuteactives au point drsquoeffondrement sont illustreacutees par les figures (IV37) et (IV38)

IV611) SSSC inseacutereacute sur la ligne 45

Nous avons inseacutereacute le SSSC sur la ligne 45 entre le nœud 22 et le nœud 35 la courbe

V(p) de la zone 3 (zone drsquoinsertion du SSSC) les profils de tensions les pertes actives et

reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV39) (IV40) (IV41) et (IV42) respectivement

Figure IV37 Puissances actives

maximales au point drsquoeffondrement de la

zone 3

0 05 1 15 2-20

-15

-10

-5

0

5

X 228

Y -1513

Lambda (pu)

Puis

sances a

ctives (

pu)

Zone 3 Etat de base

X 228

Y -1895

PBUS22 BUS35

PBUS29 BUS38

Figure IV38 Puissances reacuteactives

maximales au point drsquoeffondrement de la

zone 3

0 05 1 15 2-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

X 2281

Y -3841

Lambda (pu)

puis

sances r

eacuteactives (

pu)

Zone 3 Etat de base

X 2281

Y -945Q

BUS22 BUS35

QBUS29 BUS38

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

104

Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 45 les profils des tensions sont meilleurs par apport

agrave ceux du SSSC sur la ligne 15 de la zone 1

IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48

Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion du SSSC sur notre reacuteseau de transport

nous allons lrsquoinseacutereacute sur la ligne 48 entre le nœud 29 et le nœud 38 la courbe V(p) les profils

de tensions les pertes actives et reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV43) (IV44)

(IV45) et (IV46) respectivement

Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme

avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV41 Profils de pertes de puissances

actives avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV42 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec

SSSC sur la ligne 45

0 05 1 15 2 25065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

115

X 234

Y 07265

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 SSSC sur la ligne 45

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

105

Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 les profils des tensions ne sont pas meilleurs

par apport au cas du SSSC sur la ligne 45 mais pour les pertes reacuteactives lrsquoinsertion sur la

ligne 48 est meilleure que pour lrsquoinsertion sur la ligne 45

Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec

SSSC sur la ligne 48

0 05 1 15 2 25

065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

X 2306

Y 0704

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 avec SSSC sur la ligne 48

V15

V16

V21

V24

V28

Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme

avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 48

Figure IV46 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Petes reacuteactiv

es (pu)

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48

Figure IV45 Profils de pertes de puissances

actives avec SSSC sur la ligne 48

Figure (IV45) Profils de pertes de puissance

actives avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pertes activ

es (pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 48

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

106

IV613) Synthegravese

Les diffeacuterents emplacements du SSSC preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE 39

nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV47) et (IV48)

syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du SSSC

Lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 45 de la zone 3 nous a fourni des meilleurs reacutesultats au

point drsquoeffondrement

Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC

[Extrait de lrsquoannexe B1 B3]

222

224

226

228

23

232

234

236

238

24

Base SSSC agrave laligne 15

SSSC agrave laligne 45

SSSC agrave laligne 48

22806

239

234

23

Paramegravetre de charge(pu)

Paramegravetre de charge(pu)

Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents

emplacements du SSSC [Extrait de lrsquoannexe B1 B3]

0

20

40

60

80

100

120

Base SSSC agrave laligne 15

SSSC agrave laligne 45

SSSC agrave laligne 48

404 466 402 363

89529810482

8381 8211

Pertes Actives (pu)

Pertes Reactives (pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

107

IV7) Conclusion

Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre une eacutetude de lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute des

reacuteseaux eacutelectriques en y inseacuterant deux systegravemes FACTS le STATCOM (Static Synchronous

Compensator) et le SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Le reacuteseau utiliseacute pour

les simulations est le reacuteseau de transport IEEE_39 nœuds Lrsquoanalyse des performances du

reacuteseau porte sur le support du profil de tension lrsquoaugmentation de la stabiliteacute en tension et la

diminution des pertes actives et reacuteactives et ce pour lrsquoeffondrement de tension Le

programme utiliseacute est un logiciel de calcul drsquoeacutecoulement de puissance (PF) et le calcul

continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) [PSAT]

Les tests effectueacutes ont montreacute plusieurs reacutesultats inteacuteressants Tout drsquoabord le systegraveme

FACTS shunt (le STATCOM) assure une stabilisation globale du reacuteseau En effet dans tous

les cas le STATCOM tend soit agrave stabiliser tous les nœuds soit en agrave stabiliser certains sans

affecter les autres En tout eacutetat de cause ce systegraveme nrsquoa jamais deacutestabiliseacute un nœud quel qursquoil

soit En fait le STATCOM ameacuteliore les performances du reacuteseau eacutelectrique (surtout en termes

de stabiliteacute et de soutien de tension) en fournissant de la puissance reacuteactive dans la zone de

charge Ceci doit ecirctre nuanceacute en ce qui concerne le compensateur seacuterie Si celui ndashci peut avoir

un bon comportement local crsquoest-agrave-dire dans la zone ougrave il est implanteacute en augmentant le

paramegravetre de charge il peut deacutestabiliser certains nœuds du reacuteseau Cette deacutestabilisation risque

drsquoecirctre importante Pour ecirctre efficace un SSSC doit ecirctre implanteacute sur une ligne preacutesentant des

puissances maximales au point drsquoeffondrement

Les reacutesultats obtenus pour la stabiliteacute de tension restent valables pour le support du

profil de tension On peut toutefois noter que la stabiliteacute drsquoun nœud ne deacutepend pas

uniquement de son niveau de tension crsquoest-agrave-dire qursquoun nœud agrave tension eacuteleveacutee peut malgreacute

tout ecirctre instable

Gracircce agrave lrsquoinsertion de ces deux systegravemes FACTS on pourra suivant les cas eacuteviter un

effondrement de tension du reacuteseau Les FACTS ont donc un apport beacuteneacutefique en termes de

seacutecuriteacute du reacuteseau

108

Conclusion geacuteneacuterale

Conclusion geacuteneacuterale

109

Le deacuteveloppement de leacutelectronique de puissance a permet dameacuteliorer la gestion des

reacuteseaux eacutelectriques en introduisant un nouveau concept par les systegravemes de transmission de

leacutenergie agrave courant alternatif flexible appeleacutee FACTS avec lesquels le controcircle du flux de

puissance active et reacuteactive ainsi que laugmentation des capaciteacutes de charge des lignes sont

atteints et performeacutes par linjection des tension (ou courant) des convertisseur conccedilus avec des

interrupteurs statiques modernes commandeacutees en ouverture et en fermeture tels que les GTO

IGBT concernant la nouvelle geacuteneacuteration de ces systegravemes FACTS

Dans le contexte de lrsquoinsertion des systegravemes FACTS dans les reacuteseaux eacutelectriques nous

avons orienteacute nos travaux vers lrsquoeacutetude de la stabiliteacute de tension en reacutegime statique

speacutecialement lrsquoemplacement optimal des dispositifs FACTS en utilisant le calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance

Nous avons dans ce cadre choisi drsquoeacutetudier le comportement de deux dispositifs FACTS

qui sont

le Compensateur Statique Synchrone le STATCOM (Static Synchronous

Compensator)

le Conpensateur statique seacuterie synchrone le SSSC (Static Synchronous Series

Compensator

Ces dispositifs ont eacuteteacute choisis comme base de deacutepart en vue de lrsquoeacutetude ulteacuterieure de

systegravemes FACTS plus complexes

Lrsquoimpact des systegravemes FACTS sur lrsquoeffondrement de tension a eacuteteacute meneacute agrave bien agrave lrsquoaide

de deux logiciels le PSAT et le MATLAB et deux modegraveles FACTS ont eacuteteacute utiliseacutes Pour les

simulations statiques nous avons utiliseacute le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds le facteur de

charge a eacuteteacute calculeacute par la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF)

Cette technique a montreacute ses capaciteacutes agrave surmonter les problegravemes de la singulariteacute de la

matrice jacobienne rencontreacutes dans les algorithmes standards de calcul de lrsquoeacutecoulement de

puissance

Les simulations statiques ont montreacute lrsquoapport incontestable des FACTS dans

lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute de tension Le systegraveme FACTS shunt le STATCOM stabilise le

reacuteseau de faccedilon globale alors que le SSSC a un meilleur comportement local Lrsquoimplantation

Conclusion geacuteneacuterale

110

du SSSC doit ecirctre faite sur une ligne preacutesentant des puissances maximales au point de

lrsquoeffondrement Ces reacutesultats sont eacutegalement valables en ce qui concerne le support du profil

de tension Les FACTS ameacuteliorent le niveau de seacutecuriteacute du reacuteseau car on pourra gracircce agrave leur

insertion et suivant les cas eacuteviter lrsquoeffondrement de tension

Nous pouvons maintenant eacutenoncer quelques perspectives ayant pour objectif de

compleacuteter ce que nous avons preacutesenteacute dans ce rapport de meacutemoire

bull Comparaison entre tous les types des FACTS et leur impact sur le pheacutenomegravene de

lrsquoeffondrement de tension

bull Lorsque les compensations shunt et seacuterie seront bien connues nous pourrons alors nous

inteacuteresser aux deacutephaseurs commandeacutes par thyristors et agrave lrsquoUPFC le compensateur

universel qui reacuteunit agrave lui seul les fonctions FACTS de compensation shunt et seacuterie et de

deacutephasage

bull Pour les besoins de la deacutetermination de lrsquoemplacement optimal des FACTS nous

proposons pour un futur travail de deacutevelopper un programme baseacute sur les meacutethodes

heuristiques qui simule lrsquoemplacement optimal des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique

bull Le raccordement des eacutenergies renouvelables aux reacuteseaux intelligents dits laquosmart

gridsraquo lrsquoun des deacutefis des eacutenergies renouvelables telles que lrsquoeacuteolien ou le solaire reacuteside

dans le risque drsquointerruption de leur production dont la stabiliteacute est menaceacutee par leur

caractegravere aleacuteatoire Les systegravemes FACTS apportent une solution agrave ce problegraveme de

capaciteacute et de stabiliteacute du reacuteseau lequel integravegre une part croissante deacutenergie

renouvelable

111

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112

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13 Juin 2009

115

Annexes

116

117

A Donneacutees du reacuteseau IEEE 39 nœuds

Lines Power

rating

(MVA)

Voltage

Rating

(kV)

Frequence

rating

(Hz)

Trnasfo-

magnitude

Resistance

(pu)

Reactance

(pu)

Supstance

1-2 100 100 60 000000 000350 004110 069870

1-39 100 100 60 000000 00010 002500 075000

1-39 100 100 60 000000 000200 005000 037500

2-3 100 100 60 000000 000130 001510 025720

2-25 100 100 60 000000 000700 000860 014600

3-4 100 100 60 000000 000130 002130 022140

3-18 100 100 60 000000 000110 001330 021380

4-15 100 100 60 000000 000080 001280 013420

4-14 100 100 60 000000 000080 001290 013820

5-6 100 100 60 000000 000020 000260 004340

5-8 100 100 60 000000 000080 001120 014760

6-7 100 100 60 000000 000060 000920 011300

6-11 100 100 60 000000 000070 000820 013890

7-8 100 100 60 000000 000040 000460 007800

8-9 100 100 60 000000 000230 003630 038040

9-39 100 100 60 000000 000100 002500 120000

10-11 100 100 60 000000 000040 000430 007290

10-13 100 100 60 000000 000040 000430 007290

13-14 100 100 60 000000 000090 001010 017230

14-15 100 100 60 000000 000180 002170 036600

15-16 100 100 60 000000 000090 000940 017100

16-17 100 100 60 000000 000070 000890 013420

16-19 100 100 60 000000 000160 001950 030400

16-21 100 100 60 000000 000080 001350 025480

16-24 100 100 60 000000 000030 000590 006800

17-18 100 100 60 000000 000070 000820 013190

17-27 100 100 60 000000 000130 001730 032160

21-22 100 100 60 000000 000080 001400 025650

22-23 100 100 60 000000 000060 000960 018460

23-24 100 100 60 000000 000220 003500 036100

25-26 100 100 60 000000 000320 003230 051300

26-27 100 100 60 000000 000140 001470 023960

26-28 100 100 60 000000 000430 004740 078020

26-29 100 100 60 000000 000570 006250 102900

28-29 100 100 60 000000 000140 001510 024900

2-30 100 100 60 102500 000000 001810 000000

6-31 100 100 60 107000 000000 002500 000000

6-31 100 100 60 107000 000000 005000 000000

10-32 100 100 60 107000 000000 002000 000000

12-11 100 100 60 100600 000160 004350 000000

12-13 100 100 60 100600 000160 004350 000000

19-20 100 100 60 106000 000070 001380 000000

19-33 100 100 60 107000 000070 001420 000000

20-34 100 100 60 100900 000090 001800 000000

22-35 100 100 60 102500 000000 001430 000000

23-36 100 100 60 100000 000050 002720 000000

25-37 100 100 60 102500 000060 002320 000000

29-38 100 100 60 102500 000080 001560 000000

118

Ndeg du geacuteneacuterateur

H (sec)

119877119886 119883prime119889 119883prime119902 119883119889 119883119902 119879prime119889119900 119879prime119902119900 119883119897

1 50000 0 00006 0008 002 0019 7 07 0003

2 303 0 00697 0170 0295 0282 656 15 0035

3 353 0 00531 00876 02495 0237 57 15 00304

4 286 0 00436 0166 0262 0258 569 15 00295

5 260 0 0132 0166 067 062 54 044 0054

6 348 0 005 00814 0254 0241 73 04 00224

7 264 0 0049 0186 0295 0292 566 15 00322

8 243 0 0057 00911 02920 0280 67 041 0028

9 345 0 0057 00587 02106 0205 479 196 00298

10 420 0 0031 0008 01 0069 102 0 00125

Ndeg du geacuteneacuterateur

119870119860 119879119860 119881119877119872119868119873 119881119877119872119860119883 119870119864 119879119864 119870119865 119879119865 1198621 1198622

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2 62 005 -10 10 -0633 0405 057 05 066 088

3 50 006 -10 10 -00198 05 008 10 013 034

4 50 006 -10 10 -00525 05 008 10 008 0314

5 400 002 -100 -100 -10 0785 003 10 007 091

6 50 002 -10 10 -00419 0417 00754 1246 0064 0251

7 400 002 -65 65 -10 073 003 10 053 074

8 50 002 -10 10 -0047 0528 00854 126 0072 0282

9 400 002 -105 105 -10 14 003 10 062 085

10 50 006 -10 10 -00485 025 004 1 008 026

Annexe A1 Donneacutees du reacuteseau IEEE 39-nœud

119

B Reacutesultats du power flow avec le PSAT

POWER FLOW REPORT

P S A T 219

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail federicomilanoucdie

website faraday1ucdiepsathtml

File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeb_d_Ieee39

Date 09-Jun-2017 153332

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 337

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

120

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 098837 -066635 0 0 0 0

BUS02 091007 -052232 0 0 0 0

BUS03 077924 -068701 0 0 73428 005473

BUS04 065385 -074122 0 0 114019 41959

BUS05 066496 -062088 0 0 0 -044217

BUS06 067682 -055724 0 0 0 0

BUS07 063518 -07578 0 0 53315 19155

BUS08 063731 -080455 0 0 119035 40135

BUS09 088016 -076257 0 0 0 0

BUS10 072414 -036303 0 0 0 0

BUS11 070043 -042663 0 0 0 0

BUS12 063569 -043042 0 0 019383 20067

BUS13 070204 -042245 0 0 0 0

BUS14 067659 -057193 0 0 0 0

BUS15 069422 -062942 0 0 72972 3489

BUS16 076104 -052743 0 0 75116 073656

BUS17 076356 -060644 0 0 0 0

BUS18 076264 -066831 0 0 3603 068411

BUS19 091709 -024485 0 0 0 0

BUS20 089167 -031561 0 0 155065 23488

BUS21 077199 -035331 0 0 62482 26224

BUS22 088171 -006877 0 0 0 0

BUS23 086321 -008056 0 0 56439 19292

BUS24 07756 -051796 0 0 70372 -21025

BUS25 093695 -045068 0 0 5108 10763

BUS26 083005 -050209 0 0 31697 038766

121

BUS27 077377 -062834 0 0 64079 17217

BUS28 086833 -029065 0 0 46976 062938

BUS29 090865 -013955 0 0 64649 061342

BUS30 10475 -04087 58254 95686 0 0

BUS31 098193 0 133488 175863 020979 01049

BUS32 098303 010972 151461 187014 0 0

BUS33 099716 -000678 147267 10807 0 0

BUS34 10123 -008336 118373 79733 0 0

BUS35 10492 017356 151459 157144 0 0

BUS36 10635 031043 13049 101381 0 0

BUS37 10278 -013919 125829 6659 0 0

BUS38 10265 018789 193404 113176 0 0

BUS39 103 -074024 233017 127501 251753 57009

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -07402

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 000039

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098206

e1d_Syn_2 000015

delta_Syn_3 011009

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098313

e1d_Syn_3 000028

delta_Syn_4 -00064

omega_Syn_4 1

122

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000032

delta_Syn_5 -008265

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000057

delta_Syn_6 017388

omega_Syn_6 1

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 031077

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 00003

delta_Syn_8 -013886

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000027

delta_Syn_9 018826

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000028

delta_Syn_10 -040867

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

123

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098193

vr1_Exc_2 10001

vr2_Exc_2 -1179

vf_Exc_2 098246

vm_Exc_3 098303

vr1_Exc_3 10012

vr2_Exc_3 -07868

vf_Exc_3 09835

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079795

vf_Exc_4 099744

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030385

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10492

vr1_Exc_6 10706

vr2_Exc_6 -067176

vf_Exc_6 10496

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10855

vr2_Exc_7 -031913

vf_Exc_7 10638

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073425

vf_Exc_8 1028

124

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57287

tg2_Tg_2 57287

tg3_Tg_2 43538

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

125

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

tg3_Tg_10 19

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 233017

p_Syn_1 233017

q_Syn_1 127501

vf_Syn_2 098246

pm_Syn_2 133489

p_Syn_2 133488

q_Syn_2 175863

vf_Syn_3 09835

pm_Syn_3 151461

p_Syn_3 151461

q_Syn_3 187014

vf_Syn_4 099744

pm_Syn_4 147267

p_Syn_4 147267

q_Syn_4 10807

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 118373

126

p_Syn_5 118373

q_Syn_5 79733

vf_Syn_6 10496

pm_Syn_6 151462

p_Syn_6 151459

q_Syn_6 157144

vf_Syn_7 10638

pm_Syn_7 13049

p_Syn_7 13049

q_Syn_7 101381

vf_Syn_8 1028

pm_Syn_8 125829

p_Syn_8 125829

q_Syn_8 6659

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 193404

p_Syn_9 193404

q_Syn_9 113176

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 58254

p_Syn_10 58254

q_Syn_10 95686

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

127

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -29402 20187 005093 -003257

BUS01 BUS39 2 14701 -10093 000582 -023653

BUS01 BUS39 3 14701 -10093 000582 -023653

BUS02 BUS03 4 83713 76933 020549 22022

BUS02 BUS25 5 -5537 18564 029017 023195

BUS03 BUS04 6 15723 44591 004916 069085

BUS03 BUS18 7 -07493 097723 000298 -0091

BUS04 BUS05 8 -40818 -009527 003119 044062

BUS04 BUS14 9 -57969 -033235 006305 095555

BUS05 BUS06 10 -111502 -18364 005774 073114

128

BUS05 BUS08 11 70371 17427 00953 12716

BUS06 BUS07 12 95297 33531 01339 20045

BUS06 BUS11 13 -75986 -083911 008922 097932

BUS07 BUS08 14 40642 -056691 001668 016022

BUS08 BUS09 15 -091415 -42695 010425 14208

BUS09 BUS39 16 -10184 -56903 003659 -018671

BUS10 BUS11 17 7823 34845 005605 056551

BUS10 BUS13 18 73231 32305 004896 048928

BUS13 BUS14 19 71513 16135 00984 10223

BUS14 BUS15 20 1193 -069671 000707 -008669

BUS15 BUS16 21 -61113 -4099 010049 095887

BUS16 BUS17 22 51209 -045295 00319 032762

BUS16 BUS19 23 -102938 -39142 033316 38445

BUS16 BUS21 24 -75106 041206 007824 11706

BUS16 BUS24 25 -10399 -18394 000228 00046

BUS17 BUS18 26 43783 -019098 002304 019313

BUS17 BUS27 27 071071 -058958 000167 -016774

BUS21 BUS22 28 -13837 -3381 027167 4578

BUS22 BUS23 29 10372 15681 000291 -009404

BUS23 BUS24 30 83187 33043 023923 35628

BUS25 BUS26 31 15326 27558 004095 001147

BUS26 BUS27 32 57848 2892 008598 07485

BUS26 BUS28 33 -3195 -031065 006372 013951

BUS26 BUS29 34 -42678 -022476 015083 087458

BUS28 BUS29 35 -79563 -10795 011934 10905

BUS02 BUS30 36 -58254 -74984 0 20702

BUS06 BUS31 37 -65695 -25408 0 61999

BUS06 BUS31 38 -65695 -25408 0 61999

BUS10 BUS32 39 -151461 -6715 0 119864

129

BUS12 BUS11 40 -007516 -099262 000397 010795

BUS12 BUS13 41 -011868 -10141 000418 011357

BUS19 BUS20 42 38649 -17168 001672 032972

BUS19 BUS33 43 -144918 -60419 02349 47652

BUS20 BUS34 44 -116584 -43953 01789 3578

BUS22 BUS35 45 -151459 -95271 0 61873

BUS23 BUS36 46 -129283 -35713 012071 65668

BUS25 BUS37 47 -124678 -22077 011512 44514

BUS29 BUS38 48 -189592 -38828 038127 74347

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 29911 -20513 005093 -003257

BUS39 BUS01 2 -14643 077281 000582 -023653

BUS39 BUS01 3 -14643 077281 000582 -023653

BUS03 BUS02 4 -81658 -54911 020549 22022

BUS25 BUS02 5 58272 -16244 029017 023195

BUS04 BUS03 6 -15231 -37683 004916 069085

BUS18 BUS03 7 075229 -10682 000298 -0091

BUS05 BUS04 8 4113 053589 003119 044062

BUS14 BUS04 9 58599 12879 006305 095555

BUS06 BUS05 10 112079 25676 005774 073114

BUS08 BUS05 11 -69418 -047112 00953 12716

BUS07 BUS06 12 -93958 -13486 01339 20045

BUS11 BUS06 13 76878 18184 008922 097932

BUS08 BUS07 14 -40476 072713 001668 016022

130

BUS09 BUS08 15 10184 56903 010425 14208

BUS39 BUS09 16 1055 55035 003659 -018671

BUS11 BUS10 17 -77669 -2919 005605 056551

BUS13 BUS10 18 -72742 -27412 004896 048928

BUS14 BUS13 19 -70529 -059119 00984 10223

BUS15 BUS14 20 -11859 061002 000707 -008669

BUS16 BUS15 21 62118 50579 010049 095887

BUS17 BUS16 22 -5089 078056 00319 032762

BUS19 BUS16 23 106269 77587 033316 38445

BUS21 BUS16 24 75888 075852 007824 11706

BUS24 BUS16 25 10422 1844 000228 00046

BUS18 BUS17 26 -43553 038412 002304 019313

BUS27 BUS17 27 -070903 042184 000167 -016774

BUS22 BUS21 28 141087 7959 027167 4578

BUS23 BUS22 29 -10343 -16621 000291 -009404

BUS24 BUS23 30 -80794 025853 023923 35628

BUS26 BUS25 31 -14917 -27443 004095 001147

BUS27 BUS26 32 -56988 -21435 008598 07485

BUS28 BUS26 33 32587 045016 006372 013951

BUS29 BUS26 34 44187 10993 015083 087458

BUS29 BUS28 35 80756 21701 011934 10905

BUS30 BUS02 36 58254 95686 0 20702

BUS31 BUS06 37 65695 87407 0 61999

BUS31 BUS06 38 65695 87407 0 61999

BUS32 BUS10 39 151461 187014 0 119864

BUS11 BUS12 40 007913 11006 000397 010795

BUS13 BUS12 41 012285 11277 000418 011357

BUS20 BUS19 42 -38482 20465 001672 032972

BUS33 BUS19 43 147267 10807 02349 47652

131

BUS34 BUS20 44 118373 79733 01789 3578

BUS35 BUS22 45 151459 157144 0 61873

BUS36 BUS23 46 13049 101381 012071 65668

BUS37 BUS25 47 125829 6659 011512 44514

BUS38 BUS29 48 193404 113176 038127 74347

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1443043

REACTIVE POWER [pu] 1212158

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1402543

REACTIVE POWER [pu] 31686

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 405

REACTIVE POWER [pu] 895298

Annexe B1 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds (eacutetat de base)

132

CONTINUATION POWER FLOW REPORT

P S A T 218

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail FedericoMilanouclmes

website httpwwwuclmesareagseeWebFederico

File Cworkworkpsat 216psat 218psattestsPFE _2017PFE_SEVersion 2PFE_SESimulation

STATCOM_version 2b_d_Ieee39satatcomN08

Date 18-Jun-2017 183446

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 500

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

133

BUS01 09982 -053682 0 0 0 0

BUS02 093356 -040526 0 0 0 0

BUS03 083248 -056145 0 0 74588 005559

BUS04 075506 -060782 0 0 115819 42622

BUS05 078731 -051917 0 0 0 -061985

BUS06 079546 -047221 0 0 0 0

BUS07 07767 -061636 0 0 54157 19458

BUS08 07846 -06495 0 1e-005 120915 093843

BUS09 094102 -062322 0 0 0 0

BUS10 081535 -031761 0 0 0 0

BUS11 080223 -03697 0 0 0 0

BUS12 074304 -037112 0 0 019689 20384

BUS13 079549 -036353 0 0 0 0

BUS14 076855 -047744 0 0 0 0

BUS15 075482 -05163 0 0 74124 35441

BUS16 080356 -042235 0 0 76302 074819

BUS17 080696 -049169 0 0 0 0

BUS18 08103 -054653 0 0 36599 069492

BUS19 093308 -015476 0 0 0 0

BUS20 089997 -022503 0 0 157514 23859

BUS21 080567 -026193 0 0 63469 26638

BUS22 090079 000883 0 0 0 0

BUS23 088298 -000265 0 0 57331 19597

BUS24 081562 -041378 0 0 71484 -21357

BUS25 095503 -033343 0 0 51887 10933

BUS26 085531 -038802 0 0 32198 039379

BUS27 080829 -050935 0 0 6509 17489

BUS28 08815 -018388 0 0 47718 063932

134

BUS29 091752 -003447 0 0 6567 062311

BUS30 10475 -029318 58951 82418 0 0

BUS31 098195 0 134949 126708 021311 010655

BUS32 098304 0104 153273 141443 0 0

BUS33 099716 008297 149029 9774 0 0

BUS34 10123 000838 119789 75294 0 0

BUS35 10493 024882 153272 14353 0 0

BUS36 10635 038446 132051 93699 0 0

BUS37 10278 -002369 127335 58893 0 0

BUS38 10265 029432 195718 107923 0 0

BUS39 103 -06063 235805 99174 255729 5791

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -060625

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 000039

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098204

e1d_Syn_2 000015

delta_Syn_3 010437

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098312

e1d_Syn_3 000029

delta_Syn_4 008336

omega_Syn_4 1

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000032

135

delta_Syn_5 000911

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000058

delta_Syn_6 024915

omega_Syn_6 1

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 03848

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 00003

delta_Syn_8 -002336

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000028

delta_Syn_9 02947

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000028

delta_Syn_10 -029314

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098195

136

vr1_Exc_2 099998

vr2_Exc_2 -11788

vf_Exc_2 098233

vm_Exc_3 098304

vr1_Exc_3 10011

vr2_Exc_3 -078672

vf_Exc_3 09834

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079793

vf_Exc_4 099742

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030384

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10493

vr1_Exc_6 10705

vr2_Exc_6 -067175

vf_Exc_6 10496

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10855

vr2_Exc_7 -031913

vf_Exc_7 10638

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073424

vf_Exc_8 10279

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

137

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57229

tg2_Tg_2 57229

tg3_Tg_2 43494

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

138

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

tg3_Tg_10 19

ist_Statcom_1 4

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 235805

p_Syn_1 235805

q_Syn_1 99174

vf_Syn_2 098233

pm_Syn_2 13495

p_Syn_2 134949

q_Syn_2 126708

vf_Syn_3 09834

pm_Syn_3 153273

p_Syn_3 153273

q_Syn_3 141443

vf_Syn_4 099742

pm_Syn_4 149029

p_Syn_4 149029

q_Syn_4 9774

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 119789

139

p_Syn_5 119789

q_Syn_5 75294

vf_Syn_6 10496

pm_Syn_6 153274

p_Syn_6 153272

q_Syn_6 14353

vf_Syn_7 10638

pm_Syn_7 132051

p_Syn_7 132051

q_Syn_7 93699

vf_Syn_8 10279

pm_Syn_8 127335

p_Syn_8 127335

q_Syn_8 58893

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 195718

p_Syn_9 195718

q_Syn_9 107923

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 58951

p_Syn_10 58951

q_Syn_10 82418

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

140

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

vref_Statcom_1 1087

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -28037 16564 004173 -016258

BUS01 BUS39 2 14018 -082822 000477 -026649

BUS01 BUS39 3 14018 -082822 000477 -026649

BUS02 BUS03 4 85352 60288 016491 17143

BUS02 BUS25 5 -54854 23382 028801 022363

BUS03 BUS04 6 15487 28864 002097 020373

BUS03 BUS18 7 -063723 13726 000397 -009632

BUS04 BUS05 8 -4203 -14955 002777 036443

BUS04 BUS14 9 -58512 -008406 004804 069451

141

BUS05 BUS06 10 -114092 -13397 004257 05262

BUS05 BUS08 11 71784 009964 006653 084029

BUS06 BUS07 12 97568 16469 009295 13554

BUS06 BUS11 13 -79267 038477 006971 0728

BUS07 BUS08 14 42481 -16543 001373 011035

BUS08 BUS09 15 -074523 -34437 004342 03998

BUS09 BUS39 16 -078866 -38435 001309 -084056

BUS10 BUS11 17 81006 19153 004175 040109

BUS10 BUS13 18 72267 32265 003778 035886

BUS13 BUS14 19 70483 18322 007572 074431

BUS14 BUS15 20 10733 030933 000404 -016363

BUS15 BUS16 21 -63432 -30711 007799 071062

BUS16 BUS17 22 50068 -056869 002747 02623

BUS16 BUS19 23 -10422 -32119 029317 33425

BUS16 BUS21 24 -76042 085882 007274 10625

BUS16 BUS24 25 -10319 -16082 000166 -001185

BUS17 BUS18 26 43215 -062084 002043 015313

BUS17 BUS27 27 06578 -021016 000089 -019797

BUS21 BUS22 28 -140238 -28675 025194 42217

BUS22 BUS23 29 10514 15365 000274 -010306

BUS23 BUS24 30 84048 27448 022283 32842

BUS25 BUS26 31 16596 25876 003759 -004213

BUS26 BUS27 32 59316 24294 007946 066838

BUS26 BUS28 33 -32111 -013633 006074 008103

BUS26 BUS29 34 -43183 -005718 014609 079232

BUS28 BUS29 35 -80436 -085668 011761 1067

BUS02 BUS30 36 -58951 -6548 0 16938

BUS06 BUS31 37 -66409 -19488 0 43334

BUS06 BUS31 38 -66409 -19488 0 43334

142

BUS10 BUS32 39 -153273 -51418 0 90025

BUS12 BUS11 40 -005903 -1078 000342 009294

BUS12 BUS13 41 -013786 -096038 000276 007506

BUS19 BUS20 42 39641 -13164 001576 031072

BUS19 BUS33 43 -146793 -52379 022361 4536

BUS20 BUS34 44 -118031 -4013 017582 35164

BUS22 BUS35 45 -153272 -86257 0 57273

BUS23 BUS36 46 -130892 -30649 01159 63049

BUS25 BUS37 47 -126217 -15664 01118 43229

BUS29 BUS38 48 -191925 -33962 037929 73961

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 28454 -1819 004173 -016258

BUS39 BUS01 2 -13971 056173 000477 -026649

BUS39 BUS01 3 -13971 056173 000477 -026649

BUS03 BUS02 4 -83702 -43145 016491 17143

BUS25 BUS02 5 57734 -21145 028801 022363

BUS04 BUS03 6 -15277 -26826 002097 020373

BUS18 BUS03 7 06412 -14689 000397 -009632

BUS05 BUS04 8 42307 18599 002777 036443

BUS14 BUS04 9 58993 077857 004804 069451

BUS06 BUS05 10 114517 18659 004257 05262

BUS08 BUS05 11 -71119 074065 006653 084029

BUS07 BUS06 12 -96638 -029146 009295 13554

BUS11 BUS06 13 79964 034323 006971 0728

143

BUS08 BUS07 14 -42344 17647 001373 011035

BUS09 BUS08 15 078866 38435 004342 03998

BUS39 BUS09 16 080175 3003 001309 -084056

BUS11 BUS10 17 -80589 -15142 004175 040109

BUS13 BUS10 18 -71889 -28677 003778 035886

BUS14 BUS13 19 -69726 -10879 007572 074431

BUS15 BUS14 20 -10693 -047297 000404 -016363

BUS16 BUS15 21 64212 37817 007799 071062

BUS17 BUS16 22 -49793 083099 002747 02623

BUS19 BUS16 23 107152 65544 029317 33425

BUS21 BUS16 24 76769 020366 007274 10625

BUS24 BUS16 25 10336 15963 000166 -001185

BUS18 BUS17 26 -43011 077397 002043 015313

BUS27 BUS17 27 -065692 001218 000089 -019797

BUS22 BUS21 28 142758 70892 025194 42217

BUS23 BUS22 29 -10486 -16395 000274 -010306

BUS24 BUS23 30 -8182 053938 022283 32842

BUS26 BUS25 31 -1622 -26297 003759 -004213

BUS27 BUS26 32 -58521 -17611 007946 066838

BUS28 BUS26 33 32719 021736 006074 008103

BUS29 BUS26 34 44644 08495 014609 079232

BUS29 BUS28 35 81612 19236 011761 1067

BUS30 BUS02 36 58951 82418 0 16938

BUS31 BUS06 37 66409 62821 0 43334

BUS31 BUS06 38 66409 62821 0 43334

BUS32 BUS10 39 153273 141443 0 90025

BUS11 BUS12 40 006245 1171 000342 009294

BUS13 BUS12 41 014062 10354 000276 007506

BUS20 BUS19 42 -39483 16271 001576 031072

144

BUS33 BUS19 43 149029 9774 022361 4536

BUS34 BUS20 44 119789 75294 017582 35164

BUS35 BUS22 45 153272 14353 0 57273

BUS36 BUS23 46 132051 93699 01159 63049

BUS37 BUS25 47 127335 58893 01118 43229

BUS38 BUS29 48 195718 107923 037929 73961

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1460172

REACTIVE POWER [pu] 102682

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1424692

REACTIVE POWER [pu] 288773

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 35479

REACTIVE POWER [pu] 738047

Annexe B2 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du

STATCOM au nœud 8 (Zone 1)

145

POWER FLOW REPORT

P S A T 219

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail federicomilanoucdie

website faraday1ucdiepsathtml

File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeteste ssscb_d00

Date 09-Jun-2017 153006

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 336

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 099097 -068975 0 0 0 0

BUS02 091781 -05429 0 0 0 0

BUS03 079734 -070717 0 0 75617 005636

BUS04 066326 -076185 0 0 117417 43209

BUS05 066473 -064183 0 0 0 -044187

146

BUS06 067567 -057647 0 0 0 0

BUS07 063172 -078416 0 0 54904 19726

BUS08 063378 -083261 0 0 122583 41331

BUS09 087869 -078891 0 0 0 0

BUS10 072734 -037936 0 0 0 0

BUS11 070208 -044367 0 0 0 0

BUS12 063793 -044818 0 0 019961 20665

BUS13 070846 -044069 0 0 0 0

BUS14 069215 -059233 0 0 0 0

BUS15 07407 -064955 0 0 75147 3593

BUS16 081822 -05593 0 0 77354 075851

BUS17 080501 -063045 0 0 0 0

BUS18 079536 -068866 0 0 37104 07045

BUS19 093754 -029105 0 0 0 0

BUS20 090167 -036109 0 0 159687 24188

BUS21 087 -041123 0 0 64345 27006

BUS22 10049 -018383 0 0 0 0

BUS23 095617 -018974 0 0 58121 19867

BUS24 084024 -055252 0 0 7247 -21652

BUS25 094412 -04701 0 0 52603 11084

BUS26 08466 -05244 0 0 32642 039922

BUS27 0802 -06492 0 0 65988 1773

BUS28 087316 -031212 0 0 48376 064814

BUS29 091081 -015774 0 0 66575 06317

BUS30 10475 -042699 5993 9148 0 0

BUS31 098193 0 137349 178813 021605 010802

BUS32 098303 010582 155818 187617 0 0

BUS33 099716 -005013 151503 95238 0 0

BUS34 10123 -012399 121778 74705 0 0

147

BUS35 10492 -014155 155816 166126 0 0

BUS36 10635 017417 134243 63977 0 0

BUS37 10278 -015159 129449 64436 0 0

BUS38 10265 017894 198968 113339 0 0

BUS39 103 -076593 23972 128843 259257 58709

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -076589

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 00004

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098206

e1d_Syn_2 000016

delta_Syn_3 01062

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098313

e1d_Syn_3 000029

delta_Syn_4 -004973

omega_Syn_4 1

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000033

delta_Syn_5 -012326

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000059

delta_Syn_6 -014122

omega_Syn_6 1

148

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 017452

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 000031

delta_Syn_8 -015125

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000028

delta_Syn_9 017933

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000029

delta_Syn_10 -042696

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098193

vr1_Exc_2 10001

vr2_Exc_2 -1179

vf_Exc_2 098247

vm_Exc_3 098303

vr1_Exc_3 10012

vr2_Exc_3 -07868

149

vf_Exc_3 09835

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079793

vf_Exc_4 099741

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030384

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10492

vr1_Exc_6 10706

vr2_Exc_6 -067177

vf_Exc_6 10497

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10854

vr2_Exc_7 -03191

vf_Exc_7 10637

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073425

vf_Exc_8 1028

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

150

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57296

tg2_Tg_2 57296

tg3_Tg_2 43545

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

151

tg3_Tg_10 19

vcs_Sssc_1 024834

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 23972

p_Syn_1 23972

q_Syn_1 128843

vf_Syn_2 098247

pm_Syn_2 137351

p_Syn_2 137349

q_Syn_2 178813

vf_Syn_3 09835

pm_Syn_3 155818

p_Syn_3 155818

q_Syn_3 187617

vf_Syn_4 099741

pm_Syn_4 151503

p_Syn_4 151503

q_Syn_4 95238

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 121778

p_Syn_5 121778

q_Syn_5 74705

vf_Syn_6 10497

pm_Syn_6 155819

p_Syn_6 155816

q_Syn_6 166126

152

vf_Syn_7 10637

pm_Syn_7 134243

p_Syn_7 134243

q_Syn_7 63977

vf_Syn_8 1028

pm_Syn_8 129449

p_Syn_8 129449

q_Syn_8 64436

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 198968

p_Syn_9 198968

q_Syn_9 113339

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 5993

p_Syn_10 5993

q_Syn_10 9148

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

153

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

v0_Sssc_1 024834

pref_Sssc_1 -65

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -30454 19186 005128 -003514

BUS01 BUS39 2 15227 -095928 000595 -023441

BUS01 BUS39 3 15227 -095928 000595 -023441

BUS02 BUS03 4 85484 71305 019364 20591

BUS02 BUS25 5 -56521 19983 030072 02429

BUS03 BUS04 6 16592 48844 005583 079567

BUS03 BUS18 7 -086611 013058 000137 -011907

BUS04 BUS05 8 -40971 039838 003086 043458

BUS04 BUS14 9 -60412 -063061 006702 10172

BUS05 BUS06 10 -114034 -15612 005995 075982

BUS05 BUS08 11 72754 19668 010307 13807

BUS06 BUS07 12 98009 356 014314 21465

BUS06 BUS11 13 -77454 -1037 009353 10297

BUS07 BUS08 14 41674 -055909 00177 017236

154

BUS08 BUS09 15 -093637 -42784 010612 14517

BUS09 BUS39 16 -10425 -57301 003733 -016642

BUS10 BUS11 17 79843 37573 005898 059683

BUS10 BUS13 18 75975 26941 004921 049144

BUS13 BUS14 19 74265 099622 010083 10471

BUS14 BUS15 20 12175 -16987 001532 -000336

BUS15 BUS16 21 -63125 -52883 011043 10493

BUS16 BUS17 22 53385 093664 003081 030328

BUS16 BUS19 23 -106504 -28279 028885 3285

BUS16 BUS21 24 -79033 -21786 007988 11662

BUS16 BUS24 25 -094316 -30262 000444 004057

BUS17 BUS18 26 46012 064426 002338 018941

BUS17 BUS27 27 07065 -001089 000102 -019408

BUS21 BUS22 28 -144177 -60454 02571 42727

BUS22 BUS23 29 090684 49468 001558 007174

BUS23 BUS24 30 84057 39679 021112 30663

BUS25 BUS26 31 16131 24983 003604 -004873

BUS26 BUS27 32 59739 2273 008058 068314

BUS26 BUS28 33 -32701 -010726 006433 013216

BUS26 BUS29 34 -4391 -001791 015431 089643

BUS28 BUS29 35 -81721 -088757 012378 11369

BUS02 BUS30 36 -5993 -71751 0 1973

BUS06 BUS31 37 -67594 -2422 0 64646

BUS06 BUS31 38 -67594 -2422 0 64646

BUS10 BUS32 39 -155818 -64515 0 123103

BUS12 BUS11 40 -008249 -098751 000391 010623

BUS12 BUS13 41 -011712 -1079 000469 012744

BUS19 BUS20 42 39856 -11624 001542 030405

BUS19 BUS33 43 -149249 -49505 022544 45733

155

BUS20 BUS34 44 -119985 -38853 017926 35853

BUS22 BUS35 45 -155816 -15265 0 13477

BUS23 BUS36 46 -133266 -10795 009776 53183

BUS25 BUS37 47 -128261 -18513 011877 45923

BUS29 BUS38 48 -194987 -35705 039812 77634

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 30966 -19537 005128 -003514

BUS39 BUS01 2 -15167 072488 000595 -023441

BUS39 BUS01 3 -15167 072488 000595 -023441

BUS03 BUS02 4 -83548 -50713 019364 20591

BUS25 BUS02 5 59528 -17554 030072 02429

BUS04 BUS03 6 -16034 -40887 005583 079567

BUS18 BUS03 7 086747 -024965 000137 -011907

BUS05 BUS04 8 4128 003621 003086 043458

BUS14 BUS04 9 61082 16479 006702 10172

BUS06 BUS05 10 114633 2321 005995 075982

BUS08 BUS05 11 -71723 -058609 010307 13807

BUS07 BUS06 12 -96578 -14135 014314 21465

BUS11 BUS06 13 78389 20668 009353 10297

BUS08 BUS07 14 -41497 073145 00177 017236

BUS09 BUS08 15 10425 57301 010612 14517

BUS39 BUS09 16 10798 55637 003733 -016642

BUS11 BUS10 17 -79253 -31605 005898 059683

BUS13 BUS10 18 -75483 -22027 004921 049144

156

BUS14 BUS13 19 -73257 005086 010083 10471

BUS15 BUS14 20 -12022 16953 001532 -000336

BUS16 BUS15 21 64229 63376 011043 10493

BUS17 BUS16 22 -53077 -063336 003081 030328

BUS19 BUS16 23 109393 61129 028885 3285

BUS21 BUS16 24 79832 33448 007988 11662

BUS24 BUS16 25 09476 30668 000444 004057

BUS18 BUS17 26 -45779 -045485 002338 018941

BUS27 BUS17 27 -070548 -018318 000102 -019408

BUS22 BUS21 28 146748 103181 02571 42727

BUS23 BUS22 29 -089126 -48751 001558 007174

BUS24 BUS23 30 -81946 -090159 021112 30663

BUS26 BUS25 31 -1577 -2547 003604 -004873

BUS27 BUS26 32 -58934 -15898 008058 068314

BUS28 BUS26 33 33345 023942 006433 013216

BUS29 BUS26 34 45453 091434 015431 089643

BUS29 BUS28 35 82958 20245 012378 11369

BUS30 BUS02 36 5993 9148 0 1973

BUS31 BUS06 37 67594 88866 0 64646

BUS31 BUS06 38 67594 88866 0 64646

BUS32 BUS10 39 155818 187617 0 123103

BUS11 BUS12 40 00864 10937 000391 010623

BUS13 BUS12 41 012181 12065 000469 012744

BUS20 BUS19 42 -39702 14665 001542 030405

BUS33 BUS19 43 151503 95238 022544 45733

BUS34 BUS20 44 121778 74705 017926 35853

BUS35 BUS22 45 155816 166126 0 13477

BUS36 BUS23 46 134243 63977 009776 53183

BUS37 BUS25 47 129449 64436 011877 45923

157

BUS38 BUS29 48 198968 113339 039812 77634

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1484574

REACTIVE POWER [pu] 1164575

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1444346

REACTIVE POWER [pu] 326439

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 40229

REACTIVE POWER [pu] 838136

Annexe B3 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du

SSSC agrave la linge 45 (Zone 3)

Page 6: Mémoire - pmb.univ-saida.dz

Contexte de lrsquoeacutetude et eacutetat de lrsquoart

I1) Introduction 13

I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique 14

I21) De la centrale aux abonneacutes 14

I 3) Fonctionnement du reacuteseau eacutelectrique 16

I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectrique 16

I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie 17

I411) Reacuteseaux drsquoutilisation 17

I412) Reacuteseaux de distribution 18

I413) Reacuteseaux de reacutepartition 18

I414) Reacuteseaux de transport 18

I42) Topologie des reacuteseaux

I421) Reacuteseaux radiaux

I422) Reacuteseaux boucleacutes

I423) Reacuteseaux mailleacutes

18

18

19

20

Liste des figures 03

Liste des tableaux 05

Liste des acronymes 06

Liste des symboles 08

Introduction geacuteneacuterale 09

Table des matiegraveres

Chapitre I

I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques 20

I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du

Maghreb Arabe

21

I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique 22

I61) Qualiteacute de la tension 22

I611) Amplitude 22

I612) Freacutequence 23

I613) Forme Drsquoonde 23

I614) Symeacutetrie 23

I62) Qualiteacute du courant 23

I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique 24

I71) Classification des perturbations eacutelectriques 24

I711) Creux de tension et coupures 24

a) Origines de creux de tension et coupures 25

I712) Harmonique 26

a) Inters harmoniques 26

b) Infra-harmoniques 26

c) Conseacutequences des harmoniques 26

d) Les principales sources drsquoharmoniques 26

I713) Surtensions 27

a) Origine ou causes des surtensions 28

I714) Variations et fluctuations de tension 28

a) Origines des variations et fluctuations de tension 28

I715) Deacuteseacutequilibres 29

a) Origines de Deacuteseacutequilibres 29

I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations 29

I72) Le system de protection 30

I8) La Stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31

I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31

I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 31

I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire) 32

I8211) Stabiliteacute Angulaire Aux Petites Perturbations 33

I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

transitoire

34

I822) Stabiliteacute de la freacutequence 35

I823) Stabiliteacute de tension 35

I8231) Instabiliteacute de la tension 35

I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension 36

I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites

perturbations

36

I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes

perturbations

36

I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension 36

I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation 37

I92) Charge appeleacutee trop importante 37

I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport 37

I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 38

I11) Conclusion 40

Le concept des FACTS

II1) Introduction 42

II2) Le concept FACTS 42

II21) Fonctionnement des FACTS

II22) Contexte algeacuterien

44

45

II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS 47

II3) Les dispositifs FACTS 47

II4) Classification des dispositifs FACTS 48

II41) Classification selon la geacuteneacuteration 48

II411) Geacuteneacuteration I 48

II412) Geacuteneacuteration II 48

II413) Geacuteneacuteration III 48

II42) Classification selon la cateacutegorie 48

II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS 49

a) Dispositifs FACTS Shunt 49

Compensateur statique de puissance reacuteactive (SVC) 49

Compensateur statique synchrone ( STATCOM) 49

Geacuteneacuterateur statique synchrone (SSG) 49

Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (SVG) 50

Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (SVS) 50

Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (TCBR) 50

b) Dispositifs FACTS seacuteries 51

Controcircleur de transit de puissance entre lignes (IPFC) 51

Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (TCSC) 51

Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (TSSC) 51

Chapitre II

Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (TCSR) 51

Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (TSSR) 52

Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (SSSC) 52

c) Dispositifs FACTS hybrides 52

Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (UPFC) 52

Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (TCPST) 52

Reacutegulateur de puissance interphases (IPC) 52

d) Autres dispositifs FACTS 53

Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVL) 53

Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVR) 53

II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors 54

Compensateur synchrone statique(STATCOM) 54

Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC) 58

II6) Coucirct des dispositifs FACTS 62

II7) Synthegravese des dispositifs FACTS 63

II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie des

dispositifs FACTS

63

II9) Conclusion 64

Modeacutelisation du systegraveme eacutetudieacute de la charge au reacuteseau complet

III1) Introduction 67

III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS 67

III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs 67

III22) Modegraveles des charges 69

III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt 69

III24) Modegraveles de la ligne 70

Chapitre III

III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques 71

III26) Modegraveles du transformateur 72

III27) Modeacutelisation de la machine synchrone 73

III28) Modeacutelisation du STATCOM 74

III29) Modeacutelisation du SSSC 75

III3) Conclusion 78

IV1) Introduction 80

IV2) Outils de simulation 81

IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 82

IV31) Facteur de charger et les directions de puissance 83

IV32) Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance 84

IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE39 nœuds 87

IV41) Preacutesentation du reacuteseau 87

IV5) Emplacement du STATCOM 91

IV51) Impact du STATCOM 92

IV511) Profils des tensions et les pertes de puissance dans le

systegraveme

94

IV512) Synthegravese 98

IV6) Emplacement du SSSC 99

IV61) Impact du SSSC 100

IV611) SSSC inseacutereacute sur la linge 45 103

IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 104

IV613) Synthegravese 106

IV7) Conclusion 107

Chapitre IV

Ameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau de transport par les FACTS

Conclusion geacuteneacuterale 109

Bibliographies 112

Annexes 116

Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique 14

Figure I2 Reacuteseaux publique 15

Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique 17

Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial 19

Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute 19

Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute 20

Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension 24

Figure I8 Paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12) 25

Figure I9 Harmoniques 27

Figure I10 Exemple de surtension 27

Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension 28

Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension 29

Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques 30

Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique 32

Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps 34

Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 39

Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif 43

Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar 46

Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie 47

Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie 48

Figure II5 Classification des dispositifs FACTS 54

Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM 55

Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM 56

Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM 57

Liste des figures

Figure II9 Scheacutema de base du SSSC 58

Figure II10

Figure II11

Figure II12

Figure II13

Caracteacuteristique statiques du SSSC

Principe de fonctionnement de SSSC

Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple

Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du

SSSC

59

60

61

61

Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur 68

Figure III2 Modegravele des charges 69

Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt 70

Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport 70

Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur 72

Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone 73

Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM 74

Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation 76

Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT 82

Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink 82

Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas preacutedicteur) 85

Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas correcteur) 86

Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas correcteur obtenu

par les moyens de la parameacutetrisation locale

87

Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds 88

Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds 89

Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS 90

Figure IV9 Profile de tension du reacuteseau IEEE 39-nœuds 91

Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone 91

Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1 du systegraveme (eacutetat de base) 92

Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme (eacutetat de base) 92

Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de base 92

Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8 94

Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8 94

Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 8 95

Figure IV17 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 8 95

Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM 95

Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 03 96

Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 15 96

Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 15 97

Figure IV23 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV24 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV25 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 15 98

Figure IV26 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 15 98

Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents

emplacements du STATCOM

98

Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du

STATCOM

99

Figure IV29 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement 100

Figure IV30 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement 100

Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge15 102

Figure IV35 Profils de pertes de puissance actives avec SSSC sur la ligne 15 102

Figure IV36 Profils de pertes de puissance reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15 102

Figure IV37 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103

Figure IV38 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103

Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge 45 104

Figure IV41 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV42 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge48 105

Figure IV45 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV46 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC 106

Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents emplacements du

SSSC

106

Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS 62

Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS 63

Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme 72

Liste des tableaux

kV Kilovolt

Hz Hertz

THT Tregraves haute tension

UHT Ultra haute tension

Km Kilomegravetre

HTB Haute tension

RTE Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute

HTA Moyenne tension

BT Basse tension

SDO Socieacuteteacute de distribution de lrsquoouest

UMA Union du Maghreb Arabe

ONE Office National Marocain de lrsquoElectriciteacute

STEG Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz

Comelec Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute

IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Eacutelectriciteacute et en Eacutelectronique

CEI Commission eacutelectrotechnique internationale

119880119903119890119891 Tension de reacutefeacuterence

ms Mili-seconde

rms Root means square

pu Systegraveme de valeur relative (Per unit )

CPF Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance

GW Geacutegawatts

PSAT Power System Analysis Toolbox

AC Alternative Current (Courant altenatif)

IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Electriciteacute et en Electronique

Liste des acronymes

∆U Diffeacuterence de tension

∆T Diffeacuterence de temps

FACTS Flexible Alternating Current Transmission System

STATCOM Compensateur Statique Synchrone

SSSC

GTO

Compensateur Statique seacuterie synchrone

Gate Turn Off

119881119904 Tension de la source

119881119903 Tension de la charge

119868119898119886119909 Courant maximal

119868119898119894119899 Courant minimal

MLI Modulation par largeur dimpulsion

119881119904ℎ Tension (shunt) injecteacutee par le STATCOM

119876119904ℎ Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le STATCOM

119876119903 Puissance reacuteactive demandeacutee par la charge

119868119904ℎ Courant (shunt) injecteacute par le STATCOM

119881119904119890 Tension (seacuterie) injecteacute par le SSSC

119883119897 Reacuteactance de la ligne de transport

X Reacuteactance totale du reacuteseau

119883119890119891119891 Reacuteactance effective

V Tension de source

B Susceptance

119883119886 Reacuteactance seacuterie limitant les transitoires

119868119902 Composante du courant de la ligne sur lrsquoaxe q

119868prime119902 Composante du courant fourni par le compensateur shunt sur lrsquoaxe q

119881119904119902 Composante de la tension de la source sur lrsquoaxe q

119883119894 Angle de commutation

119868119897 Courant de ligne

λ Facteur de charge

Liste des symboles

Introduction geacuteneacuterale

INTRODUCTION GENERALE

9

Aujourdrsquohui la consommation de leacutenergie eacutelectrique et le sceacutenario des systegravemes

dalimentation est hautement complexe et interconnecteacute il y a un grand besoin

dameacuteliorer lutilisation deacutenergie eacutelectrique tout en conservant sa fiabiliteacute et sa seacutecuriteacute

Lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecoulement de puissance et la stabiliteacute dans le langage du systegraveme

eacutelectrique est la solution de leacutetat deacutequilibre des reacuteseaux Habituellement une centrale nest

pas situeacutee agrave proximiteacute du centre de charge mais elle peut ecirctre loin du centre de distribution

en raison de circonstances diverses Pour reacutepondre agrave la demande de puissance sans

cesse croissante les services publics preacutefegraverent sappuyer sur la production de

leacutelectriciteacute deacutejagrave existante au lieu de construire de nouvelles lignes de transmission qui

sont limiteacutees par des contraintes diverses

Les reacuteseaux eacutelectriques jusquagrave ces derniegraveres anneacutees sont controcircleacutes

meacutecaniquement malgreacute lutilisation de la microeacutelectronique des ordinateurs et des

moyens rapides de teacuteleacutecommunication dans le controcircle des reacuteseaux la derniegravere action dans

ces systegravemes de commande est prise avec des dispositifs meacutecaniques ayant un temps

de reacuteponse plus au moins long et avec lesquels laction damorccedilage et de reacuteamorccedilage

ne peut ecirctre reacutepeacutetitivement exeacutecuteacute agrave une freacutequence eacuteleveacutee

Les eacuteleacutements proposeacutes qui permettent drsquoameacuteliorer les systegravemes sont les dispositifs

FACTS laquo Flexible Alternating Current Transmission System raquo Les dispositifs FACTS font

en geacuteneacuteral appel agrave leacutelectronique de puissance des microprocesseurs de lautomatique des

teacuteleacutecommunications et des logiciels pour parvenir agrave controcircler les systegravemes de puissance Ce

sont des eacuteleacutements de reacuteponse rapide Ils donnent en principe un controcircle plus souple

de leacutecoulement de puissance Ils donnent aussi la possibiliteacute de charger les lignes de transit

agrave des valeurs pregraves de leur limite thermique et augmentent la capaciteacute de transfegravere de la

puissance dune reacutegion agrave une autre Ils Limitent aussi les effets des deacutefauts et

des deacutefaillances de leacutequipement et stabilisent le comportement du reacuteseau eacutelectrique

Lrsquoeacutetude du comportement de la tension dans les reacuteseaux eacutelectriques est devenue une

preacuteoccupation majeure des exploitants et planificateurs de ces systegravemes En fait plusieurs

incidents geacuteneacuteraliseacutes survenus dans le monde ont eacuteteacute associeacutes agrave des instabiliteacutes de tension Ce

mode drsquoinstabiliteacute nrsquoest pas encore bien maicirctriseacute compareacute au mode drsquoinstabiliteacute angulaire

(dynamique et transitoire) En effet le meacutecanisme causant lrsquoinstabiliteacute de tension semble lrsquoun

des plus importants problegravemes agrave clarifier Aujourdrsquohui encore il nrsquoy a pas une theacuteorie

INTRODUCTION GENERALE

10

disponible et largement accepteacutee pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension Les problegravemes lieacutes agrave

ce type drsquoinstabiliteacute constituent alors dans plusieurs pays un axe de recherche tregraves important

Des releveacutes sur les incidents survenus durant les derniegraveres deacutecennies ont montreacute que

lrsquoeffondrement de tension intervient geacuteneacuteralement suite agrave une perturbation majeure ou agrave une

augmentation importante de la charge sur un reacuteseau eacutelectrique soumis agrave de fortes contraintes

Ce reacuteseau srsquoaffaiblit et sa consommation reacuteactive srsquoaccroicirct Le pheacutenomegravene est alors

caracteacuteriseacute par une baisse progressive de la tension dans une ou plusieurs reacutegions

consommatrices et qui va en srsquoacceacuteleacuterant au bout de quelques minutes La deacutegradation de la

tension au niveau des charges est alors telle qursquoelle entraicircne des interruptions de service dont

les causes directes peuvent ecirctre

- Manque de tension

- Augmentation des pertes reacuteactive du reacuteseau

La deacutefaillance du reacuteglage de la tension au niveau des bornes des groupes a pour

conseacutequence une acceacuteleacuteration de la deacutegradation du plan de la tension qui peut aller jusqursquoagrave

des deacuteclenchements en cascade de groupes et de lignes et un effondrement geacuteneacuteral du reacuteseau

Dans cette situation les moyens classiques de controcircle des reacuteseaux (transformateur agrave

prises reacuteglables en charge transformateurs deacutephaseurs compensateurs seacuterie ou parallegravele

commuteacutes par disjoncteurs modification des consignes de production changement de

topologie du reacuteseau et action sur lexcitation des geacuteneacuterateurs) pourraient dans lavenir saveacuterer

trop lents et insuffisants pour reacutepondre efficacement aux problegravemes drsquoinstabiliteacute du reacuteseau

compte tenu notamment des nouvelles contraintes Il faudra donc compleacuteter leur action en

mettant en œuvre des dispositifs eacutelectroniques de puissance ayant des temps de reacuteponse

courts qui sont les FACTS

Le maintien de lrsquoeacutequilibre entre la production et la consommation neacutecessite alors une

surveillance permanente du systegraveme afin drsquoassurer la qualiteacute du service (problegraveme de

conduite) garantir sa seacutecuriteacute (problegraveme de protection) et sa stabiliteacute (problegraveme de reacuteglage)

Ainsi le premier chapitre de ce meacutemoire est consacreacute agrave une introduction geacuteneacuterale aux

problegravemes que rencontrent actuellement les reacuteseaux eacutelectriques Nous preacutesenterons ensuite La

INTRODUCTION GENERALE

11

stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

Dans le deuxiegraveme chapitre nous preacutesenterons le concept FACTS et plus

particuliegraverement le contexte Algeacuterien ainsi la conception et le principe de fonctionnement de

deux systegravemes FACTS qui seront retenus pour la suite de cette eacutetude

Dans le troisiegraveme chapitre nous preacutesenterons la modeacutelisation de deux systegravemes FACTS

qui sont retenus pour la simulation La modeacutelisation des eacuteleacutements des reacuteseaux sera eacutegalement

eacutevoqueacutee

Le chapitre quatre preacutesentera les reacutesultats des simulations lors de lrsquoeffondrement de

tension Ces tests concernent lrsquoimpact des dispositifs FACTS sur le pheacutenomegravene de

lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de

puissance (CPF) Nous utiliserons pour cela le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds

Lorsque tout ce qui preacutecegravede aura eacuteteacute exposeacute il ne nous restera plus qursquoagrave conclure et agrave

proposer des perspectives drsquoeacutetudes futures permettant de compleacuteter le travail reacutealiseacute tout au

long de ce meacutemoire

12

Chapitre 1

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

13

CHAPITRE I

I1) Introduction

Lrsquoeacutenergie eacutelectrique est la forme drsquoeacutenergie la plus largement reacutepandue car elle est

facilement transportable avec un rendement eacuteleveacute et un coucirct raisonnable Un reacuteseau eacutelectrique

est un ensemble dinfrastructures dont le but est dacheminer de leacutenergie eacutelectrique agrave partir de

centres de production vers les consommateurs deacutelectriciteacute (charge) Le premier reacuteseau

eacutelectrique a vu le jour aux Etats Unis en 1882 et a eacuteteacute conccedilu par Thomas

Edison Crsquoeacutetait un reacuteseau local agrave courant continu et servait agrave assurer lrsquoeacuteclairage de la reacutegion de

Manhattan La distribution de lrsquoeacutenergie eacutetait assureacutee par des cacircbles souterrains

Avec lrsquoinvention du transformateur par William Stanley en 1885 et celle du moteur agrave

courant alternatif par Nikola Tesla en 1888 les reacuteseaux agrave courant alternatif commencegraverent agrave

prendre le pas sur les reacuteseaux agrave courant continu du fait qursquoil eacutetait devenu possible drsquoacheminer

plus de puissance sur de plus grandes distances gracircce agrave des niveaux de tension plus eacuteleveacutes

Un autre avantage non neacutegligeable du courant alternatif est la suppression du collecteur

donc des problegravemes de commutation dans les alternateurs ce qui a permis de construire des

alternateurs de grande puissance agrave moyenne tension Les reacuteseaux eacutetaient drsquoabord monophaseacutes

puis triphaseacutes (23 kV en 1893) et agrave diffeacuterentes freacutequences (28Hz agrave 133Hz) Progressivement

la neacutecessiteacute de mise en fonctionnement en parallegravele et drsquointerconnexion des diffeacuterents reacuteseaux

a conduit agrave la standardisation de la freacutequence

60 Hz aux Etats Unis et au Canada

50 Hz pour la majoriteacute des pays en Afrique Asie et Europe

Les niveaux de tensions ont eux aussi eacutevolueacute graduellement jusqursquoagrave atteindre

aujourdrsquohui lrsquoUltra Haute tension 765 kV en service aux Etats Unis et ce depuis 1969Le

transport drsquoeacutenergie eacutelectrique sur de tregraves grandes distances est devenu plus avantageux en

courant continu qursquoen alternatif et ce gracircce au deacuteveloppement de lrsquoeacutelectronique de puissance

Ainsi il est plus eacuteconomique de convertir la THT ou UHT de lrsquoalternatif au continu de

transporter lrsquoeacutenergie eacutelectrique agrave lrsquoaide de deux lignes et de la reconvertir agrave lrsquoautre extreacutemiteacute

Des eacutetudes ont montreacute qursquoil eacutetait avantageux de recourir au courant continu lorsqursquoil

srsquoagissait de transporter de lrsquoeacutenergie eacutelectrique sur des distances supeacuterieures ou eacutegales agrave 500

km

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

14

CHAPITRE I

Lrsquoaccroissement eacutenorme de la demande de lrsquoeacutenergie eacutelectrique et les contraintes

eacuteconomiques de construire de nouveaux ouvrages conduisent agrave lrsquoexploitation des reacuteseaux

eacutelectriques preacutes de leurs limites de stabiliteacute et de seacutecuriteacute En effet lrsquoinstabiliteacute des reacuteseaux

eacutelectriques preacutesente un problegraveme majeur dans le bon fonctionnement de ces derniers autour du

monde Les perturbations ineacutevitables telles que les courts circuits les indisponibiliteacutes

momentaneacutees des lignes de transmission des geacuteneacuterateurs les transformateurs ainsi que les

pertes dans les lignes peuvent affecter le reacuteseau eacutelectrique agrave tout instant et lrsquoamener en dehors

de sa zone de stabiliteacute La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique est donc la proprieacuteteacute qui lui permet

de rester dans un eacutetat drsquoeacutequilibre pour des conditions de fonctionnement normales et de

retrouver un eacutetat drsquoeacutequilibre acceptable suite agrave une perturbation

I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique

Les reacuteseaux eacutelectriques (transport et distribution) ont pour rocircle drsquoacheminer lrsquoeacutenergie

des sites de production vers les lieux de consommation avec des eacutetapes de baisse du niveau

de tension dans des postes de transformation

Les reacuteseaux eacutelectriques ont pour fonction dinterconnecter les centres

de production tels que les centrales hydrauliques thermiquesetc avec les centres de

consommation (villes usines) [1]

I21) De la centrale aux abonneacutes

La tension agrave la sortie des grandes centrales est porteacutee agrave 400 000 volts (ou 400 kV) pour

limiter les pertes drsquoeacutenergies sous forme de chaleur dans les cacircbles des lignes eacutelectriques de

transport (ce sont les pertes par laquo effets de joule raquo) Ensuite la tension est progressivement

reacuteduite au plus preacutes de la consommation pour arriver aux diffeacuterents niveaux de tension

auxquels sont raccordeacutes les consommateurs (figure I1)

Centrale

De

Production

Poste de

Transformation

THT HT

Poste de

Transformation

MT BT

Poste de

Transformation

HT HT

Abonneacutes HT Abonneacutes BT Abonneacutes MT

Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique

Poste de

Transformation

HTMT

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

15

CHAPITRE I

Les reacuteseaux publics drsquoeacutelectriciteacute (figure I2) sont constitueacutes drsquoun ensemble de

conducteurs et de postes eacutelectriques permettant drsquoacheminer lrsquoeacutenergie depuis les installations

de production jusqursquoaux installations de consommation

Les conducteurs sont les lignes aeacuteriennes ou les cacircbles souterrains (ou les cacircblages

courant en faccedilades drsquoimmeubles) desservant le territoire selon un scheacutema mailleacute ou

arborescent Pour des raisons tenant agrave des calculs technico-eacuteconomiques ils sont exploiteacutes agrave

diffeacuterents niveaux de tension

Les postes eacutelectriques sont situeacutes aux nœuds du maillage ou de lrsquoarborescence des

conducteurs Ils accueillent les transformateurs (pour le changement de niveau de tension) les

organes drsquoaiguillage et de manœuvre des flux et les eacutequipements de surveillance et de seacutecuriteacute

du reacuteseau [2]

Le but premier dun reacuteseau deacutenergie est de pouvoir alimenter la demande des

consommateurs Comme on ne peut encore stocker eacuteconomiquement et en grande quantiteacute

leacutenergie eacutelectrique il faut pouvoir maintenir en permanence leacutegaliteacute [3]

(I1)

Figure I2 Reacuteseaux publiques

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

16

CHAPITRE I

Le reacuteseau eacutelectrique est exploiteacute de maniegravere agrave assurer trois principaux objectifs

bull La distribution drsquoeacutelectriciteacute doit pouvoir ecirctre garantie et ce malgreacute les aleacuteas du reacuteseau

En effet celle-ci est un enjeu agrave la fois financier et de seacutecuriteacute pour les biens mateacuteriels

et des personnes Ainsi lrsquoopeacuterateur du reacuteseau doit ecirctre capable de faire face agrave ces aleacuteas

et drsquoeacuteviter les deacutegacircts potentiels ainsi que leurs propagations Cet enjeu de sucircreteacute de

fonctionnement en reacutegime normal et en reacutegime perturbeacute est un des premiers objectifs

bull Lrsquoonde de tension fait lrsquoobjet drsquoengagement contractuel que lrsquoopeacuterateur se doit de

ternir en respectant une regravegle drsquoeacutegaliteacute cest-agrave-dire une impartialiteacute entre clients en

conservant une continuiteacute de service maximale

bull Le dernier objectif drsquoexploitation est un objectif eacuteconomique lrsquoexploitation doit ecirctre

meneacutee de maniegravere optimale dans le but de reacuteduire les pertes ainsi que les coucircts de

maintenance et drsquoinvestissement Drsquoautre part lrsquoexploitation doit favoriser lrsquoouverture

du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute

I 3) Fonctionnent du reacuteseau eacutelectrique

Lrsquoeacutelectriciteacute produite par les centrales est drsquoabord achemineacutee sur de longues distances

dans des lignes agrave haute tension (HTB) geacutereacutees par RTE (Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute)

Elle est ensuite transformeacutee en eacutelectriciteacute agrave la tension HTA pour pouvoir ecirctre

achemineacutee par le reacuteseau de distribution Cette transformation intervient dans les postes

sources

Une fois sur le reacuteseau de distribution lrsquoeacutelectriciteacute haute tension HTA alimente

directement les clients industriels Pour les autres clients (particuliers commerccedilants

artisans) elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation avant

drsquoecirctre livreacutee

Au final la qualiteacute de lrsquoalimentation en eacutelectriciteacute des utilisateurs du reacuteseau est donc le

reacutesultat de la qualiteacute de tout ce parcours [4]

I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectriques

Dans les pays doteacutes drsquoun systegraveme eacutelectrique eacutelaboreacute le reacuteseau est structureacute en plusieurs

niveaux assurant des fonctions speacutecifiques propres et caracteacuteriseacutes par des tensions adapteacutees agrave

ces fonctions

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

17

CHAPITRE I

Traditionnellement les reacuteseaux eacutelectriques sont deacutecomposeacutes en trois sous-systegravemes la

geacuteneacuteration le transport et la distribution (figure I3) Chaque sous-systegraveme est relieacute par des

postes sources chargeacutes de lrsquoadeacutequation des niveaux de tension

Dans le contexte de ce paragraphe nous allons preacutesenter la structure et la topologie du

reacuteseau eacutelectrique Algeacuterien (les informations des paragraphes ci ndashdessous sont prises lors drsquoun

stage effectueacute agrave la SDO

I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie

I411) Reacuteseaux drsquoutilisation

Ces sont les reacuteseaux de basse tension (BT) qui alimentent les maisons lrsquoeacuteclairage

public les moteurs et les appareils domestiques Ce type de reacuteseau eacutelectrique doit preacutesenter

une continuiteacute de service permanente Geacuteneacuteralement la gamme de tension est de 220 volts agrave

380 volts

Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

18

CHAPITRE I

I412) Reacuteseaux de distribution

Ce sont les reacuteseaux de moyenne tension (MT) qui fournissent aux reacuteseaux

drsquoutilisation les puissances neacutecessaires demandeacutees Ils doivent observer des distances limiteacutees

de voisinage crsquoest pour cela que ces reacuteseaux se reacutealisent en souterrain dans les villes (En

Algeacuterie le niveau de tension de distribution de lrsquoeacutenergie est fixeacute agrave 10 kV)

I413) Reacuteseaux de reacutepartition

Ce sont les reacuteseaux HTMT (3010 kV) ils fournissent les puissances neacutecessaires

aux reacuteseaux de distribution relieacutes entre eux ils facilitent le secours mutuel entre reacutegions

I414) Reacuteseaux de transport

Ils assurent lrsquoalimentation de lrsquoensemble du territoire national gracircce agrave des

transits de puissances importantes et de tensions qui sont de 60 220 et 400 kV

I42) Topologie des reacuteseaux

Les reacuteseaux doivent assurer le transit de lrsquoeacutenergie eacutelectrique avec une seacutecuriteacute

suffisante cette seacutecuriteacute drsquoalimentation est augmenteacutee soit

Par les lignes aux appareillages plus solides

Par des circuits plus nombreux

I421) Reacuteseaux radiaux

Le principe de fonctionnement de reacuteseau radial est agrave une seule voie drsquoalimentation Ceci

signifie que tout point de consommation sur une telle structure ne peut ecirctre alimenteacute que par

un seul chemin eacutelectrique possible Il est de type arborescent Cette arborescence se deacuteroule agrave

partir des points drsquoalimentation qui sont constitueacutes par les postes de distribution publique

HTBHTA ou HTAHTA (reacutepartition) Ce scheacutema (figure I4) est particuliegraverement utiliseacute pour

la distribution de la MT en milieu rural En effet il permet facilement et agrave un moindre coucirct

drsquoacceacuteder agrave des points de consommation de faible densiteacute de charge (gtgt10 kVA) et largement

reacutepartis geacuteographiquement (gtgt 100 km2)

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

19

CHAPITRE I

I422) Reacuteseaux boucleacutes

Cette topologie (Figure I5) est surtout utiliseacutee dans les reacuteseaux de reacutepartition et

distribution MT Les postes de reacutepartition HT ou MT alimenteacutes agrave partir du reacuteseau THT sont

relieacutes entre eux pour former des boucles ceci dans le but drsquoaugmenter la disponibiliteacute

Cependant il faut noter que les reacuteseaux MT ne sont pas forcement boucleacutes [23]

1 Source

2 Poste MTHT

3 Poste MTBT

4 Consommateur

Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute

Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

20

CHAPITRE I

I423) Reacuteseaux mailleacutes

Cette topologie (Figure I6) est presque la norme pour les reacuteseaux de transport Tous les

centres de production sont lieacutes entre eux par des lignes THT au niveau des postes

drsquointerconnexion ce qui forme un maillage Cette structure permet une meilleure fiabiliteacute

mais neacutecessite une surveillance agrave lrsquoeacutechelle nationale voire continentale

On obtient ainsi une meilleure seacutecuriteacute mais agrave un prix plus chers [5]

I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques [6]

Lrsquointerconnexion entre les reacuteseaux de transport drsquoeacutelectriciteacute sert agrave faire passer lrsquoeacutenergie

drsquoun pays agrave un autre Leur rocircle premier est de permettre drsquoassurer la distribution drsquoeacutelectriciteacute

en cas de deacutefaillance soudaine sur le reacuteseau national en faisant appel agrave lrsquoeacutenergie produite et

transporteacutee par les pays voisins

Lrsquointerconnexion des reacuteseaux permet de rendre solidaires les pays voisins et de

diversifier les sources de production Ce foisonnement renforce la seacutecuriteacute

drsquoapprovisionnement et diminue le risque de panne geacuteneacuteraliseacutee

Les infrastructures existantes doivent ecirctre adapteacutees afin drsquoacheminer lrsquoeacutenergie

produite par les nouvelles sources renouvelables

Les infrastructures eacutenergeacutetiques doivent permettre en augmentant les eacutechanges

interreacutegionaux de favoriser la concurrence et drsquoameacuteliorer le fonctionnement du marcheacute

Source 1 Source 2 Source 3 Source 4

Source 5 Source 6

Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

21

CHAPITRE I

I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du Maghreb Arabe

Degraves le mois de juin 1974 bien avant la constitution de lrsquoUnion du Maghreb Arabe

(UMA) en 1989 les entreprises publiques drsquoeacutelectriciteacute des trois pays lrsquoOffice National

Marocain de lrsquoElectriciteacute (ONE) la Socieacuteteacute Nationale Algeacuterienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz

(SONELGAZ) la Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz (STEG) ont deacutecideacute la creacuteation

du Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute (Comelec) immeacutediatement enteacuterineacutee par le Conseil

Permanent Consultatif Maghreacutebin (CPCM) qui regroupe les ministres de lrsquoEconomie des trois

pays

Les compagnies des deux autres pays ont rejoint le Comiteacute Sonelec (Mauritanie) en

1975 et Gecol (Libye) en 1989 apregraves la constitution de lrsquoUMA formant ainsi le groupe

speacutecialiseacute le plus ancien de lrsquoUnion dont les missions consistent agrave promouvoir et coordonner

agrave lrsquoeacutechelle maghreacutebine et vis agrave vis des institutions internationales les relations sur le plan

technique eacuteconomique commercial industriel du management de la formation et des

relations sociales Dans ce cadre des actions concregravetes et efficaces ont eacuteteacute conduites en

commun

bull Renforcement des lignes drsquointerconnexion et deacuteveloppement des eacutechanges eacutelectriques

avec pour finaliteacute drsquoassurer une solidariteacute des reacuteseaux tout en eacutevitant les risques de

propagation drsquoincidents graves

bull Programmes drsquoeacutequipement et eacutetude de projets communs diffusion drsquoun scheacutema

directeur agrave long terme du reacuteseau maghreacutebin projets de station de pompage ou mecircme de

centrale nucleacuteaire

bull Elaboration et mise agrave jour permanente drsquoune carte du reacuteseau eacutelectrique maghreacutebin y

compris le reacuteseau de distribution impliquant lrsquoalimentation des villages frontaliers agrave partir du

reacuteseau le plus proche et dans les conditions technico - eacuteconomiques les plus favorables la

premiegravere action et probablement la plus symbolique a eacuteteacute lrsquoalimentation du village tunisien

martyre de Sakiet Sidi Youcef agrave partir du reacuteseau algeacuterien ou du village marocain de Figuig agrave

partir du reacuteseau algeacuterien agrave Beni Ounif

bull Utilisation commune des structures de formation eacutelectriques et gaziegraveres

bull Promotion de lrsquointeacutegration industrielle maghreacutebine de lrsquointervention des bureaux

drsquoeacutetudes et entreprises de travaux et de fabrication de mateacuteriel eacutelectrique du Maghreb agrave

travers notamment le renforcement de la fonction engineering [7]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

22

CHAPITRE I

I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique

La qualiteacute de cette eacutenergie deacutepend de celle de la tension aux points de raccordement

toutefois cette tension subit geacuteneacuteralement beaucoup de perturbations de deux origines

distinctes drsquoune part les perturbations de courant causeacutees par le passage dans les reacuteseaux

eacutelectriques des courants perturbateurs comme les courants harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et

reacuteactifs et drsquoautre part les perturbations de tension causeacutees par des tensions perturbatrices

comme les tensions harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et les creux de tension [8]

La qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique est consideacutereacutee comme une combinaison de la qualiteacute

de la tension et de la qualiteacute du courant Nous allons donc deacutefinir ces deux notions dans la

suite de ce paragraphe

I61) Qualiteacute de la tension

Dans la pratique lrsquoeacutenergie eacutelectrique distribueacutee se preacutesente sous la forme drsquoun ensemble

de tensions constituant un systegraveme alternatif triphaseacute qui possegravede quatre caracteacuteristiques

principales amplitude freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie [9]

I611) Amplitude

Lrsquoamplitude de la tension est un facteur crucial pour la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute Elle

constitue en geacuteneacuteral le premier engagement contractuel du distributeur drsquoeacutenergie

Habituellement lrsquoamplitude de la tension doit ecirctre maintenue dans un intervalle de plusmn 10

autour de la valeur nominale

Dans le cas ideacuteal les trois tensions ont la mecircme amplitude qui est une constante

Cependant plusieurs pheacutenomegravenes perturbateurs peuvent affecter lrsquoamplitude des tensions En

fonction de la variation de lrsquoamplitude on distingue deux grandes familles de perturbations

- Les creux de tension coupures et surtensions Ces perturbations se caracteacuterisent par des

variations importantes de lrsquoamplitude Elles ont pour principale origine des courts-circuits et

peuvent avoir des conseacutequences importantes pour les eacutequipements eacutelectriques

- Les variations de tension Ces perturbations se caracteacuterisent par des variations de

lrsquoamplitude de la tension infeacuterieure agrave 10 de sa valeur nominale Elles sont geacuteneacuteralement

dues agrave des charges fluctuantes ou des modifications de la configuration du reacuteseau

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

23

CHAPITRE I

I612) Freacutequence

Dans le cas ideacuteal les trois tensions sont alternatives et sinusoiumldales drsquoune freacutequence

constante de 50 ou 60 Hz selon le pays Des variations de freacutequence peuvent ecirctre provoqueacutees

par des pertes importantes de production de lrsquoicirclotage drsquoun groupe sur ses auxiliaires ou son

passage en reacuteseau seacutepareacute ou drsquoun deacutefaut dont la chute de tension reacutesultante entraicircne une

reacuteduction de la charge [9]

I613) Forme drsquoonde

La forme drsquoonde des trois tensions formant un systegraveme triphaseacute doit ecirctre la plus proche

possible drsquoune sinusoiumlde En cas de perturbations au niveau de la forme drsquoonde la tension

nrsquoest plus sinusoiumldale et peut en geacuteneacuteral ecirctre consideacutereacutee comme une onde fondamentale agrave

50Hz associeacutee agrave des ondes de freacutequences supeacuterieures ou infeacuterieures agrave 50 Hz appeleacutees

eacutegalement harmoniques Les tensions peuvent eacutegalement contenir des signaux permanents

mais non-peacuteriodiques alors deacutenommeacutes bruits

I614) Symeacutetrie

La symeacutetrie drsquoun systegraveme triphaseacute se caracteacuterise par lrsquoeacutegaliteacute des modules des trois

tensions et celle de leurs deacutephasages relatifs La dissymeacutetrie de tels systegravemes est

communeacutement appeleacute deacuteseacutequilibre [9]

I62) Qualiteacute du courant

La qualiteacute du courant est relative agrave une deacuterive des courants de leur forme ideacuteale et se

caracteacuterise de la mecircme maniegravere que pour les tensions par quatre paramegravetres amplitude

freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie Dans le cas ideacuteal les trois courants sont drsquoamplitude et

de freacutequence constantes deacutephaseacutes de 2π3 radians entre eux et de forme purement

sinusoiumldale

Le terme laquo qualiteacute du courant raquo est rarement utiliseacute car la qualiteacute du courant est

eacutetroitement lieacutee agrave la qualiteacute de la tension et la nature des charges Pour cette raison laquo la

qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique raquo est souvent reacuteduite agrave laquo la qualiteacute de la tension raquo [10]

Crsquoest lrsquoobjectif de ce meacutemoire ougrave le terme de laquo qualiteacute de lrsquoeacutenergie raquo srsquoapplique

uniquement agrave celle de la tension [13]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

24

CHAPITRE I

I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique

Le reacuteseau eacutelectrique peut ecirctre soumis agrave de multiples perturbations Ces deacutefauts qui

peuvent ecirctre mesureacutes gracircce agrave lrsquoutilisation de centrales de mesure peuvent endommager les

machines et fragiliser toutes les installations eacutelectriques

Il existe diffeacuterents types de perturbations les creux de tension les surtensions

passagegraveres les pheacutenomegravenes transitoires les deacuteseacutequilibres les distensions harmoniques ou

encore les entailles de commutations [11]

I71) Classification des perturbations eacutelectriques

I711) Creux de tension et coupures

Un creux de tension (figure I7) est une baisse brutale de la tension en un point drsquoun

reacuteseau drsquoeacutenergie eacutelectrique agrave une valeur comprise (par convention) entre 90 et 1 (CEI

61000-2-1 CENELEC EN 50160) ou entre 90 et 10 (IEEE 1159) drsquoune tension de

reacutefeacuterence (119880119903119890119891) suivie drsquoun reacutetablissement de la tension apregraves un court laps de temps compris

entre la demi-peacuteriode fondamentale du reacuteseau (10 ms agrave 50 Hz) et une minute

La tension de reacutefeacuterence est geacuteneacuteralement la tension nominale pour les reacuteseaux BT et la

tension deacuteclareacutee pour les reacuteseaux MT et HT

Une tension de reacutefeacuterence glissante eacutegale agrave la tension avant perturbation peut aussi ecirctre

utiliseacutee sur les reacuteseaux MT et HT eacutequipeacutes de systegraveme de reacuteglage (reacutegleur en charge) de la

tension en fonction de la charge Ceci permet drsquoeacutetudier (agrave lrsquoaide de mesures simultaneacutees dans

Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

25

CHAPITRE I

chaque reacuteseau) le transfert des creux entre les diffeacuterents niveaux de tension La meacutethode

habituellement utiliseacutee pour deacutetecter et caracteacuteriser un creux de tension est le calcul de la

valeur efficace laquo rms (12) raquo du signal sur une peacuteriode du fondamental toutes les demi-

peacuteriodes (recouvrement drsquoune demi-peacuteriode)

La figure (I8) montre les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension qui sont donc

bull sa profondeur ∆U (ou son amplitude U)

bull sa dureacutee ∆T deacutefinie comme le laps de temps

a) Origines des creux de tension et coupures

Les creux de tension et les coupures bregraveves sont principalement causeacutes par des

pheacutenomegravenes conduisant agrave des courants eacuteleveacutes qui provoquent agrave travers les impeacutedances des

eacuteleacutements du reacuteseau une chute de tension drsquoamplitude drsquoautant plus faible que le point

drsquoobservation est eacutelectriquement eacuteloigneacute de la source de la perturbation

Les creux de tension et les coupures bregraveves ont diffeacuterentes causes

bull des deacutefauts sur le reacuteseau de transport (HT) de distribution (BT et MT) ou sur

lrsquoinstallation elle-mecircme [9]

Les creux de tension et les coupures bregraveves sont causeacutes par des pheacutenomegravenes aleacuteatoires

Ces pheacutenomegravenes concernent soit le reacuteseau du distributeur soit le reacuteseau de lrsquoutilisateur [12]

Figure I8 Les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12)

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

26

CHAPITRE I

I712) Harmonique

Une harmonique (figure I9) est une composante sinusoiumldale drsquoune onde peacuteriodique ou

drsquoune quantiteacute posseacutedant une freacutequence qui est multiple entier de la freacutequence fondamentale

a) Inters harmoniques

Les inter-harmoniques sont des signaux de freacutequence non multiple de la freacutequence

fondamentale

b) Infra-harmoniques

Les infra harmoniques sont des signaux de freacutequence infeacuterieure agrave celle du fondamentale

c) Conseacutequences des harmoniques

Les courants harmoniques qui se propagent dans les reacuteseaux eacutelectriques deacuteforment

lrsquoallure du courant de la source et polluent les consommateurs alimenteacutes par les mecircmes

reacuteseaux On peut classer les effets engendreacutes par les harmoniques en deux types [8]

les effets instantaneacutes

les effets agrave terme

d) Les principales sources drsquoharmoniques

Ce sont des charges qursquoil est possible de distinguer selon leurs domaines industrielles

ou domestiques

Les charges industrielles

Eacutequipements drsquoeacutelectroniques de puissance variateurs de vitesse redresseurs agrave

diodes ou agrave thyristors onduleurs alimentations agrave deacutecoupage

Charges utilisant lrsquoarc eacutelectrique fours agrave arc machines agrave souder eacuteclairage

(lampes agrave deacutecharge tubes fluorescents) Les deacutemarrages de moteurs par

deacutemarreurs eacutelectroniques et les enclenchements de transformateurs de puissance

sont aussi geacuteneacuterateurs drsquoharmoniques (temporaires) [9]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

27

CHAPITRE I

I713) Surtensions

Ce pheacutenomegravene (figure I10) se produit lorsqursquoun composant eacutelectrique posseacutedant deux

bornes reccediloit une tension supeacuterieure agrave celle de la tension normale du circuit [13]

Les surtensions sont de trois natures

bull Temporaires (agrave freacutequence industrielle)

bull De manœuvre

bull Drsquoorigine atmospheacuterique (foudre)

Elles peuvent apparaicirctre

bull en mode diffeacuterentiel (entre conducteurs actifs phph ndash phneutre)

bull en mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) [10]

Figure I9 Harmoniques

Figure I10 Exemple de surtension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

28

CHAPITRE I

a) Origine ou causes des surtensions

Les orages sont des eacuteveacutenements tregraves habituels et aussi tregraves dangereux On estime que

sur notre planegravete se produisent simultaneacutement quelques 2000 orages et quenviron 100 coups

de foudre se deacutechargent sur la terre chaque seconde Au total cela repreacutesente environ 4000

orages quotidiens et 9 millions de deacutecharges atmospheacuteriques chaque jour

Au moment de lrsquoimpact la foudre provoque une impulsion de courant qui arrive agrave

atteindre des dizaines de milliers drsquoampegraveres Cette deacutecharge geacutenegravere une surtension dans le

systegraveme eacutelectrique qui peut provoquer des incendies la destruction de machines et la mort de

personnes [14]

I714) Variations et fluctuations de tension

Des variations rapides de tension reacutepeacutetitives ou aleacuteatoires (figure I11) sont provoqueacutees

par des variations rapides de puissance absorbeacutee ou produite par des installations telles que les

soudeuses fours agrave arc eacuteoliennes etc [15]

Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations

cycliques ou aleacuteatoires de lrsquoenveloppe drsquoune tension dont les caracteacuteristiques sont la

freacutequence de la variation et lrsquoamplitude

a) Origines des variations et fluctuations de tension

bull Les variations lentes de tension sont causeacutees par la variation lente des charges

connecteacutees au reacuteseau

bull Les fluctuations de tension sont principalement dues agrave des charges industrielles

rapidement variables comme les machines agrave souder les fours agrave arc les laminoirs

Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

29

CHAPITRE I

I715) Deacuteseacutequilibres

Dans un reacuteseau triphaseacute on a ideacutealement des amplitudes eacutegales de la tension et du

courant respectivement sur chacune des trois phases et un angle de phase de 120 degreacutes

Lorsque les tensions ou les courants preacutesentent une diffeacuterence drsquoamplitude il y a deacuteseacutequilibre

(figure I12) et cela peut causer des problegravemes pour les eacutequipements triphaseacutes brancheacutes au

reacuteseau Lrsquoimpact le plus courant du deacuteseacutequilibre est la surchauffe des eacutequipements et par

conseacutequent la deacutegradation de lrsquoisolation eacutelectrique et la reacuteduction de la dureacutee de vie

a) Origines de deacuteseacutequilibres

Les deacuteseacutequilibres de tension surviennent habituellement en preacutesence drsquoun deacuteseacutequilibre

des charges et de leurs appels de courant En effet toute charge triphaseacutee doit appeler un

courant identique sur chaque phase Quant aux charges monophaseacutees brancheacutees agrave un reacuteseau

triphaseacute on doit les reacutepartir le plus uniformeacutement possible entre les trois phases

De plus certains deacuteseacutequilibres de tension reacutesultent de lrsquoexploitation et de la nature des

eacutequipements du reacuteseau eacutelectrique [16]

I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations

La figure (I13) preacutesente une classification possible des diffeacuterents types de

perturbations Il est agrave noter qursquoaucune classification ne fait actuellement reacutefeacuterence et drsquoautres

notions peuvent ecirctre parfois utiliseacutees variations rapides de tension surtensions temporaires

etc Il faut noter eacutegalement que lrsquoimpact agrave long terme de ces diffeacuterents types de perturbations

sur la dureacutee de vie des appareils eacutelectriques reste aujourdrsquohui assez meacuteconnu Preacutecisons enfin

qursquoen langage courant le terme tension fait le plus souvent reacutefeacuterence agrave la valeur efficace de

Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

30

CHAPITRE I

lrsquoonde de tension ou agrave une moyenne de la valeur efficace sur une certaine dureacutee (pour une

onde imparfaitement peacuteriodique la valeur efficace nrsquoa de sens que localement pour un

intervalle de temps suffisamment court) et non agrave la valeur instantaneacutee de la tension (qui

oscille autour de 0 V avec une peacuteriode de 20 ms)

I72) Le systegraveme de protection

A lrsquoinstar des alternateurs des transformateurs et des lignes drsquoautres dispositifs

existent pour assurer non seulement un fonctionnement normal mais aussi la protection des

eacutequipements et du personnel drsquoexploitation du reacuteseau Cela englobe les transformateurs de

mesures les disjoncteurs les interrupteurs les sectionneurs les fusibles les eacuteclateurs et sont

directement relieacutes au reacuteseau Ces dispositifs permettent drsquointerrompre volontairement et agrave

Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

31

CHAPITRE I

tout moment la fourniture drsquoeacutenergie eacutelectrique mais aussi automatiquement agrave la survenance

drsquoune quelconque perturbation (deacutefaut) Les eacutequipements de controcircle associeacutes agrave ces dispositifs

ainsi que les relais de protection sont installeacutes dans des salles de controcircle [17]

I8) La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique de HT est une proprieacuteteacute dun systegraveme de puissance

qui lui permet de rester dans un eacutetat deacutequilibre dans des conditions normales de

fonctionnement et de retrouver un eacutetat acceptable deacutequilibre apregraves avoir eacuteteacute soumis agrave

une perturbation [18]

Une perturbation sur un reacuteseau peut ecirctre une manœuvre preacutevue comme lenclenchement

dune inductance shunt ou non preacutevue comme un court-circuit causeacute par la foudre entre une

phase et la terre par exemple Lors de la perturbation lamplitude de la tension aux diffeacuterents

jeux de barres du reacuteseau peut varier ainsi que la freacutequence La variation de la freacutequence est

due aux variations de la vitesse des rotors des alternateurs [19]

I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques

La stabiliteacute peut ecirctre eacutetudieacutee en consideacuterant la topologie du reacuteseau sous

diffeacuterents angles Lrsquoeacutetat de fonctionnement drsquoun reacuteseau eacutelectrique est deacutecrit selon des

grandeurs physiques telles que lamplitude et langle de phase de la tension agrave chaque bus et la

puissance active reacuteactive circulant dans chaque ligne et la vitesse de rotation de la

geacuteneacuteratrice synchrone Si elles ne sont pas constantes le reacuteseau eacutelectrique est consideacutereacute

comme eacutetant en perturbations [16]

La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee selon la nature de la perturbation

Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor

Stabiliteacute de la freacutequence

Stabiliteacute de la tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

32

CHAPITRE I

La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee en petite et grande amplitude de perturbation en

fonction de lrsquoorigine et de lampleur du deacutefaut Par rapport au temps deacutevaluation la

stabiliteacute peut ecirctre agrave courte ou agrave longue dureacutee tel qursquoil est deacutecrit dans la figure (I14)

I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire)

Dans un reacuteseau eacutelectrique la stabiliteacute de lrsquoangle du rotor est deacutefinie comme la capaciteacute

drsquoun ensemble de geacuteneacuteratrices synchrones interconnecteacutees de conserver le synchronisme

dans des conditions de fonctionnement normales ou apregraves une perturbation Un systegraveme

est instable si la diffeacuterence entre les angles rotoriques des geacuteneacuterateurs augmente

indeacutefiniment ou si loscillation transitoire provoqueacutee par une perturbation nest pas

suffisamment amortie dans le temps deacutevaluation

Lrsquoinstabiliteacute angulaire se manifeste sous forme drsquoun eacutecart croissant entre les angles

rotorique Une machine qui a perdu le synchronisme sera deacutebrancheacutee par une protection de

survitesse ou par une protection de perte de synchronisme ce qui met en danger lrsquoeacutequilibre

production consommation du systegraveme

Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique [18]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

33

CHAPITRE I

I8211) Stabiliteacute angulaire aux petites perturbations

Elle concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir le synchronisme en preacutesence

de petites perturbations comme une petite variation de la charge ou de geacuteneacuteration manœuvre

drsquoeacutequipement etc Lrsquoeacutevaluation de ce type de perturbation prend quelques secondes

a) La stabiliteacute statique

Apregraves le reacutegime transitoire ducirc agrave la perturbation le systegraveme entre dans le reacutegime

permanent Dans ce cas pour eacutetudier le systegraveme il faut eacutevaluer la stabiliteacute statique du reacuteseau

Le systegraveme nest pas stable si les contraintes de fonctionnement ne sont pas respecteacutees

Cet eacutetat est appeleacute lrsquoeacutetat instable ou leacutetat durgence

Dans un reacuteseau qui est dans leacutetat durgence les opeacuterateurs du centre de controcircle ont

suffisamment de temps pour ramener le systegraveme agrave leacutetat stable ou au reacutegime normal en

apportant des modifications suppleacutementaires [20]

b) Stabiliteacute dynamique

Si une perturbation mineure est effectueacutee sur le reacuteseau agrave partir dun reacutegime permanent

stable et que le reacuteseau retrouve son mode de fonctionnement normal en reacutegime permanent le

reacuteseau est dit dynamiquement stable Pour un reacuteseau deacutenergie eacutelectrique on entend par

perturbation mineure des manœuvres ou des opeacuterations normales sur le reacuteseau comme

lenclenchement dune inductance shunt ou des variations mineures de la charge

c) Stabiliteacute transitoire

Lorsquil y a une perturbation majeure sur le reacuteseau et que le reacuteseau retrouve son mode

de fonctionnement normal apregraves la perturbation alors le reacuteseau est dit transitoirement stable

Les perturbations majeures sont les courts-circuits les pertes de lignes les bris deacutequipements

majeurs comme les transformateurs de puissance et les alternateurs peuvent ecirctre tregraves graves

pouvant mecircme conduire agrave lrsquoeffondrement total du reacuteseau Si lrsquoinstabiliteacute se manifeste

directement suite agrave la perturbation (plus preacuteciseacutement dans la premiegravere La stabiliteacute transitoire

deacutepend de la relation non-lineacuteaire couples- angles Le pheacutenomegravene de la stabiliteacute transitoire

concerne les grandes perturbations telles que [15]

Les courts-circuits affectant un eacuteleacutement du reacuteseau notamment aux bornes des

machines

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

34

CHAPITRE I

La perte drsquoun ouvrage (eg une ligne de transmissionhellip)

La perte drsquoun groupe de production

Les conseacutequences de ces deacutefauts seconde qui suit lrsquoeacutelimination du deacutefaut) elle est

appeleacutee instabiliteacute de premiegravere oscillation (en anglais First Swing Instability) (cas 1 figure

I15) et elle srsquoeacutetend sur 3 agrave 5 secondes Elle peut reacutesulter de la superposition des effets de

plusieurs modes drsquooscillation lents exciteacutes par la perturbation provoquant ainsi une variation

importante de lrsquoangle de rotor au-delagrave de la premiegravere oscillation (instabiliteacute de multi

oscillations) (cas 2 figure I15) La gamme de temps associeacutee srsquoeacutetend de 10 agrave 20 secondes

[25]

I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire

En vue de son importance dans la planification la conception et lrsquoexploitation des

reacuteseaux drsquoeacutenergie eacutelectrique lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire reste un deacutefit majeur

pour les ingeacutenieurs pour eacuteviter tous eacuteveacutenement qui peut conduire vers un black out Les

solutions envisageables drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire se basent sur [8]

bull Augmentation de la constante drsquoinertie des geacuteneacuterateurs

bull Augmentation de la puissance active

bull Installation des protections et des appareils de coupure rapides

bull Implantation des valves rapides des turbines agrave gaz

bull Installation des reacutesistances drsquoamortissement

bull Utilisation des PSS

bull Controcircle rapide et flexible de lrsquoeacutecoulement de puissance

a- Stable

b- instable

Cas 1 instabiliteacute de premiegravere oscillation Cas 2 instabiliteacute de plusieurs oscillations

Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

35

CHAPITRE I

I822) Stabiliteacute de la freacutequence

La stabiliteacute de freacutequence concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir sa freacutequence

proche de la valeur nominale suite agrave un incident seacutevegravere ayant ou non conduit agrave un

morcellement du systegraveme La stabiliteacute de freacutequence est eacutetroitement lieacutee agrave lrsquoeacutequilibre global

entre la puissance active produite et consommeacutee [20]

I823) Stabiliteacute de tension

Dans des conditions de fonctionnement normales ou suite agrave une perturbation La

stabiliteacute de tension concerne la capaciteacute dun systegraveme de puissance agrave maintenir des tensions

acceptables en tous ses nœuds En fonctionnement normal lorsque nous connectons des

eacutequipements consommateurs agrave un reacuteseau eacutelectrique la tension au point de raccordement

tombe leacutegegraverement et la puissance totale consommeacutee augmente

Selon lrsquoamplitude de la perturbation on distingue la stabiliteacute de tension de

petites perturbations et celle de grandes perturbations [20]

Lrsquoinstabiliteacute reacutesultante peut se produire sous forme de chute progressive ou eacuteleacutevation de

la tension de quelques jeux de barres Les reacutesultats possibles de lrsquoinstabiliteacute de tension sont la

perte de la charge dans un secteur ou deacuteclenchement des lignes de transmission et mecircme

drsquoautres eacuteleacutements par leurs systegravemes de protection agrave des pannes en cascades Il est deacutemontreacute

que la majoriteacute des blackouts sont causeacutes par lrsquoinstabiliteacute de tension [8]

I8231) Instabiliteacute de la tension

On deacutefinit la stabiliteacute de la tension comme la capaciteacute de maintenir une tension de barre

constamment acceptable agrave chaque nœud du reacuteseau dans des conditions normales de

fonctionnement apregraves avoir subi une perturbation Leacutetat du reacuteseau est dit instable en tension

lorsquune perturbation un accroissement de la charge ou une modification de la condition du

reacuteseau entraicircne une chute de tension progressive et incontrocirclable de la tension aboutissent en

un effondrement geacuteneacuteraliseacute de la tension [16]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

36

CHAPITRE I

I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension

Les problegravemes drsquoapparition du pheacutenomegravene drsquoeacutecroulement de tension sont toujours lieacutes agrave

la difficulteacute de reacutegler la tension au dessus drsquoune certaine valeur appeleacutee tension critique

Geacuteneacuteralement lrsquoeffondrement de tension se produit dans les reacuteseaux eacutelectriques qui sont

fortement chargeacutes court-circuiteacutes etou ont un manque de puissance reacuteactive

I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites perturbations

La stabiliteacute de tension de petites perturbations concernes la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique

agrave maintenir la tension dans les limites permise en preacutesence de perturbations telles que une

variation faible de la charge de la production etc [18]

I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes perturbations

Elle est deacutefinie comme la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique agrave maintenir les tensions des

nœuds dans les limites de fonctionnement permise en preacutesence des grandes perturbations agrave

savoir la perte drsquoun eacutequipement de transport ou de production le court circuithellipetc [18]

Dans ce meacutemoire nous nous inteacuteressons seulement agrave la stabiliteacute de tension Une eacutetude

deacutetailleacutee sera preacutesenteacutee dans la section suivante

I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension

La plupart de ces changements ont des effets significatifs sur la production la

consommation et la transmission de puissance reacuteactive ainsi sur la stabiliteacute de tension Par

conseacutequent des mesures peuvent ecirctre utiliseacutees pour ameacuteliorer la stabiliteacute de tension tels que

- Un controcircle automatique des condensateurs shunts

- Un blocage des reacutegleurs en charge automatique

- Une nouvelle reacutepartition de la geacuteneacuteration

- Une replanification du fonctionnement des geacuteneacuterateurs et des nœuds de commande

- Une reacutegulation de tension secondaire

- Un plan de deacutelestage

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

37

CHAPITRE I

I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation

Dans la plupart du temps les sources drsquoeacutenergie eacutelectrique se trouvent loin des zones de

consommation Cette situation rend le transport de lrsquoeacutenergie reacuteactive tregraves difficile agrave cause des

pertes reacuteactives tregraves eacuteleveacutees Cette difficulteacute de transport drsquoeacutenergie reacuteactive augmente la

probabiliteacute drsquoapparition drsquoune instabiliteacute ou drsquoun effondrement de tension

I92) Charge appeleacutee trop importante

Lrsquoune des causes de lrsquoinstabiliteacute de tension correspond agrave une charge eacuteleveacutee Elle est

ducirce agrave lrsquoaugmentation croissante de la demande et agrave un large transfert drsquoeacutenergie entre

compagnies Une instabiliteacute de tension peut se produire en particulier lorsque la charge eacuteleveacutee

est plus importante que celle preacutevue et le risque est drsquoautant plus grand que la consommation

reacuteactive est eacutegalement plus grande que preacutevue [18]

I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport

Les planificateurs sont de plus en plus conscients des limites dutilisation des reacuteseaux de

transport et dinterconnexion La situation actuelle dans beaucoup de pays au monde est

caracteacuteriseacutee par les tendances suivantes

1 Augmentation de la consommation deacutelectriciteacute due agrave lindustrialisation agrave

lurbanisation et agrave la croissance de la population Avec laugmentation des transits

de puissance les reacuteseaux deviennent plus compliqueacutes agrave geacuterer subissent de grandes

variations de puissance et de grandes pertes Ceci fait que leur niveau de seacutecuriteacute

diminue

2 Contraintes eacutecologiques et administratives Le respect de lenvironnement joue un

rocircle important dans la socieacuteteacute actuelle et cest principalement pourquoi il est de

plus en plus difficile dobtenir des permis de construire pour de nouvelles lignes ou

pour limplantation de nouvelles centrales Dans laffirmative cela demande

plusieurs anneacutees

3 Contraintes opeacuterationnelles La demande de puissance a une croissance constante

mais geacuteographiquement irreacuteguliegravere Les centrales qui geacutenegraverent leacutenergie sont

souvent eacuteloigneacutees des charges importantes et la localisation des nouvelles centrales

deacutepend essentiellement dautorisations administratives et du respect de

lenvironnement

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

38

CHAPITRE I

Pour satisfaire la demande deacutenergie sous ces conditions contradictoires les services

publics font de plus en plus appel pour des problegravemes eacuteconomiques et dameacutelioration de la

seacutecuriteacute aux eacutechanges internationaux de puissance ce qui demande une interconnexion entre

des systegravemes preacutevus indeacutependants au deacutepart

Laugmentation du maillage associeacute au mode de transit libre de puissance agrave travers les

reacuteseaux deacuteveloppe des boucles de puissance et des lignes en parallegravele ce qui surcharge

certaines lignes avec pour conseacutequence de deacuteteacuteriorer le profil de tension et de diminuer la

stabiliteacute du reacuteseau Consideacuterant que les reacuteseaux de transport eacutelectrique repreacutesentent une

grande valeur eacuteconomique il faut essayer daller dans les directions suivantes

Ameacuteliorer lutilisation des eacutequipements existants en augmentant leur capaciteacute de

transfert de puissance Dun point de vue financier cela peut se reacuteveacuteler avantageux

Ameacuteliorer la flexibiliteacute des reacuteseaux car pouvoir changer rapidement leur

configuration permet une meilleure reacutepartition de la puissance particuliegraverement en cas de

perturbations ou de transferts de puissance impreacutevus [21]

I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Le transport de la puissance reacuteactive par les lignes eacutelectriques cause des pertes une

diminution de la stabiliteacute du reacuteseau et une chute de tension agrave son extreacutemiteacute Afin deacuteviter cela

de la compensation de puissance reacuteactive seacuterie ou shunt selon les cas est utiliseacute pour limiter

ce transport de puissance reacuteactive

Diffeacuterents appareils eacutelectriques peuvent servir agrave reacutealiser cette compensation (figure I16)

machines synchrones batteries de condensateurs inductance ou FACTS [22]

La compensation est une technique de la gestion drsquoeacutenergie reacuteactive afin drsquoameacuteliorer la

qualiteacute eacutenergeacutetique dans les reacuteseaux eacutelectriques agrave courant alternatif Elle peut se reacutealiser de

plusieurs maniegraveres ayant pour buts

La correction du facteur de puissance

Ameacutelioration de la reacutegulation de la tension

Equilibre des charges

Lrsquoaide au retour agrave la stabiliteacute en cas de perturbation [19]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

39

CHAPITRE I

En installant des dispositifs controcirclables comme le transport drsquoeacutenergie en courant

continu (High Voltage Direct Current HVDC) et les dispositifs FACTS (Flexible Alternating

Current Transmission System) Malgreacute le coucirct eacuteleveacute de cette solution mais vu lrsquoeacutevolution

reacutecente des reacuteseaux eacutelectriques et leurs contraintes cette solution est tregraves efficace

Lrsquoune des meacutethodes drsquoameacuteliorer la capaciteacute drsquoun systegraveme eacutelectrique agrave reacutesister contre les

grands incidents est drsquointeacutegrer des dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance (FACTS)

dans le reacuteseau de transport Lrsquoeacutetude lrsquoapport et lrsquoutilisation de ces dispositifs font lrsquoobjet de

ce meacutemoire

Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Compensation

traditionnelles

Les dispositifs FACTS

Compensateurs

synchrones Batteries de

condensateurs

Batteries de

condensateurs

HT et MT

Les inductances

les PSS (Power

System Stabiliser)

1er

geacuteneacuteration

2eme

geacuteneacuteration

3eme

geacuteneacuteratio

n

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

40

CHAPITRE I

I11) Conclusion

Ce chapitre nous a permis drsquoexposer des geacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriques en

mentionnant la structure et la topologie du reacuteseau ensuite on a parleacute sur lrsquointerconnexion entre

les pays du Maghreb et le reacuteseau Algeacuterien

Dans ce chapitre nous avons aussi preacutesenteacute les deacutefinitions et les caracteacuteristiques des

diffeacuterents types de stabiliteacute drsquoun systegraveme de puissance Le concept geacuteneacuteral de la stabiliteacute est

syntheacutetiseacute en trois groupes (stabiliteacute de lrsquoangle de rotor de la tension et de la freacutequence)

Les dispositifs FACTS sont capables de remplir diverses fonctions comme le maintien

de tension le controcircle des flux de puissance et aussi lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau

etc

Dans le chapitre suivant nous allons exposer le concept des FACTS le contexte

algeacuterien concernant ses dispositifs sera aussi abordeacute

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

41

CHAPITRE I

Chapitre 2

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

42

II1) Introduction

Avec le deacuteveloppement technologique et industriel que vie le monde entier la demande

en eacutenergie eacutelectrique est en augmentation continue et sans cesse Pour satisfaire ces besoins et

acheminer cette eacutenergie aux points de consommation disperseacutes sur un large espace

geacuteographique les reacuteseaux eacutelectriques ayant des capaciteacutes de transit limiteacute agrave cause des limites

thermique des lignes doivent seacutelargir et de nouvelles lignes dextension seront ajouteacutees Face

agrave ce problegraveme et devant les contraintes environnementale eacutecologique et eacuteconomique de

reconstructions de nouvelles lignes la compagnie ameacutericaine EPRI (Electric Power Research

Institue) a lanceacute en 1988 un projet drsquoeacutetude des systegravemes FACTS afin de mieux maicirctriser le

transit de puissance dans les lignes eacutelectriques et daugmenter leurs capaciteacutes de transfert Le

concept FACTS regroupe tous les dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance qui

permettent drsquoameacuteliorer lrsquoexploitation du reacuteseau eacutelectrique

Aussi ces reacuteseaux eacutelectriques de taille importantes seront confronteacutes par divers

problegravemes de fonctionnement agrave cause du controcircle traditionnel utilisant des systegravemes de

commande eacutelectromeacutecaniques de temps de reacuteponse lent par rapport agrave ces nouveaux systegravemes

FACTS agrave base dinterrupteurs statiques et de court temps de reacuteponse (moins dune seconde)

Aujourdhui cette technologie FACTS simpose pour les systegravemes eacutenergeacutetiques en

augmentant leurs capaciteacutes de transport en ameacuteliorant le controcircle des paramegravetres de ces

derniers donc leur assurer une flexibiliteacute du transfert de leacutenergie et ameacuteliorer sa stabiliteacute

Le concept FACTS (Flexible AC Transmission System) est neacute pour reacutepondre aux

diffeacuterentes difficulteacutes croissantes de transmission dans les reacuteseaux et surtout la maicirctrise de

transit de puissance (compensateur de puissance reacuteactive variateur de charge universelhellip)

ces dispositifs peuvent ameacuteliorer le comportement dynamique des reacuteseaux eacutelectriques [25]

II2) Le concept FACTS

Les problegravemes des reacuteseaux eacutenonceacutes ci ndashdessus devenant plus preacutesents drsquoanneacutee en

anneacutee EPRI (Electric Power Research Institute) qui repreacutesente un consortium deacutedieacute agrave la

recherche dans les reacuteseaux eacutelectriques et regroupant des compagnies drsquoeacutelectriciteacute ameacutericaines

a lanceacute en 1988 le concept FACTS (Flexible AC Transmission Systems) qui est un projet agrave

long terme La technologie FACTS utilise lrsquoeacutelectronique de puissance et plus particuliegraverement

des systegravemes agrave thyristors qui permettent drsquoobtenir des vitesses de commande nettement

supeacuterieures agrave celles des systegravemes meacutecaniques qui sont encore largement utiliseacutes et un niveau

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

43

de maintenance bien infeacuterieur car les systegravemes meacutecaniques srsquousent beaucoup plus rapidement

que les systegravemes statiques Parmi les systegravemes FACTS on cite [26]

Compensateur synchrone statique (lsquoSTATCOMrsquo Static Synchronous Compensator)

Static Synchronous Series Compensator (SSSC)

Le controcircleur de transit de puissance entre ligne IPFC (Interline Power Flow

Controller)

Face agrave la saturation des reacuteseaux de puissance les compagnies de distribution drsquoeacutenergie

eacutelectrique exploitent de plus en plus leurs reacuteseaux pregraves des limites de seacutecuriteacute (conduite aux

limites) Cette situation engendre des problegravemes drsquoexploitation notamment pour le controcircle

des flux de puissance le maintien drsquoun profil de tension acceptable la surveillance des reports

de chargehellipetc Agrave cet effet lrsquoaspect seacutecuriteacute prend une grande importance et des recherches

sont entreprises dans diffeacuterents pays pour trouver des moyens susceptibles drsquoameacuteliorer la

seacutecuriteacute et rendre lrsquoexploitation des reacuteseaux plus flexible

Ainsi plusieurs eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees pour connaitre les avantages lieacutes agrave lrsquoutilisation

des dispositifs FACTS dans les reacuteseaux pour

le support du profil de la tension

lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute statique et dynamique

lrsquoamortissement des oscillations subsynchrones

Ces avantages deacutecoulent principalement de lrsquoaugmentation des capaciteacutes de transit des

lignes existantes par un controcircle rigoureux des diffeacuterents variables du reacuteseau Pour fixer les

ideacutees nous pouvons prendre un exemple simple

Consideacuterons le transit de puissance sur une ligne agrave courant alternatif Cette ligne est

repreacutesenteacutee sur la figure (II1) les pertes eacutetant supposeacutees nulles la puissance transmise P est

fonction des amplitudes des tensions E1 et E2 aux extreacutemiteacutes de la ligne du deacutephasage 12057512

entre ces deux tensions et de lrsquoimpeacutedance x de la ligne comme le montre lrsquoeacutequation (II1)

1

Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif

x

p

1 2

119916120783

2 119916120784

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

44

119823 = 119812120783119812120784

119831 119852119842119847120517120783120784

Cette eacutequation montre que la puissance transmissible par une ligne est limiteacutee par les

paramegravetres eacutenonceacutes ci-dessus et pas forceacutement par sa limite thermique De plus il deacutecoule de

cette eacutequation que si lrsquoon peut reacutegler un deux ou les trois paramegravetres on controcircle alors le

transit de puissance dans la ligne [26]

Elle montre aussi quil est possible daugmenter la puissance transiteacutee entre deux

reacuteseaux soit en maintenant la tension des systegravemes soit en augmentant langle de transport

entre les deux systegravemes soit en reacuteduisant artificiellement limpeacutedance de la liaison En jouant

sur un ou plusieurs de ses paramegravetres les FACTS permettent un controcircle preacutecis des transits de

puissance reacuteactive une optimisation des transit de puissance active sur les installations

existantes et une ameacutelioration de la stabiliteacute dynamique du reacuteseau Ils permettent aussi aux

consommateurs industriels de reacuteduire les deacuteseacutequilibres de charges et de controcircler les

fluctuations de tensions creacuteeacutees par des variations rapides de la demande de puissance reacuteactive

et ainsi daugmenter les productions de reacuteduire les coucircts et dallonger la dureacutee de vie des

eacutequipements [27]

En effet les FACTS permettent de

ne pas transporter drsquoeacutenergie reacuteactive en la fournissant lagrave ougrave elle est demandeacutee

augmenter les puissances maximales transmissibles et donc les transferts de

puissance active

controcircler les flux de puissance pour la surcharge des lignes et le risque de

deacuteclenchement en cascade [26]

II21) Fonctionnement des FACTS

Un FACTS agit geacuteneacuteralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de

la puissance reacuteactive sur le reacuteseau Ceci a pour effet de modifier lamplitude de la tension agrave

son point de connexion et par conseacutequent la puissance active maximale transmissible

Les FACTS sont utiliseacutes aussi pour le filtrage des courants harmoniques et la

stabilisation de la tension Lordre de grandeur de la puissance dun FACTS va de

quelques MVA (Meacutega Volts Ampegraveres) agrave quelques centaines de MVA Ils sappliquent dans

deux secteurs principaux

(II1)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

45

Grand reacuteseaux de transmission

Pour ameacuteliorer le controcircle augmenter les capaciteacutes de transfert de puissance et assister

la reacutecupeacuteration du reacuteseau conseacutecutive agrave un deacutefaut dans les systegravemes de transmission AC

(Alternative Current)

Reacuteseaux Industriels

Pour ameacuteliorer la qualiteacute de la puissance fournie en un point preacutecis du reacuteseau AC en

preacutesence de fluctuations de charge eg compensation du flicker pour les fours agrave arc Gamme

de puissance infeacuterieure agrave celle dun reacuteseau de transmission

II22) Contexte algeacuterien

Depuis les anneacutees 2000 le deacuteveloppement du reacuteseau de transport drsquoeacutelectriciteacute fait partie

des prioriteacutes de lrsquoAlgeacuterie [26]

Le reacuteseau de transport algeacuterien est en phase drsquoexpansion car il doit reacutepondre agrave la forte

augmentation de la demande en eacutelectriciteacute (+ 5 agrave 7 par an) Les principaux besoins en

eacutelectriciteacute sont domestiques lieacutes

bull agrave lrsquoaccroissement de la population (celle-ci a plus que tripleacute en 50 ans et son

taux de croissance est actuellement estimeacute agrave 12 par an)

bull au changement des habitudes de consommation avec lrsquousage des appareils En

outre dans les anneacutees 90 peu drsquoinvestissements ont eacuteteacute entrepris sur le reacuteseau

eacutelectrique et celui-ci srsquoest deacutegradeacute

Au total depuis 2005 pregraves de 15 000 km de nouvelles lignes HT et THT ont eacuteteacute

reacutealiseacutes ou restent agrave construire

Le deacuteveloppement du reacuteseau de transport concerne agrave la fois le deacuteveloppement des

reacuteseaux hauts tension (60 et 220 000 Volts) et la creacuteation drsquoun reacuteseau agrave tregraves haute tension

(400 000 Volts)

Le deacuteveloppement du reacuteseau 400 000 Volts est mis en œuvre agrave la fois dans lrsquoaxe

bull Est-Ouest (interconnexions internationales avec le Maroc et la Tunisie)

bull Nord-Sud (raccordement des reacuteseaux du Sud jusqursquoalors le point trop isoleacute du reacuteseau

national)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

46

En 2002 un total de trois SVC (static var compensator) a eacuteteacute introduit dans le reacuteseau

national de la Sonelgaz un dispositif agrave la sous station de Naama et deux agrave Beacutechar (figure

II2)

Les trois SVC ont une classe identique -10+40Mvar agrave la tension 220 kV (figure II3) et

lrsquoune des plates- formes de ses trois SVC est montreacutee par la figure (II2) Le reacuteseau est

constitueacute drsquoune ligne de 500km sous une tension de 220kv Un seul circuit aeacuterien de la ligne

de transmission pour lrsquoalimentation de la charge eacuteloigneacutee dans la partie ouest du pays

Des productions locales de diesel et des turbines agrave gaz alimentent les charges locales de

Beacutechar depuis le deacutebut des anneacutees quatre vingt dix et elles ont eacuteteacute fermeacutees pendant lrsquoanneacutee

2002

Deux sous stations 22060 kV une intermeacutediaire (Naama) et une agrave la fin de la ligne

(Beacutechar) ont eacuteteacute eacutequipeacutees avec des SVC (figure II3) pour les objectifs suivants

bull Pour fournir au systegraveme de transmission le support en eacutenergie reacuteactive afin de

maintenir une tension stable pendant le fonctionnement normal et quotidien

bull Pour le rendement dynamique au cours du controcircle de la ligne 220 kV mise sous

tension ainsi pour le maintien drsquoune tension stable dans le systegraveme sous diverses

conditions drsquoexploitation En particulier pour preacutevenir lrsquoeffondrement de tension

(voltage collapse) et lrsquoinstabiliteacute du systegraveme pendant le transitoire et lrsquoeacutevolution

rapide des conditions de tension dans le systegraveme Les charges prisent hors reacuteseau

220 kV sont de lrsquoordre de 12 MVA agrave Naama et 35 MVA agrave Beacutechar

Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar [26]

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

47

II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS

La compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive au niveau des lignes de transmission permet la

reacutegulation du profil de la tension le long de ces lignes avec un bon controcircle de la puissance

active transmise Il est reconnu que la stabiliteacute peut ecirctre ameacutelioreacutee quelque soit son type si la

compensation reacuteactive du systegraveme de transmission varie rapidement Les meacutethodes de

compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive classiques se basent sur les batteries de condensateurs ou

les bobines fixes ou commandeacutees meacutecaniquement Ces meacutethodes sont non efficaces dans le

controcircle du reacuteseau eacutelectrique quand il est seacutevegraverement perturbeacute

Gracircce aux avanceacutees reacutecentes dans la technologie des IGBT et GTO le temps de reacuteaction

de ces dispositifs a diminueacute agrave quelques milli secondes Il est possible donc de reacutepondre agrave la

demande par lrsquoutilisation drsquoune compensation rapide en utilisant les dispositifs FACTS [31]

II3) Les dispositifs FACTS

Selon lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) la deacutefinition du terme

FACTS est la suivante Systegravemes de Transmission en Courant Alternatif comprenant des

dispositifs baseacutes sur leacutelectronique de puissance et dautres dispositifs statique utiliseacutes pour

accroicirctre la controcirclabiliteacute et augmenter la capaciteacute de transfert de puissance du reacuteseau

Avec leurs aptitudes agrave modifier les caracteacuteristiques apparentes des lignes les FACTS

sont capables daccroicirctre la capaciteacute du reacuteseau dans son ensemble en controcirclant les transits de

puissances Les dispositifs FACTS ne remplacent pas la construction de nouvelles lignes Ils

sont un moyen de diffeacuterer les investissements en permettant une utilisation plus efficace du

reacuteseau existant [28]

Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie [26]

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

48

II4) Classification des dispositifs FACTS

II41) Classification selon la geacuteneacuteration

Depuis les premiers compensateurs trois geacuteneacuterations de dispositifs FACTS ont vu le

jour Elles se distinguent par la technologie des semi-conducteurs et des eacuteleacutements de

puissance utiliseacutes

II411) Geacuteneacuteration I

Baseacutee sur les thyristors classiques Ceux-ci sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour enclencher

ou deacuteclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance reacuteactive dans les

transformateurs de reacuteglage

II412) Geacuteneacuteration II

Dite avanceacutee est neacutee avec lavegravenement des semi-conducteurs de puissance commander

agrave la fermeture et agrave louverture comme le thyristor GTO Ces eacuteleacutements sont assembleacutes pour

former les convertisseurs de tension ou de courant afin drsquoabsorber ou dinjecter des courants

(tensions) controcirclables dans le reacuteseau

II413) Geacuteneacuteration III

FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adapteacutee agrave chaque cas

Contrairement aux deux premiegraveres geacuteneacuterations celle-ci nutilisent pas des dispositifs

auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le reacuteseau

II42) Classification selon la cateacutegorie

Les dispositifs FACTS peuvent ecirctre classeacutes en trois cateacutegories figure (II4)

Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie

Dispositifs FACTS

Compensateurs shunt

Compensateurs seacuteries

Compensateurs hybrides

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

49

II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS

Le but de cette section est de donner une description bregraveve et de deacutefinir diffeacuterent shunt

seacuterie et combineacutes seacuterie-shunt dispositifs FACTS nous allons utiliser les termes et les

deacutefinitions drsquoIEEE [26]

a) Dispositifs FACTS Shunt

Compensateur statique de puissance reacuteactive (Static Var Compensator- SVC)

Un geacuteneacuterateur (ou absorbeur) statique drsquoeacutenergie reacuteactive shunt dont la sortie est ajusteacutee

en courant capacitif ou inductif afin de controcircler des paramegravetres speacutecifiques du reacuteseau

eacutelectrique typiquement la tension des nœuds Les sous-ensembles du SVC sont

Inductance Controleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Reactor-

TCR)

Une inductance placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele La valeur de

lrsquoinductance est continuellement changeacutee par lrsquoamorccedilage des thyristors

Condensateur Commuteacute par Thyristors (Thyristor-Switched

Capacitor- TSC)

Un condensateur placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele Les

thyristors fonctionnent en pleine conduction

Inductance Commuteacutee par Thyristors (Thyristor-Switched Reactor-

TSR)

Une inductance commuteacutee par thyristors dans le TSR les thyristors fonctionnent en

pleine conduction

Compensateur Statique Synchrone (Static Synchronous Compensator-

STATCOM)

Un geacuteneacuterateur synchrone fonctionnant comme un compensateur parallegravele de lrsquoeacutenergie

reacuteactive dont le courant capacitif ou inductif geacuteneacutereacute peut ecirctre controcircleacute seacutepareacutement de la

tension du systegraveme agrave courant alternatif

Geacuteneacuterateur Statique Synchrone (Static Synchronous Generator- SSG)

Un convertisseur de puissance statique agrave interrupteurs auto commuteacutes alimenteacute par une

source deacutenergie eacutelectrique approprieacutee et exploiteacute pour produire un ensemble ajustables de

tensions de sortie multi phases qui peut ecirctre coupleacute agrave un systegraveme de puissance alternatif dans

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

50

le but deacutechanger indeacutependamment la puissance controcirclable active et reacuteactive

Toutefois deux dispositifs particuliers peuvent ecirctre mis en eacutevidence

Systegraveme de Stockage par Batterie (Battery Energy Storage System-

BESS)

Un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie drsquoune source de nature chimique la conversion de la

tension de source est capable drsquoajuster rapidement lrsquoeacutenergie amont qui est fournit ou absorber

drsquoun systegraveme alternatif

Systegraveme de Stockage drsquoEacutenergie par Aimant Supraconducteur

(Superconducting Magnetic Energy Storage- SMES)

Un dispositif contenant des convertisseurs eacutelectroniques que rapidement injectent et ou

absorbent la puissance active et ou reacuteactive Le SMES sert principalement au controcircle

dynamique du flux de puissance dans les systegravemes eacutelectriques

Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var Generator

or Absorber- SVG)

Un dispositif eacutelectrique statique un eacutequipement ou un systegraveme qui est capable de tracer

un courant controcircleacute capacitif et ou inductif agrave partir dun systegraveme de puissance eacutelectrique et

ainsi geacuteneacuterer ou absorber la puissance reacuteactive Geacuteneacuteralement consideacutereacute pour consister en

connexion shunt Inductance controcircleacutee par thyristors etou condensateur commuteacute par

thyristors

Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var System- SVS)

Une combinaison de diffeacuterent compensateurs de puissance reacuteactive statiques et

meacutecaniquement commuteacutes dont les sorties sont coordonneacutes

Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Braking

Resistor- TCBR)

Une reacutesistance commuteacutee par thyristors et connecteacutee en parallegravele qui est controcircleacutee pour

aider le systegraveme de puissance agrave se stabiliser ou de minimiser lacceacuteleacuteration des puissances

drsquoune uniteacute geacuteneacuteratrice lors dune perturbation

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

51

b) Dispositifs FACTS seacuteries

La compensation seacuterie peut ecirctre utiliseacutee dans les systegravemes eacutenergeacutetiques pour la

commande du flux drsquoeacutenergie en reacutegime permanent En cas de lignes de transport avec une

capaciteacute thermique suffisante la compensation peut soulager des surcharges eacuteventuelles

sur drsquoautres lignes parallegraveles

Controcircleur de transit de puissance entre lignes (Interline Power Flow Controller-

IPFC)

Une combinaison de deux ou plusieurs compensateurs statiques seacuterie synchrone qui sont

relieacute entre eux via une liaison commune agrave courant continu pour faciliter lrsquoeacutecoulement

bidirectionnel de la puissance active entre les bornes alternatives des SSSC et sont controcircleacutes

pour fournir une compensation reacuteactive indeacutependante pour lrsquoeacutecoulement de puissance ajusteacute

dans chaque ligne et maintenir la distribution de lrsquoeacutecoulement de puissance reacuteactive deacutesireacute

entre les lignes

Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (Thyristor Controlled Series

Capacitor- TCSC)

Un compensateur agrave reacuteactance capacitif qui consiste en une seacuterie de condensateurs en

parallegravele avec des inductances commandeacutees par thyristor afin de pouvoir assurer une variation

homogegravene de la reacuteactance capacitive

Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (Thyristor Switched Series

Capacitor- TSSC)

Compensateur agrave reacuteactance capacitive qui est constitueacute drsquoun banc de capaciteacute seacuterie

shunteacute par une inductance commuteacutee par thyristor pour fournir un controcircle pas agrave pas de la

reacuteactance capacitive seacuterie

Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Series

Reactor- TCSR)

Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute de lrsquoinductance seacuterie shunteacute par

une inductance commandeacutee par thyristor afin de fournir une reacuteactance inductive seacuterie

leacutegegraverement variable

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

52

Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (Thyristor Switched Series Reactor-

TSSR)

Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute drsquoune inductance seacuterie shunteacutee par

une inductance commuteacutee par thyristor afin de fournir un controcircle pas agrave pas de la reacuteactance

inductive seacuterie

Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (Static Synchronous Series

Compensator- SSSC)

Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par

lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur Le SSSC agit sur le courant de ligne en inseacuterant une

tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou inductive Un

SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une ligne voire drsquoen

inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun condensateur ou

drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait que la tension

injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC preacutesente lrsquoavantage

de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante indeacutependamment du courant

c) Dispositifs FACTS hybrides (seacuterie ndashparallegravele)

Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (Unified Power Flow Controller- UPFC)

Une combinaison entre un STATCOM et un SSSC coupleacutes via une liaison agrave courant

continu pour permettre un eacutecoulement bidirectionnel de la puissance active entre la sortie du

SSSC et celle du STATCOM

Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Phase

Shifting Transformer- TCPST)

Transformateur deacutephaseur ajusteacute par un thyristor afin de fournir un angle de phase

rapidement variable Ce dispositif est eacutegalement appeleacute reacutegulateur drsquoangle de phase

commandeacute par thyristor (TCPAR -Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)

Reacutegulateur de puissance interphases (Interphase Power Controller- IPC)

Un controcircleur de la puissance active et reacuteactive connecteacute en seacuterie et comprenant dans

chaque phase des branches inductives et capacitives soumises agrave des tensions deacutephaseacutees

seacutepareacutement Les puissances active et reacuteactive peuvent ecirctre reacutegleacute indeacutependamment en ajustant

les deacutecalages de phase et ou les impeacutedances de branche agrave laide des commutateurs

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

53

meacutecaniques ou eacutelectroniques Dans le cas particulier ougrave lrsquoimpeacutedance inductive et capacitive

forment une paire conjugueacutee chaque terminal de lIPFC est une source passive de courant

deacutependant de la tension agrave lautre borne

d) Autres dispositifs FACTS

Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled voltage

Limiter- TCVL)

Une varistance agrave oxyde meacutetallique commuteacutee par thyristor utiliseacutee pour limiter la

tension agrave ses bornes durant les conditions transitoires

Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Voltage

Regulator- TCVR)

Un Transformateur commandeacute par thyristor qui peut fournir une tension variable dans

une phase avec un control continu

La figure (II5) preacutesente les diffeacuterents dispositifs qui peuvent controcircler certains variables

du systegraveme eacutelectrique

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

54

Dans la section qui suit nous allons deacutevelopper la preacutesentation du STATCOM et du

SSSC Il srsquoagit des dispositifs FACTS qui nous inteacuteresse particuliegraverement dans cette eacutetude et

que nous devons traiter pour une meilleure compreacutehension de la suite de ce meacutemoire

II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors

a) Dispositifs FACTS Shunt

Compensateur synchrone statique(STATCOM)

Un compensateur synchrone statique est constitueacute drsquoun convertisseur agrave source de

tension drsquoun transformateur de couplage et de la commande Dans cette application la source

drsquoeacutenergie agrave courant continue peut ecirctre remplaceacutee par un condensateur agrave courant

FACTS

Shunt

Thyristors GTO

Series

Thyristors GTO

Hybrides

Serie-Shunt

Autres FACTS

TCSC

TSSSC

GCSC

TCSR

IPFC

TSSR

SSSC

STATCOM

SSG

BESS

SMES SVC

TCR

TSC

TCBR

SVS

TSR

UPFC

TCPST

IPC

TCVR

TCPAR

TCPSR

TCVL

Figure II5 Classification des dispositifs FACTS

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

55

continue de sorte que lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie en reacutegime permanent entre le compensateur

statique et le systegraveme ca peut ecirctre uniquement reacuteactif comme illustreacute par la figure (II6)

119868119902 (est le courant de sortie du convertisseur) perpendiculaire agrave la tension du convertisseur

119881119894 (Lrsquoamplitude de la tension du convertisseur) et donc la sortie reacuteactive du convertisseur

sont reacuteglables [27]

Le convertisseur STATCOM

Produit les ondes rectangulaires de tension triphaseacutee eacutequilibreacutee Un compensateur

statique pouvant geacuteneacuterer ou absorber une puissance reacuteactive Il sagit du STATCOM

(Compensateur Statique) qui a connu jusqursquoagrave preacutesent sous diffeacuterents appellations

1 ASVC (Advanced Static Var Compensator)

2 STATCON (Static Condenser)

3 SVG (Static Var Generator)

4 SVC light (ABB)

5 SVC plus (SIEMENS)

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

nrsquoest que dans les anneacutees 90 que ce type de compensateur a connu un essor important gracircce

aux deacuteveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [27]

Le STATCOM possegravede plusieurs avantages par rapport aux compensateurs

conventionnels

La vitesse de reacuteaction la reacuteponse en moins drsquoun cycle agrave des variations de la

tension

Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

56

Lorsque la tension est basse il peut produire plus de puissance reacuteactive

notamment au moment ougrave lrsquoon a besoin drsquoune puissance reacuteactive consideacuterable

pour empecirccher la chute tension

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

utiliser pour reacutesoudre ce problegraveme des compensateurs multi-niveaux agrave commande MLI ou

encore installer des filtres

Le rocircle du STATCOM est drsquoeacutechanger de lrsquoeacutenergie reacuteactive avec le reacuteseau Pour ce

faire lrsquoonduleur est coupleacute au reacuteseau par lrsquointermeacutediaire drsquoune inductance qui est en geacuteneacuteral

lrsquoinductance de fuite du transformateur de couplage

Lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie reacuteactive se fait par le controcircle de la tension de sortie de

lrsquoonduleur 119881119904ℎ dont laquelle est en phase avec la tension du reacuteseau (Figure II7) Le

fonctionnement peut ecirctre deacutecrit de la faccedilon suivante

Si la tension 119881119904ℎ est infeacuterieure agrave la tension V le courant circulant dans lrsquoinductance est

deacutephaseacute de-π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant inductif (figure

II7a)

Si la tension119881119904ℎ est supeacuterieur agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est deacutephaseacute

de +π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant capacitif (figure II7b)

Si la tension 119881119904ℎ est eacutegale agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est nul et par

conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutechange drsquoeacutenergie

Lrsquoavantage de ce dispositif est de pouvoir eacutechanger de lrsquoeacutenergie de nature inductive ou

capacitive uniquement agrave lrsquoaide drsquoune inductance Contrairement au SVC il nrsquoy a pas

drsquoeacuteleacutement capacitif qui puisse provoquer des reacutesonances avec des eacuteleacutements inductifs du

119881119904ℎ

119881119904ℎ

119868119904ℎ V

V

a) Courant inductif b) Courant capacitif

Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM

119868119904ℎ

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

57

reacuteseau La caracteacuteristique statique de ce convertisseur est donneacutee par la figure (II8) Ce

dispositif a lrsquoavantage contrairement au SVC de pouvoir fournir un courant constant

important mecircme lorsque la tension V diminue

Le STATCOM permet le mecircme controcircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce

dispositif est capable de deacutelivrer la puissance reacuteactive mecircme si la tension au jeu de barres

(nœud de connexion) est tregraves faible dapregraves sa caracteacuteristique on constate que le courant

maximal du STATCOM est indeacutependant de la tension du nœud

Pour un STATCOM ideacuteal nayant pas des pertes actives leacutequation (II2) deacutecrit le

transfert de puissance reacuteactive dans le reacuteseau eacutelectrique [5]

119876119904ℎ =|⋁ 2

119896 |

Xshminus

|Vk||Vsh|

Xshcos( 120579119896 minus 120579119904ℎ) =

|⋁ 2119896 |minus

Xsh

|Vk||Vsh|

Xsh

Si |119881119896| gt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne positive et le STATCOM absorbe la puissance reacuteactive

Si |119881119896| lt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne neacutegative et le STATCOM fournie la puissance reacuteactive

Deacutepassement

transitoire en

fonctionnement

Deacutepassement

transitoire en

fonctionnement

Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM

119868119904ℎ

119868119898119886119909 119868119898119894119899

Capacitif Inductif

V

(II2)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

58

b) Dispositifs FACTS Seacuteries

Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC)

Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par

lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur (figure II9) Le SSSC agit sur le courant de ligne en

inseacuterant une tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou

inductive Un SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une

ligne voire drsquoen inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun

condensateur ou drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait

que la tension injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC

preacutesente lrsquoavantage de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante

indeacutependamment du courant [26]

Ce type de compensateur seacuterie (Compensateur Synchrone Statique Seacuterie) est le plus

important dispositif de cette famille Il est constitueacute drsquoun onduleur triphaseacute coupleacute en seacuterie

avec la ligne eacutelectrique agrave laide dun transformateur Ce dispositif possegravede des avantages si

lrsquoon compare avec le TCSC

Elimination des composants passifs (inductance et capaciteacutes)

Une aptitude symeacutetrique dans les deux modes (inductif et capacitif)

Son rocircle est drsquointroduire une tension triphaseacutee agrave la freacutequence du reacuteseau en seacuterie avec la

ligne de transport

Figure II9 Scheacutema de base du SSSC

Transformateur

seacuterie

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

59

Nous pouvons dans ce cas reacutegler continuellement la valeur apparente de la capaciteacute ou

de lrsquoinductance ainsi introduite dans la ligne Lrsquoavantage de ce dispositif est de ne pas

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

Cela eacutevite lapparition des oscillations dues agrave la reacutesonance avec les eacuteleacutements inductifs du

reacuteseau La caracteacuteristique statique drsquoun Compensateur Synchrone Statique Seacuterie est preacutesenteacutee

par la figure (II10)

Si lon utilise un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie le SSSC peut agrave ce moment lagrave eacutechanger

de la puissance active avec la ligne eacutelectrique Ceci peut contribuer agrave ameacuteliorer la stabiliteacute du

reacuteseau Dans ce cas la tension 119881119887 nrsquoest pas obligatoirement en quadrature avec le courant de

ligne

Principe de fonctionnement de SSSC

Le SSSC injecte en seacuterie une tension alternative avec une amplitude et un angle de

phase reacuteglable dans la ligne de transport agrave lrsquoaide drsquoun transformateur seacuterie Le SSSC peut

produire ougrave absorber de la puissance reacuteactive suivant la commande de convertisseur statique

il permet drsquoassurer une compensation shunt indeacutependante agrave la ligne de transport Il fourni ou

absorbe la puissance reacuteactive neacutecessaire localement et produit de la puissance active comme

reacutesultat de lrsquoinjection en seacuterie drsquoune tension [21]

Le principe de fonctionnement peut ecirctre expliqueacute par la figure (II11)

Figure II10 Caracteacuteristique statiques du SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

60

Le SSSC deacutelivre une tension triphaseacutee 119881119904119890 agrave la freacutequence du reacuteseau en quadrature (

90 ) avec le courant de la ligne et controcirclable afin daugmenter ou diminuer la tension agrave

travers la ligne repreacutesenteacutee par sa reacuteactance 119883119897 selon le mode de compensation capacitif ou

inductif respectivement (figure II12) mais comme la reacuteactance de la ligne ne varie pas

reacuteellement cest le courant dans la ligne qui sera affecter par cette variation et par

conseacutequence les puissances correspondante

Ideacutealement la tension 119881119904119890 est agrave 90 du courant de la ligne ce qui fait quaucun eacutechange

de la puissance active nrsquoest entre le reacuteseau et le SSSC Pratiquement il y a toujours une petite

composante de cette tension 119881119904119890 en phase avec le courant 119868119897 qui geacutenegravere une petite quantiteacute de

la puissance active pour couvrir les pertes dans le convertisseur

On peut expliquer les diffeacuterents modes de compensation capacitive et inductive en ce

reacutefeacuterant aux diagrammes vectoriels de la figure (II13) qui suit en admettant le scheacutema

eacutequivalent dun SSSC installeacute dans un reacuteseau eacutelectrique simple repreacutesenteacute sur la figure (II12)

Figure II11 Principe de fonctionnement de SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

61

bull

Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du

reacuteseau

Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du

reacuteseau (eacutetat deacutequilibre) la tension au borne de la reacuteactance effective 119881119909119890119891119891

est eacutegale agrave la tension aux bornes de la ligne de transport sans compensation

la ougrave le degreacute de compensation K est nul K = 119881119902

119881119894 x 100 avec 119883119902 =

119881119902

119868119894

Dans le mode de compensation inductif le courant de la ligne 119868119897 diminue en

augmentant le degreacute de compensation K de 0 agrave 100 Du diagramme (b)

on voit que pour maintenir 119881119904 119881119903 et constants la variation dans

lamplitude de 119881119904119890 se reacutepercute directement sur la tension 119881119897 et chaque

Figure II12 Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple

Figure II13 Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

62

augmentation dans 119881119904119890 entraicircne une diminution dans 119881119897 et par conseacutequence

dans le courant 119868119897

En mode capacitif le courant dans la ligne augmente avec laugmentation du

niveau de compensation la tension 119881119904119890 injecteacutee en anti-phase avec la tension

119881119897 (- 90deg en arriegravere du courant 119868119897 ) force la tension 119881119897 agrave augmenter pour

garder langle de charge constant ainsi que les tensions aux extreacutemiteacutes de la

ligne (figure II12c) [37]

II6) Coucirct des dispositifs FACTS [29]

Mis agrave part les avantages techniques apporteacutes par les FACTS drsquoautres critegraveres lieacutes au

coucirct doivent ecirctres pris en consideacuteration dans la deacutecision drsquoinstaller un dispositif Sur le plan

eacuteconomique le critegravere geacuteneacuteralement adopteacute dans lrsquoeacutevaluation des beacuteneacutefices obtenus par un

FACTS est que lrsquoaccroissement des revenues doit exceacuteder les coucircts drsquoexploitations de

maintenance et drsquoamortissement de lrsquoinstallation

Le coucirct drsquoune installation FACTS deacutepend principalement des facteurs tels que

Les performances requises

La puissance de lrsquoinstallation

Le niveau de tension du systegraveme

La technologie du semi-conducteur utiliseacute

Controcircleurs FACTS Coucirct (US$)

Condensateur Shunt 8$Kvar

Condensateur Seacuterie 20$ Kvar

SVC 40$Kvar

TCSC 40$Kvar

STATCOM 50$Kvar

UPFC Partie Seacuterie 50$Kvar

UPFC Partie Shunt 50$Kvar

Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

63

II7) Synthegravese des dispositifs FACTS

Les diffeacuterents dispositifs FACTS preacutesenteacutes dans ce chapitre possegravedent tous leurs propres

caracteacuteristiques tant en reacutegime permanent quen reacutegime transitoire Chaque type de dispositif

sera donc utiliseacute pour reacutepondre agrave des objectifs bien deacutefinis Des consideacuterations eacuteconomiques

entreront eacutegalement dans le choix du type dinstallation agrave utiliser Le tableau (II2) syntheacutetise

les principaux beacuteneacutefices techniques des nouvelles technologies de FACTS Le nombre +

est proportionnel agrave lefficaciteacute du dispositif

II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie

des dispositifs FACTS [29]

A Les avantages des dispositifs FACTS

Controcircle le transit de la puissance active

Augmente la seacutecuriteacute des systegravemes eacutenergeacutetiques (augmentation de la limite de la

stabiliteacute transitoire amortissement des oscillations hellip)

Reacuteduit le transit de lrsquoeacutenergie reacuteactive

Optimise les puissances geacuteneacutereacutees donc reacuteduit le coucirct de production de lrsquoeacutenergie

Agir comme filtre actif

Ameacutelioreacutee lrsquointerconnexion et lrsquoeacutechange eacutenergeacutetique

Dispositif

Controcircle du

transit de

puissance

Controcircle

de la

tension

Stabiliteacute

transitoire

Stabiliteacute

statique

STATCOM + +++ ++ ++

SSSC ++ + +++ ++

IPFC +++ ++ +++ ++

Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS [14]

+ Petite ++ Moyenne +++Forte

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

64

B Les inconveacutenients

Lrsquointroduction des harmoniques du reacuteseau eacutelectrique ce qui le rend pollueacute cest-agrave- dire le

signal sera tendu et non sinusoiumldale Il rend le reacuteseau vulneacuterable agrave la surtension ducirce aux

commutations reacutepeacutetitives

C Les contraintes des dispositifs FACTS

Les dispositifs FACTS sont consideacutereacutes comme des solutions pour aider les systegravemes

eacutelectriques mais ils preacutesentent des inconveacutenients en plus qursquoils ne sont pas une solution

universelle ils existent plusieurs contraintes pour que ces dispositifs soient efficaces et

rentables [30]

o Le choix du FACTS

o Le choix du modegravele du FACTS

o Choix de la localisation des FACTS

o Protection pour les FACTS et pour le reacuteseau

o Interactions entre les dispositifs FACTS et les autres eacuteleacutements

Nous avons deacutecideacute pour la suite de notre travail de ne pas eacutetudier lrsquoimpact de chaque

cateacutegorie des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique Notre choix srsquoest porteacute sur lrsquoeacutetude du

Compensateur Statique Synchrone (STATCOM) et du Conpensateur statique seacuterie

synchrone (SSSC)Il nous a sembleacute raisonnable drsquoessayer drsquoanalyser lrsquoimpact de la

compensation shunt et de la compensation seacuterie de faccedilon seacutepareacutee avant de regrouper lrsquoeacutetude

de ces concepts FACTS agrave lrsquoaide de la compensation hybride

II9) Conclusion

Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre en premier lieu le concept FACTS ainsi nous

avons donneacute une bregraveve description et des deacutefinitions des divers types de dispositifs FACTS

Cette description est adopteacutee comme classification universelle des systegravemes FACTS La

plupart dentre eux sont deacutejagrave en service dans la pratique Si aujourdhui les FACTS sont encore

peu utiliseacutes par rapport agrave leur potentiel les eacutevolutions techniques de leacutelectronique de

puissance vont rendre les solutions FACTS de plus en plus compeacutetitives face aux

renforcements des reacuteseaux le contexte algeacuterien a eacuteteacute abordeacute ainsi que la conception et le

fonctionnement des 2 dispositifs retenus pour cette eacutetude

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

65

Nous avons choisi deacutetudier le STATCOM et le SSSC comme dispositifs FACTS pour

controcircler et ameacuteliorer la tension et la puissance reacuteactive Le chapitre suivant (chapitre III) sera

deacutedieacute agrave la modeacutelisation des systegravemes FACTS

66

Chapitre 3

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

67

Dans le but drsquoeacutetudier lrsquoimpact des FACTS sur lrsquoameacutelioration de tension des reacuteseaux

eacutelectriques des modegraveles approprieacutes sont neacutecessaires agrave deacutevelopper Nous tenons agrave mentionner

que plusieurs logiciels incorporent ces modegraveles Dans ce chapitre nous allons preacutesenter les

modegraveles matheacutematiques du STATCOM et du SSSC retenus au chapitre II

III1) Introduction

Pour pouvoir observer limpact des dispositifs FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique il est

neacutecessaire de les repreacutesenter par des modegraveles Ceux-ci sont ensuite inteacutegreacutes dans des

programmes de calcul permettant de simuler leurs effets sur lensemble du systegraveme

Plusieurs modegraveles de FACTS ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes tant pour des reacutegimes de

fonctionnement stationnaire que dynamique Certains modegraveles sont speacutecifiques agrave un type de

dispositif alors que dautres plus geacuteneacuteraux sont utiliseacutes pour repreacutesenter plusieurs FACTS

Dans le cadre de ce meacutemoire et plus preacuteciseacutement le chapitre quatre cest lrsquoimpact des

dispositifs FACTS sur le reacuteseau de transport qui est eacutetudieacute Dans ce contexte nous nous

restreignons agrave leacutetude de lrsquoeffondrement de tension et plus particuliegraverement aux effets des

FACTS sur la stabiliteacute des tensions

La modeacutelisation des FACTS est effectueacutee sur la base des eacuteleacutements utiliseacutes dans les

calculs de lrsquoeacutecoulement de puissance Ce sont plus particuliegraverement les geacuteneacuterateurs les

charges les eacuteleacutements shunt ainsi que les lignes et les transformateurs

III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS [26]

III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs

Les geacuteneacuterateurs sont des eacuteleacutements qui permettent la conversion de leacutenergie (meacutecanique

photonique chimique) vers une forme eacutelectrique Ils peuvent fournir ou consommer de

leacutenergie active ou reacuteactive et ils peuvent maintenir un niveau de tension deacutesireacutee

Un geacuteneacuterateur peut ecirctre consideacutereacute comme une source de puissance active et reacuteactive qui

peut maintenir une tension de consigne Agrave cause de facteurs comme la limite thermique du

rotor celle du stator et la limite de stabiliteacute au reacutegime permanent le fonctionnement dun

geacuteneacuterateur est limiteacute en puissance active ainsi quen puissance reacuteactive Ainsi un geacuteneacuterateur

peut ecirctre modeacuteliseacute dans le calcul drsquoeacutecoulement de puissance par le scheacutema de la figure (III1)

Dans lrsquoanalyse de lrsquoeacutecoulement de puissance les geacuteneacuterateurs sont modeacuteliseacutes comme des

injecteurs de courants La puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur est reacutegleacutee agrave travers le

controcircle de la turbine qui doit ecirctre dans les limites de la capaciteacute du systegraveme turbine

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

68

geacuteneacuterateur La tension est lieacutee principalement agrave lrsquoinjection de la puissance reacuteactive au jeu de

barres de production et comme le geacuteneacuterateur doit fonctionner dans les limites de sa courbe de

capaciteacute reacuteactive il nrsquoest pas possible de reacutegler la tension en dehors de certaines limites

admissibles

Avec

Si Puissance apparente complexe

PGi Puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i

QGi Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i

V i Tension complexe au nœud i

δi Deacutephasage de la tension au nœud i

Les limites de production des geacuteneacuterateurs sont deacutefinies par

PGimin le PGi le PGimax

QGimin le QGi le QGimax

Dans les calculs de transit de puissance la puissance PGi est prise constante et la

tension V i peut ecirctre maintenue en module agrave une valeur consigne constante La phase δi et la

puissance reacuteactive quand agrave elles deacutependent de leacutetat du reacuteseau Lorsque QGi deacutepasse une de ces

limites sa valeur est fixeacutee agrave cette valeur limite et la tension ne peut plus ecirctre controcircleacutee Le

nœud nest plus consideacutereacute comme geacuteneacuterateur mais comme une charge

120575119894

119878119894 i 119881 119894

119875119866119894 119876119866119894

119876119866119894

Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur

(III1)

(III2)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

69

III22) Modegraveles des charges [26]

Les charges repreacutesentent les consommateurs connecteacutes au reacuteseau (figure III2) Elles

correspondent agrave des injections neacutegatives aux nœuds Les charges sont modeacuteliseacutees par des

puissances constantes indeacutependantes de la tension nodale

SLi = PLi + j QLi

Ougrave

SLi La puissance complexe de la charge

PLi La puissance active

QLi La puissance reacuteactive

La puissance reacuteactive QLi peut ecirctre positive ou neacutegative selon que la charge est de nature

inductive ou capacitive respectivement

III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt [26]

Dans la plupart des cas les eacuteleacutements shunt sont des dispositifs destineacutes agrave la

compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive et la tenue de la tension chaque eacuteleacutement connecteacute au

reacuteseau sera modeacuteliseacute par des admittances 1199101198940 de la forme

1199101198940 = 1198921198940 + 1198951198871198940

Le symbole geacuteneacuteral repreacutesentant un eacuteleacutement shunt est donneacute agrave la figure III3a La

susceptance 1198871198940 peut ecirctre inductive ou capacitive Dans le premier cas leacuteleacutement consomme de

la puissance reacuteactive (fig III3b) alors quil en fournit au systegraveme dans le second (fig III3c)

Les modegraveles des dispositifs FACTS preacutesenteacute dans la section suivante sont baseacutes sur une

(III3)

Figure III2 Modegravele des charges

PLi QLi

i

(III4)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

70

simple modification des eacuteleacutements approprieacutes de 119884

III24) Modegraveles de la ligne [26]

Les lignes sont deacutefinies par leur scheacutema en 120587 (figure III4) qui caracteacuterise en geacuteneacuteral les

lignes moyennes dont les paramegravetres sont la reacutesistance r la reacuteactance 119909 = 119871 ω et la

susceptance b =119862120596 Dans le cas des lignes longues on peut toujours se ramener agrave un scheacutema

eacutequivalent en 120587 Les lignes de transport sont modeacuteliseacutees par leur scheacutema en 120587 classique dans

lequel la conductance transversale est neacutegligeacutee

La matrice dadmittance nodale dune ligne reliant un nœud i agrave un nœud k est donneacute par

lrsquoeacutequation (III5)

Y = (

yik+

yik0

2

minusyik

minusyik yik + yik0

2

)

Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt a) symbole b) eacuteleacutement

inductif c) eacuteleacutement capacitif

c) eacuteleacutement capacitif

(III5)

i 119909119894119896 119903119894119896 k

119887119894119896119900

2

119887119894119896119900

2

Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

71

Ougrave ladmittance longitudinale yik vaut

yik = 1

rik + j 120013ik

Avec

rik Reacutesistance longitudinale de la ligne

120013ik Reacuteactance longitudinale de la ligne

Ladmittance transversale correspondant aux effets capacitifs seacutecrit

yik0 = j119887ik0

Avec

119887ik0 Sousceptance transversale de la ligne

III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques [32]

Chaque nœud est caracteacuteriseacute par quatre variables Pi Qi Vi θi Si on connaicirct deux des

quatre variables nous permettent de deacuteterminer les deux autres agrave partir des eacutequations

principales de leacutecoulement de puissance En pratique le problegraveme se pose autrement Pour

cela il faut classifier les nœuds du systegraveme comme suit (Tableau III1)

Nœud de charge (P-Q) Pour ce type de nœuds on associe geacuteneacuteralement les charges

Ces derniegraveres sont caracteacuteriseacutees par la consommation des puissances active et reacuteactive

On peut aussi associer des geacuteneacuterateurs avec des puissances active et reacuteactive fixeacutees

Les variables agrave deacuteterminer sont le module et la phase de la tension

Nœud geacuteneacuterateur (P-V) Pour ce type de nœuds on associe les centrales de

production On speacutecifie la puissance active et le module de la tension Les variables agrave

deacuteterminer sont la phase de la tension et la puissance reacuteactive

Nœud bilan (slack bus) Pour ce type de nœud on associe la centrale de production la

plus puissante Dans un nœud k (nœud de reacutefeacuterence ou slack bus) on speacutecifie la phase

et le module de la tension Les valeurs agrave deacuteterminer sont les puissances actives et

reacuteactives

(III6)

(III7)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

72

III26) Modegraveles du transformateur

Les transformateurs sont repreacutesenteacutes par leur impeacutedance connecteacutee en seacuterie avec un

transformateur ideacuteal (figure III5) Le rapport de transformation est reacuteel pour un

transformateur classique alors quil est complexe dans le cas dun transformateur deacutephaseur

De maniegravere geacuteneacuterale le rapport de transformation complexe μik

est deacutefini par

μik

=Ui

Um

avec

Ui Tension complexe au nœud i

Um Tension complexe au nœud m

III27) Modegraveles de la machine synchrone

Nœuds Puissances actives Puissances reacuteactives Module de Tension Lrsquoangle de phase

Nœud (PQ) Connue Connue Inconnue Inconnue

Nœud (PV) Connue Inconnue Connue Inconnue

Nœud (slack

bus)

Inconnue Inconnue Connue Connue

Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme

(III8)

Si i

Ii Im

Um

119898

119903119894119896 Ik

Uk

119909119894119896

Ui μik 1

119896

Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

73

(III10)

La fem de la machine synchrone est donneacutee par la relation suivante

Ersquo = 119881119904+119903119886119868119904+j119883119889119868119904

Ersquo fem transitoire de la machine synchrone

119881119904 Tension aux bornes de la machine

119868119904 courant de la machine

119903119886 Reacutesistance statorique de la machine

119883119889 Reacuteactance transitoire de la machine

La repreacutesentation de la machine synchrone utiliseacutee pour la solution du reacuteseau et le diagramme

de phase sont scheacutematiseacutes dans la figure suivante

Les composantes de la tension 119881119904 aux bornes de la machine suivant les axes d-q sont

119881119889 = 119864prime119889 minus 119903119868119889 minus 119883prime

119902 119868prime119902

119881119902 = 119864prime119902 minus 119903119868119902 + 119883prime119889 119868prime119889

III28) Modeacutelisation du STATCOM

(III9)

Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone

(III11)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

74

(III12)

(III13)

Le STATCOM appartient agrave la deuxiegraveme geacuteneacuteration des dispositifs FACTS Selon

lIEEE Le STATCOM est un moyen de compensation dynamique connecteacute en parallegravele au

systegraveme eacutelectrique il est baseacute sur lrsquoinjection drsquoun courant AC controcircleacute agrave travers un

transformateur de couplage La structure de base drsquoun STATCOM ayant le scheacutema qui est

montreacute par la figure (III7) [33]

En geacuteneacuteral la tension du STATCOM 119881119904ℎest injecteacutee en phase avec la tension 119881119903 de la

ligne et dans ce cas il n y a pas deacutechange de leacutenergie active avec le reacuteseau mais seulement la

puissance reacuteactive qui sera injecteacutee (ou absorbeacutee) par le STATCOM Le STATCOM a le

mecircme rocircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce dispositif capable de deacutelivrer la

puissance reacuteactive mecircme si la tension de jeu de barre de connexion est faible Avec

lhypothegravese dun STATCOM ideacuteal (convertisseur sans pertes) la contrainte de fonctionnement

que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas eacutechanger la puissance active avec le reacuteseau

La tension du STATCOM est donneacute par

119864119904ℎ = 119881119904ℎ(119888119900119904120575119904ℎ + 119895119904119894119899120575119904ℎ)

Le courant injecteacutee par le STATCOM est donneacute par

119868119904ℎ =119881119904ℎ minus 119881119894

119895119883119894

Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

75

(III14)

(III15)

(III16)

(III17)

La puissance de transmission entre les deux systegravemes peut ecirctre repreacutesenteacutee par

La puissance active transmis

119875 = 119881119894119881119904ℎ

119883 119904119894119899(120575119894minus120575119904ℎ)

La puissance reacuteactive transmis

119876 =119881119894

2

119883minus

119881119894119881119904ℎ

119883 cos (120575119894120575119904ℎ)

Ougrave 119881119894119881119904ℎ est la tension aux nœuds (120575119894120575119904ℎ) lrsquoangle entre la tension et X impeacutedance de la

ligne Apregraves lrsquoexeacutecution de quelques opeacuterations complexes les eacutequations de puissance active

et reacuteactive sont obtenues comme suit

119875119904ℎ = 1198811198942119892119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ) + 119887119904ℎ119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ))

119876119904ℎ = minus1198811198942119887119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ) minus 119887119904ℎ119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ))

Avec 119892119904ℎ + 119895119887119904ℎ = 1119885119904ℎ

frasl

119892119904ℎ Conductance eacutequivalente du STATCOM

119887119904ℎ Susceptance eacutequivalente du STATCOM

119885119904ℎ Impedance eacutequivalente du STATCOM

III29) Modeacutelisation du SSSC

Le SSSC peut acqueacuterir un eacuteleacutement de stockage drsquoeacutenergie pour une compensation de la

puissance active momentaneacutement qui reacutesulte dans un maintien efficace de la stabiliteacute du

reacuteseau eacutelectrique Un SSSC est donc modeacuteliseacute comme une source de tension en seacuterie la figure

(III8) montre un SSSC inseacutereacute dans un reacuteseau agrave deux machines et son diagramme vectoriel des

tensions [33]

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

76

(III18)

(III19)

(III20)

(III21)

(III22)

(III23)

A partir du diagramme vectoriel on peut voir que la tension injecteacutee en seacuterie controcircle

directement la tension agrave travers lrsquoinductance X de la ligne qui en la augmentant reacutesulte en

une augmentation dans la valeur du courant et par conseacutequence une augmentation dans la

puissance transmissible agrave travers la ligne Ce fonctionnement est similaire agrave une compensation

seacuterie par un condensateur Si on eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant

de la ligne on obtient le mecircme reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un

condensateur

119880= -j119883119862 119868

Avec 119883119862 qui repreacutesente la reacuteactance capacitive du condensateur Mais comme le SSSC

est une source de tension il peut alors maintenir une tension constante puisque il controcircle

indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC peut augmenter ou diminuer le

flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant la tension injecteacutee en seacuterie agrave la

ligne Comme le SSSC est une source reacuteactive la tension geacuteneacutereacutee est perpendiculaire au

courant de la ligne ce courant est

119868 =1198801minus119880119902minus1198802

119895119883

119920 =120783

119947119935(( 119880120783 minus 119880120784) minus 119880119954

(119880120783minus119880120784)

|119880120783minus119880120784|)

119920 =119947(119880120783minus119880120784)

119935(120783 minus

119880119954

|119880120783minus119880120784|)

Cette eacutequation montre qursquoagrave lrsquoabsence du SSSC la chute de tension agrave travers X

est ( 1198801

minus 1198802

) Si on prend 1198802 Comme reacutefeacuterence du SSSC

1198802

= U2

et

Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

77

(III24)

(III25)

1198801=1198801(119888119900119904120575 + 119895119904119894119899120575)

Si on prend par consideacuteration que

|119880120783

minus 119880120784

| = radic119880120783120784 + 119932120784

120784 minus 120784119932120783119932120784119940119952119956120633

Ce qui nous donne la puissance agrave travers la ligne

P = 11988011198802119904119894119899120575

119883(1 minus

119880119902

radic11988012+1198802

2minus211988011198802119888119900119904120575

)

Par conseacutequent la puissance transmise P est une fonction de la tension injecteacutee La

puissance transmise en fonction de lrsquoangle δ

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

78

III3) Conclusion

Dans ce chapitre nous avons modeacuteliseacute les diffeacuterents composants du reacuteseau eacutelectrique agrave

savoir les lignes de transport les transformateurs et les charge les machines

synchroneshellipetc

Des modegraveles simplifieacutes de deux diffeacuterents types de FACTS agrave savoir le STATCOM et le

SSSC baseacute sur la modification de la matrice admittance 119884 et suitable pour lrsquoeacutetude du controcircle

du power flow et la reacutegulation de la tension ont eacuteteacute deacutemontreacutees dans ce chapitre Les deux

modegraveles ont eacuteteacute observeacutes dans la litteacuterature Agrave cet effet une bregraveve preacutesentation des approches

existantes agrave des modegraveles de ces deux dispositifs FACTS ont eacuteteacute fournis Les modegraveles

seacutelectionneacutes sont faciles agrave impleacutementer dans les logiciels du power flow comme le PSAT Au

chapitre suivant crsquoest lrsquoimpact du STATCOM et du SSSC sur lrsquoeffondrement de tension qui

sera analyseacute

79

Chapitre 4

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

80

IV1) Introduction

Le transfert de puissance au travers drsquoun reacuteseau eacutelectrique srsquoaccompagne de chutes de

tension entre les points de production et ceux de consommation Dans des conditions

normales de fonctionnement ces chutes de tension sont de lrsquoordre de quelque pour cents de la

tension nominale Une des preacuteoccupations des planificateurs et des exploitants est de srsquoassurer

que les tensions aux diffeacuterents jeux de barres du reacuteseau demeurent malgreacute tout dans des

limites prescrites speacutecialement dans des conditions de forte charge etou suite agrave des incidents

plausibles Dans certaines circonstances cependant dans les secondes ou dans les minutes qui

suivent lrsquoapparition drsquoune perturbation les tensions peuvent deacutecroitre de maniegravere

catastrophique agrave tel point que la puissance ne peut plus ecirctre achemineacutee correctement aux

consommateurs et que lrsquointeacutegriteacute du systegraveme peut ecirctre mise en danger

Le meacutecanisme qui sous-tend cet affaissement des tensions est lrsquoinstabiliteacute de tension et

la catastrophe qui en reacutesulte est lrsquoeffondrement de tension [34]

En termes simples lrsquoinstabiliteacute de la tension provient drsquoun comportement des charges

qui tend agrave ramener la consommation de puissance de celles-ci au-delagrave de ce que peuvent

fournir ensemble le reacuteseau de transport et les geacuteneacuterateurs

Dans de nombreux reacuteseaux agrave travers le monde lrsquoinstabiliteacute de tension est consideacutereacutee

comme une source majeure de deacutefaillance au moins aussi importante que les surcharges

thermiques drsquoeacutequipements (et le risque associeacute de deacuteclenchements en cascade) ou lrsquoinstabiliteacute

angulaire (perte de synchronisme entre geacuteneacuterateurs) connues depuis plus longtemps

Plusieurs facteurs contribuent agrave cet eacutetat de fait

- comme on le sait la construction de nouvelles lignes eacutelectriques est de

plus en plus difficile souvent retardeacutee et parfois impossible

- la concentration de la production dans ces centrales de plus en plus

puissantes a diminueacute le nombre de points tenus en tension dans le reacuteseau et

augmenteacute les distances eacutelectriques entre centres de production et de consommation

Certes lrsquoeacutemergence de la production deacutecentraliseacutee va quelque peu inverser cette

tendance en rapprochant producteurs et consommateurs Encore faut ndashil que ces

sources drsquoeacutenergie fournissent les services auxiliaires que sont la reacutegulation de

tension et la mise agrave disposition drsquoune reacuteserve de puissance reacuteactive

- lrsquousage massif de condensateurs shunt pour soutenir le profil de tension

permet de transporter de plus grandes quantiteacutes de puissance mais rapproche le point

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

81

drsquoinstabiliteacute des plages de fonctionnement normal

- lrsquoinstabiliteacute de tension est souvent deacuteclencheacutee par la perte

drsquoeacutequipements de transport et ou de production incidents dont la probabiliteacute

drsquoapparition est relativement eacuteleveacutee (compareacutee par exemple agrave celle du court-circuit

triphaseacute consideacutereacute en stabiliteacute transitoire angulaire)

- lrsquoouverture du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute incite agrave faire fonctionner les

reacuteseaux plus pregraves de leurs limites physiques pour des raisons de rentabiliteacute

eacuteconomique Plus encore que par le passeacute il est donc neacutecessaire drsquoeacutevaluer ces

limites en particulier vis ndashagrave vis du risque drsquoinstabiliteacute de tension

IV2) Outils de simulation

Plusieurs outils de simulation ont eacuteteacute utiliseacutes dans lrsquoanalyse et lrsquoeacutetude des reacuteseaux

eacutelectriques tels que (Matlab EMTP Etap PowerWorld PSAThellip etc) Ces logiciels

permettent de nous renseigner sur les diffeacuterents facteurs drsquoun reacuteseau eacutelectrique et agrave simuler les

diffeacuterents cas pour avoir les paramegravetres du reacuteseau Ces derniers utilisent les mecircmes

concepts Dans ce meacutemoire le logiciel PSAT est utiliseacute pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de

tension drsquoun reacuteseau de transport

PSAT est un logiciel librement distribueacutes conccedilu par Federico Milano baseacute sur

MATLAB pour lanalyse et lrsquooptimisation des reacuteseaux eacutelectriques Lrsquointerface graphique

interactive du PSAT permet agrave lrsquoutilisateur drsquoeffectuer les fonctions statiques et dynamiques

suivantes [35]

Calcul drsquoeacutecoulement de puissance (Power Flow- PF)

Calcul drsquoeacutecoulement de puissance Optimal (Optimal Power Flow- OPF)

Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation Power Flow- CPF)

Analyse de la stabiliteacute de petites perturbations (Small Signal Stability Analysis-

SSSA)

Simulation temporelle (Time Domaine Simulation- TDS)

Analyse transitoire drsquoeacutelectromagneacutetique (Electro Magnetic Transient Analysis-

EMT)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

82

Interface graphique (Graphical User Interface- GUI)

Eacutediteur de reacuteseau graphique (Graphical Network Editor- GNE)

Toutes les opeacuterations de PSAT peuvent ecirctre reacuteparties en deux genres drsquoanalyse

- La premiegravere analyse est de reacutesoudre les problegravemes de lrsquoeacutecoulement de puissance

Cette application srsquoeffectue dans une page de commande ou un eacutediteur comme

montre la figure (IV1)

- La seconde analyse est drsquoimplanter le reacuteseau agrave eacutetudier en utilisant une bibliothegraveque

de Simulink qui contient de nombreux modegraveles pour lrsquoimplantation des systegravemes

eacutelectriques comme montreacute dans la figure (IV2)

IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques

La deacutefinition et les types de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques sont repreacutesenteacutes dans le

chapitre I

Durant les derniegraveres deacutecennies la stabiliteacute de tension dans les systegravemes dalimentation

est devenue un vaste champ de recherches Les pheacutenomegravenes dinstabiliteacute en tension peuvent

srsquoeacutetendre dans une plage de temps allant de quelques secondes agrave quelques heures et ont eacuteteacute

eacutetudieacutes en utilisant une varieacuteteacute de modegraveles statiques et dynamiques y compris les reacutegulateurs

et les dispositifs eacutelectroniques de puissance

Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

83

Les sujets pertinents pour le marcheacute de leacutelectriciteacute et pour les techniques optimales

deacutecoulement de puissance sont geacuteneacuteralement les pheacutenomegravenes drsquoeffondrement de tension

reacutesultant des variations de charge et des opeacuterations de commutation Lrsquoeffondrement de

tension est geacuteneacuteralement la conseacutequence de laugmentation de la charge dans les systegravemes

caracteacuteriseacutes par des conditions de chargement lourd et ou lorsque survient une modification

dans le systegraveme comme une ligne hors service Le reacutesultat est geacuteneacuteralement que le point de

fonctionnement actuel qui est stable laquodisparaicirctraquo et le systegraveme transitoire suivant conduit agrave

une rapide irreacutecupeacuterable baisse de tension

IV31) Facteur de charge et les directions de puissance [34]

Loutil analytique le plus accepteacute pour lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes de lrsquoeffondrement de

tension est la theacuteorie de la bifurcation qui est une theacuteorie matheacutematique geacuteneacuterale capable de

classer les instabiliteacutes drsquoeacutetudier le comportement du systegraveme dans le voisinage

drsquoeffondrement ou des points instables et de donner une information quantitative sur les

actions correctives pour eacuteviter les conditions critiques

Dans la theacuteorie de la bifurcation il est supposeacute que les eacutequations du systegraveme deacutependent

dun ensemble de paramegravetres avec des variables deacutetat comme suit

0 = 119891 (120013 λ)

avec

119891 Eacutequation de lrsquoeacutecoulement de puissance

120013 Variables deacutependantes

120582 Facteur de charge

Alors les proprieacuteteacutes de la stabiliteacute instabiliteacute sont eacutevalueacutees en variant lsquolsquolentementrsquorsquo les

paramegravetres Dans ce meacutemoire le paramegravetre utiliseacute pour eacutetudier la proximiteacute du systegraveme de

lrsquoeffondrement de tension est le soi-disant facteur de charge 120582 (120582 isin ℛ) ce qui modifie les

puissances du geacuteneacuterateur et la charge comme suit

(IV1)

1198751198661 = (1 + 120582)(1198751198660 + 119875119878)

1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)

1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)

(IV2)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

84

Avec

1198751198660 Puissance active du geacuteneacuterateur

1198751198710 Puissance active de la charge

119875119878 Fourniture de lrsquooffre (Supply bids)

119875119863 Demande drsquooffre (Demand bids)

Les puissances qui multiplient λ sont appeleacutees les puissances de direction Les eacutequations

(IV2) diffegraverent du modegravele geacuteneacuteralement utiliseacute dans lanalyse du calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) cest-agrave-dire

Ougrave le facteur de charge touche uniquement les variables puissances PS et PD Dans les

diagrammes typiques de bifurcation les tensions sont traceacutees en fonction de λ cest agrave dire la

mesure de la capaciteacute de charge du systegraveme obtenant ainsi les courbes V(p)

Les indices 0 1 et 2 deacutenotent le cas de base le premier point et le deuxiegraveme point de

directions des puissances respectivement

IV 32) Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation

power flow- CPF) [34]

Les techniques du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance sont largement

reconnues comme un outil preacutecieux pour deacuteterminer les courbes V(P) du systegraveme de

puissance et permettent destimer les conditions de chargement maximal et des solutions

laquocritiquesraquo (par exemple saddle-node et limites induites de points de bifurcation) Malgreacute que

les grands systegravemes neacutecessitent un calcul numeacuterique exigeant le CPF nest pas affecteacutee par

des instabiliteacutes numeacuteriques En fait il est capable de deacuteterminer la partie stable et instable des

courbes V(p) et peut fournir des informations suppleacutementaires telles que les facteurs de

sensibiliteacute de la solution actuelle agrave leacutegard des paramegravetres pertinents

Dun point de vue matheacutematique le CPF est une technique dhomotopie et permet

dexplorer la stabiliteacute des eacutequations du systegraveme eacutelectrique en faisant varier un paramegravetre du

systegraveme qui dans les eacutetudes de stabiliteacute statique et dynamique typique de tension est le

paramegravetre de charge λ De maniegravere geacuteneacuterale le CPF consiste en un pas preacutedicteur reacutealiseacute par

le calcul du vecteur tangent et un pas correcteur qui peut ecirctre obtenu soit par lintermeacutediaire

PG2 = (PG0 + λPS)

PL2 = (PL0 + λPD)

PL2 = (PL0 + λPD)

(IV3)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

85

dun parameacutetrage local ou agrave une intersection perpendiculaire

a) Pas preacutedicteur

Au point deacutequilibre geacuteneacuterique p la relation suivante sapplique

Et le vecteur tangent peut ecirctre approximeacute par

Agrave partir de lrsquoeacutequation (IV4) et (IV5) on a

Agrave ce point un pas de grandeur k de controcircle doit ecirctre choisi pour deacuteterminer la quantiteacute Δ120013119901

et Δ120582119901 avec une normalisation afin deacuteviter de grands pas quand 120591119901 est grand

Δ120582119901 ≜ 119896

120591119901 Δ120013119901 ≜

119896 120591119901

120591119901

Ougrave ∙ est la norme euclidienne et 119896 = plusmn1 Le signe de k deacutetermine lrsquoaugmentation ou la

diminution de 120582 La figure (IV3) preacutesente une repreacutesentation graphique du pas preacutedicteur

119891(120013 p λp) = 0 rArr d119891

dλ|

p= D120013 119891|p

d120013

dλ|

p+

d119891

dλ|

p= 0 (IV4)

120591p = d120013

dλ|

p asymp

Δ 120013 p

∆λp

(IV5)

120591119901 = minus D120013 119891|pminus1

part119891

partλ|

p

∆120013p = 120591119901 ∆λp

(IV6)

(IV7)

(120013119901 120582119901)

120591119901

119891(120013 120582) = 0

(120013119875 + ∆120013119875 120582119875 + ∆120582119875)

Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance

pas preacutedicteur obtenu par les moyens de la tangente

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

86

b) Pas correcteur

Pour le pas correcteur lrsquoensemble des eacutequations n+1 est reacutesolu

119891(120013 λ) = 0

120578(120013 λ) = 0

Ougrave la solution de 119891 doit ecirctre dans le collecteur de bifurcation et 120578 est une eacutequation

additionnelle pour garantir un ensemble non singulier au point de bifurcation Pour le choix de

120578 il yrsquoa deux options lrsquointersection perpendiculaire et la parameacutetrisation locale

Dans le cas de lrsquointersection perpendiculaire dont la repreacutesentation est donneacutee par la figure

(IV2) lrsquoexpression de 120578 devient (eacutequation IV9)

Tandis que pour la parameacutetrisation locale soit le paramegravetre 120582 soit la variable 120013119894 est forceacutee

drsquoecirctre une valeur fixe

(120013119901 120582119901)

119891(120013 120582) = 0

(120013119888 120582119888)

(120013119888 minus (120013119875 + ∆120013119875 ) 120582119888 minus (120582119875 + Δ120582119901 ) )

120578 (120013 λ) = [Δ120013p

Δλp]

T

[120013c minus (120013p + Δ120013p)

λc minus (λp minus Δλp)] = 0

ppcx )(

(IV8)

(IV9)

(IV10)

Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas

correcteur obtenu par les moyens dintersection perpendiculaire

P

900

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

87

Ou

pipici xxxx )(

Le choix pour que la variable soit fixe deacutepend du collecteur de bifurcation de 119891 comme

crsquoest preacutesenteacute agrave la figure (IV5)

IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE 39 nœuds

IV41) Preacutesentation du reacuteseau

Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds est un reacuteseau de transport standard IEEE New England

39 nœuds sera utiliseacute pour les diffeacuterents sceacutenarios de nos simulations Ce reacuteseau repreacutesente

une simplification du reacuteseau de transport de la reacutegion Nouvelle Angleterre (nord-est des Etats-

Unis) Il srsquoagit donc drsquoune partie drsquoun reacuteseau reacuteel ameacutericain Ce reacuteseau fonctionne agrave 100

kV et comporte 10 geacuteneacuterateurs (119875119866119905119900119905119886119897119890= 619 Gw 119876119866119905119900119905119886119897119890= 113 Gvar) et 39 nœuds dont

19 nœuds de charge et 48 lignes Un scheacutema complet de ce reacuteseau est preacutesenteacute par la figure

IV6) [36]

Les donneacutees des jeux de barres ainsi que les caracteacuteristiques des branches sont

indiqueacutees dans lrsquoannexe A1

Le reacuteseau de transport IEEE-39 nœuds est constitueacute de 3 reacutegions (figure IV7) Chaque

reacutegion contient des nœuds PV et des nœuds PQ ainsi des geacuteneacuterateurs synchrones

(IV11)

Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas

correcteur obtenu par les moyens de la parameacutetrisation locale

λ

Correcteur

Correcteur

x

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

88

En utilisant la technique du CPF la stabiliteacute de tension est eacutetudieacutee Le comportement du

systegraveme test consideacutereacute avec et sans les dispositifs FACTS sous diffeacuterentes conditions de

charge est eacutetudieacute Lrsquoemplacement des FACTS est deacutetermineacute agrave travers le CPF

Un modegravele classique PQ est utiliseacute pour les charges Les limites des geacuteneacuterateurs sont

ignoreacutees Lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension est effectueacutee en commenccedilant agrave partir dun point

de fonctionnement stable initiale et en augmentant ensuite les charges par le facteur 120582 jusqursquoagrave

atteindre le point de singulariteacute de la lineacutearisation de lrsquoeacutecoulement de puissance

Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

89

Lorganigramme de la stabiliteacute de tension avec les FACTS en utilisant la meacutethode CPF

est illustreacute par la figure (IV8)

De la figure (IV8) on peut observer que les eacutequations des dispositifs FACTS sont

ajouteacutees dans les eacutequations de lrsquoeacutecoulement de puissance Les nouvelles eacutequations de

lrsquoeacutecoulement de puissance sont ensuite utiliseacutees dans le pas correcteur du processus CPF

Zone I

Noeuds (PQ) 4 5 6

7 8 910 11 12 13

14

Noeuds (PV) 31 32 39

Zone II

Noeuds(PQ) 1 2 3 17 18 25 26

27

Noeuds(PV) 3037

Zone III

Noeuds (PQ) 15 16 19 20 21 22 23 24

28 29

Noeuds (PV) 3334353638

Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds

Reacuteseau IEEE 39-nœuds

Geacuteneacuterateurs synchrones

30 31323334353637

3839

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

90

IV5) Emplacement du STATCOM

Fixer le nombre des points du CPF

Reacutesoudre les eacutequations de

lrsquoeacutecoulement de puissance de

charge avec les FACTS

Reacutesoudre les eacutequations de

lrsquoeacutecroulement de charge avec les

FACTS

Nombres des points de CPF

Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS

Lire les donneacutees

Pas preacutedicteur dans la meacutethode

CPF

Creacuteer les eacutequations de lrsquoeacutecoulement

de puissance avec les eacutequations du

FACTS

La courbe PV

complegravete

Fin

Deacutebut

Pas correcteur dans la meacutethode

CPF

Non

Oui

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

91

IV5) Emplacement du STATCOM

Drsquoapregraves le profil de tension (figure IV9) ainsi une preacutesentation des nœuds critiques sur

la figure (IV10) et leurs courbes V(p) obtenues par la meacutethode du CPF illustreacutee aux figures

(IV11 IV12 IV13) nous implanterons le STATCOM sur le nœud de charge le plus fragile

du reacuteseau de transport Le point de chargement maximal ou le point de bifurcation quand la

matrice jacobienne est singuliegravere survient agrave 120640=22806 pu

Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone

Reacuteseau IEEE 39-nœuds

Zone I

Les noeuds fragiles

875641214

le noeud le plus critique 8

Zone II

Les noeuds fragiles

3181727

le noeud le plus critique 3

Zone III

Les noeuds fragiles

1516242128

le noeud le plus critique 15

Figure IV9 Profil des tensions du reacuteseau IEEE 39-nœuds

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

92

Le calcul du CPF sur le reacuteseau seul (crsquoest ndash agrave dire sans y inseacuterer le STATCOM) a

montreacute que le nœud concerneacute est le nœud 8 de la zone 1

IV51) Impact du STATCOM

Apregraves la deacutetermination du nœud fragile du reacuteseau consideacutereacute et qui a besoin drsquoecirctre

soutenus les valeurs nominales (the ratings) du STATCOM doivent ecirctre choisies il est agrave

Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de

base)

0 05 1 15 2 25

065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

X 228

Y 07822

Lambda(pu)

Tensio

ns(pu)

Zone 3

V15

V16

V21

V24

V28

Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme

(eacutetat de base)

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

115

12

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu

)

Zone 2

V3

V17

V18

V27

Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1

du systegraveme (eacutetat de base)

0 05 1 15 2 250

02

04

06

08

1

12

14

X 228

Y 06766

Lambda (pu)

Tensio

ns(p

u)

Zone 1

V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

93

preacutevoir que par lintroduction du STATCOM aux nœuds critiques le profil de tension sera

plat et le facteur de charge du systegraveme va augmenter

Les gestionnaires des reacuteseaux eacutelectriques imposent une toleacuterance de plusmn 5 sur la tension

du reacuteseau de transport pour garantir une qualiteacute de distribution de lrsquoeacutelectriciteacute Nous

prendrons donc 119880119898119894119899 = 095pu et 119880119898119886119909 = 105 pu (soit respectivement 95KV et 105 KV

pour notre reacuteseau de transport de 100KV nominal) On obtient les valeurs nominales de la

puissance reacuteactive du STATCOM par [21]

119876119898119886119909 = 119868119871119898119886119909 lowast 119880119898119886119909

Et

119876119898119898119894119899 = 119868119888119898119886119909 lowast 119880119898119894119899

Drsquoougrave 119883119878119871 = 119880max minus 119880119898119894119899

119868119871119898119886119909minus 119868119888119898119886119909

Avec

119868119871119898119886119909 Courant inductif maximum

119868119888119898119886119909 Courant capacitif maximum

119880119898119886119909 119880119898119894119899 tension limites en reacutegulation

119883119878119871 ∶ Pente de la caracteacuteristique statique dans la zone de fonctionnement en reacutegulation

Quand le STATCOM est connecteacute au nœud 8 on observe drsquoapregraves la figure (IV14) que

les nœuds les plus fragiles de la zone 1 ont un profil de tension plus plat que lrsquoeacutetat de base et

introduire le STATCOM va augmenter le facteur de charge agrave la valeur maximale Comme

attendu le point de bifurcation pour le STATCOM placeacute au nœud 8 survient agrave une valeur de

charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 231 pu Sa puissance reacuteactive capacitive calculeacutee drsquoapregraves les

eacutequations IV12 et IV13 est de ndash 380 Mvar + 420 Mvar pour une puissance de base de

100MVA

(IV12)

(IV13)

(IV14)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

94

IV511) Profils des tensions et les pertes de puissances dans le

systegraveme

Les profils des tensions du cas de base et du systegraveme avec le STATCOM sont illustreacutes

agrave la figure (IV15) Il est eacutevident agrave partir de cette figure que le STATCOM fournit un meilleur

profil de tension au point drsquoeffondrement de tension compareacute agrave lrsquoeacutetat de base Cela est ducirc au

fait que le STATCOM est installeacute au nœud le plus faible

Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV16)

et la figure (IV17) respectivement Lrsquoaugmentation des pertes au voisinage du point

drsquoeffondrement est faible dans le cas du STATCOM placeacute au nœud 8

Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Ten

sion

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 8

Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

X 2315

Y 07441

Lambda(pu)

Tensio

ns(p

u

Zone STATCOM au 8

V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

95

La figure (IV18) illustre le paramegravetre de charge pour diffeacuterents emplacements du

STATCOM sur les nœuds les plus critiques des 3 zones selon les courbes V(p) des figures

(IV11 IV12 et IV13)

Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives

avec STATCOM au nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Zone 1 avec STATCOM au noeud 8

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 8

Figure IV17 Profils de pertes de

puissances reacuteactives avec STATCOM au

nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 1 avec STATCOM au noeud 8

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 8

Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM

[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

225

226

227

228

229

23

231

232

233

234

Base STATACOM aunœud 08

STATACOM aunœud 03

STATACOM aunœud 15

22806

23164232

234

Paramegravetre de charge(pu)

Paramegravetre decharge(pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

96

Puisque notre but agrave travers la recherche de lrsquoemplacement ideacuteal du dispositif

STATCOM est drsquoaugmenter la stabiliteacute de tension c-agrave-d maximiser le facteur de charge 120582 du

systegraveme tous en controcirclant la tension et minimisant les pertes des puissances actives et

reacuteactives nous placcedilons le mecircme STATCOM sur ces diffeacuterents nœuds fragiles et nous

observons lrsquoimpact qursquoil peut apporter

Le STATCOM placeacute sur le nœud 3 de la zone 2 et le nœud 15 de la zone 3 offre le

maximum du facteur de charge (voir figure IV18)

Les courbes V(p) avec le STATCOM sur les nœuds 3 et 15 sont illustreacutes sur les figures

(IV19) et (IV20) ainsi leurs profils des tensions sont illustreacutes sur les figures (IV21) et

(IV22)

Drsquoapregraves ces figures on constate une leacutegegravere ameacutelioration de tension sur les nœuds 2 3 et

4 pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3

Pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 15 on remarque sur les profils des

tensions une leacutegegravere baisse de tension sur les nœuds 5 6 7 8 9 11 et 13 et une ameacutelioration

pour les nœuds 15 16 17 18 et 20

Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au

nœud 03

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

115

12

Lambda(pu)

Tensio

n (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

X 2325

Y 08385

V3

V17

V18

V27

Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au

nœud 15

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

X 234

Y 07461

Lambda(pu)

Tensio

ns(p

u)

Zone 3 avec STATCOM au noeud 15

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

97

Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV23)

et la figure (IV24) respectivement pour le STATCOM au nœud 3 et les figures (IV25) et

(IV26) pour le STATCOM au nœud 15 Lrsquoaugmentation des pertes actives et reacuteactives au

voisinage du point drsquoeffondrement est grande dans le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3

et 15 presque pour tous les nœuds

Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme

avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 3

Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme

avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns(p

u)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 15

Figure IV23 Profils de pertes de puissances

actives avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 03

Figure IV24 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 03

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

98

IV512) Synthegravese

Les diffeacuterents emplacements du STATCOM preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE

39 nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV27) et

(IV28) syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du STATCOM Notre choix du nœud 8

comme un nœud fragile qui avait besoin drsquoecirctre soutenu est raisonnable vu lrsquoapport qursquoil a

fourni (figure IV28)

Figure IV25 Profils de pertes de puissance actives

avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 15

Figure IV26 Profils de pertes de puissance

reacuteactives avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 3 avec STATCOM au noeud 15

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 15

Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les

diffeacuterents emplacements du STATCOM [Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

0

20

40

60

80

100

Base STATCOMau 08

STATCOMau 03

STATCOMau 15

404 354 418 415

895298

738

9261 9249

Pertes de puissancesactives (pu)

Pertes de puissancesreacuteactives (pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

99

IV6) Emplacement du SSSC

Comme nous lrsquoavons deacutejagrave signaleacute dans le chapitre 2 Un SSSC fonctionne sans la

preacutesence drsquoune source de tension externe Il opegravere comme une source de tension en seacuterie agrave la

ligne Cette source geacutenegravere une tension en quadrature avec et controcircleacutee seacutepareacutement du courant

qui passe agrave travers la ligne dont le but drsquoaugmenter ou de diminuer la tension injecteacute en seacuterie

dans la ligne et par conseacutequence controcircler le flux de puissance qui passe agrave travers la ligne

Son fonctionnement est similaire agrave une compensation seacuterie par un condensateur Si on

eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant de la ligne on obtient le mecircme

reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un condensateur

119880119902 = minus119895 119883119888119868

Avec

119883119888 Reacuteactance capacitive du condensateur

(IV15)

Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du STATCOM

[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

07846081614

073999

0

02

04

06

08

1

12

1 5 10 15 20 25 30 35

Zone 1 (08)

Zone 2 (03)

Zone 3 (15)

Base

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

100

Mais comme le SSSC est une source de tension il peut alors maintenir une tension

constante puisque il la controcircle indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC

peut augmenter ou diminuer le flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant

la tension injecteacutee en seacuterie agrave la ligne

Dans nos simulations nous avons reacutegleacute la tension injecteacutee entre ses limites ainsi le taux de

compensation du SSSC

IV61) Impact du SSSC

Drsquoapregraves la figure (IV6) et la figure (IV9) le nœud 8 le plus fragile est alimenteacute par trois

lignes 8-5 8-7 et 8-9 Donc pour seacutelectionner lrsquoemplacement du SSSC nous allons nous baser

sur lrsquoaugmentation maximale de la puissance au point de lrsquoeffondrement [34] Les figures

(IV29) et (IV30) montrent clairement que les puissances actives et reacuteactives sur la ligne 15

(8-9) sont maximales au point de lrsquoeffondrement de tension

Apregraves lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 15 les figures (IV31) (IV32) et (IV33)

montrent les courbes V(p) des 3 zones le point de bifurcation pour le SSSC inseacutereacutee sur la

ligne 15 survient agrave une valeur de charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 239 pu Nous pouvons

remarquer que les courbes V(p) gardent toujours la partie infeacuterieure (partie instable) de la

courbe

Figure IV29 Puissances actives

maximales au point drsquoeffondrement

0 05 1 15 2-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Lambda (pu)

Puis

sance a

ctives (

pu

X 228

Y -08897

X 228

Y 4079

X 228

Y 7041

PBUS05 BUS08

PBUS07 BUS08

PBUS08 BUS09

Figure IV30 Puissances reacuteactives

maximales au point drsquoeffondrement

0 05 1 15 2-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

Lambda (pu)

Puis

sances r

eacuteactives(p

u)

X 228

Y 1762

X 228

Y -05669

X 228

Y -4221

QBUS05 BUS08

QBUS07 BUS08

QBUS08 BUS09

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

101

Les profils des tensions des pertes actives et reacuteactives sont illustreacutes sur les figures

(IV34) (IV35) (IV36) respectivement

Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC

sur la ligne 15

0 05 1 15 2 25065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

115

X 239

Y 07389

Lambda (pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 2 avec SSSS sur la ligne 15

V3

V17

V18

V27

Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec

SSSC sur la ligne 15

0 05 1 15 2 250

02

04

06

08

1

12

14

X 239

Y 06732

Lambda(pu)

Tensio

n(p

u)

Zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15

0 05 1 15 2 2505

06

07

08

09

1

11

12

X 239

Y 06487

Lambda (pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 avec SSSC sur la ligne 15

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

102

Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tens

ions

(pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 15

Figure IV35 Profils de pertes de

puissances actives avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 15

Figure IV36 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

103

Drsquoapregraves ces reacutesultats nous pouvons conclure que le SSSC inseacutereacute sur la ligne 15 de la

zone 1 nrsquoa pas ameacutelioreacute les profils de tension les pertes actives et reacuteactives au point

drsquoeffondrement de tension

Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion pour le SSSC nous allons le placeacute dans

la zone 3 ougrave se trouve le 2egraveme nœud fragile drsquoapregraves la courbe de la figure IV9 qui est le nœud

15

Nos simulations nous en permettent de trouver 2 situations critiques lors de

lrsquoeffondrement de tension sur la ligne 45 (22- 35) et la ligne 48 (29- 38) leurs puissances

actives et reacuteactives au point drsquoeffondrement sont illustreacutees par les figures (IV37) et (IV38)

IV611) SSSC inseacutereacute sur la ligne 45

Nous avons inseacutereacute le SSSC sur la ligne 45 entre le nœud 22 et le nœud 35 la courbe

V(p) de la zone 3 (zone drsquoinsertion du SSSC) les profils de tensions les pertes actives et

reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV39) (IV40) (IV41) et (IV42) respectivement

Figure IV37 Puissances actives

maximales au point drsquoeffondrement de la

zone 3

0 05 1 15 2-20

-15

-10

-5

0

5

X 228

Y -1513

Lambda (pu)

Puis

sances a

ctives (

pu)

Zone 3 Etat de base

X 228

Y -1895

PBUS22 BUS35

PBUS29 BUS38

Figure IV38 Puissances reacuteactives

maximales au point drsquoeffondrement de la

zone 3

0 05 1 15 2-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

X 2281

Y -3841

Lambda (pu)

puis

sances r

eacuteactives (

pu)

Zone 3 Etat de base

X 2281

Y -945Q

BUS22 BUS35

QBUS29 BUS38

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

104

Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 45 les profils des tensions sont meilleurs par apport

agrave ceux du SSSC sur la ligne 15 de la zone 1

IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48

Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion du SSSC sur notre reacuteseau de transport

nous allons lrsquoinseacutereacute sur la ligne 48 entre le nœud 29 et le nœud 38 la courbe V(p) les profils

de tensions les pertes actives et reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV43) (IV44)

(IV45) et (IV46) respectivement

Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme

avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV41 Profils de pertes de puissances

actives avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV42 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec

SSSC sur la ligne 45

0 05 1 15 2 25065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

115

X 234

Y 07265

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 SSSC sur la ligne 45

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

105

Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 les profils des tensions ne sont pas meilleurs

par apport au cas du SSSC sur la ligne 45 mais pour les pertes reacuteactives lrsquoinsertion sur la

ligne 48 est meilleure que pour lrsquoinsertion sur la ligne 45

Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec

SSSC sur la ligne 48

0 05 1 15 2 25

065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

X 2306

Y 0704

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 avec SSSC sur la ligne 48

V15

V16

V21

V24

V28

Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme

avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 48

Figure IV46 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Petes reacuteactiv

es (pu)

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48

Figure IV45 Profils de pertes de puissances

actives avec SSSC sur la ligne 48

Figure (IV45) Profils de pertes de puissance

actives avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pertes activ

es (pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 48

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

106

IV613) Synthegravese

Les diffeacuterents emplacements du SSSC preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE 39

nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV47) et (IV48)

syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du SSSC

Lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 45 de la zone 3 nous a fourni des meilleurs reacutesultats au

point drsquoeffondrement

Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC

[Extrait de lrsquoannexe B1 B3]

222

224

226

228

23

232

234

236

238

24

Base SSSC agrave laligne 15

SSSC agrave laligne 45

SSSC agrave laligne 48

22806

239

234

23

Paramegravetre de charge(pu)

Paramegravetre de charge(pu)

Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents

emplacements du SSSC [Extrait de lrsquoannexe B1 B3]

0

20

40

60

80

100

120

Base SSSC agrave laligne 15

SSSC agrave laligne 45

SSSC agrave laligne 48

404 466 402 363

89529810482

8381 8211

Pertes Actives (pu)

Pertes Reactives (pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

107

IV7) Conclusion

Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre une eacutetude de lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute des

reacuteseaux eacutelectriques en y inseacuterant deux systegravemes FACTS le STATCOM (Static Synchronous

Compensator) et le SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Le reacuteseau utiliseacute pour

les simulations est le reacuteseau de transport IEEE_39 nœuds Lrsquoanalyse des performances du

reacuteseau porte sur le support du profil de tension lrsquoaugmentation de la stabiliteacute en tension et la

diminution des pertes actives et reacuteactives et ce pour lrsquoeffondrement de tension Le

programme utiliseacute est un logiciel de calcul drsquoeacutecoulement de puissance (PF) et le calcul

continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) [PSAT]

Les tests effectueacutes ont montreacute plusieurs reacutesultats inteacuteressants Tout drsquoabord le systegraveme

FACTS shunt (le STATCOM) assure une stabilisation globale du reacuteseau En effet dans tous

les cas le STATCOM tend soit agrave stabiliser tous les nœuds soit en agrave stabiliser certains sans

affecter les autres En tout eacutetat de cause ce systegraveme nrsquoa jamais deacutestabiliseacute un nœud quel qursquoil

soit En fait le STATCOM ameacuteliore les performances du reacuteseau eacutelectrique (surtout en termes

de stabiliteacute et de soutien de tension) en fournissant de la puissance reacuteactive dans la zone de

charge Ceci doit ecirctre nuanceacute en ce qui concerne le compensateur seacuterie Si celui ndashci peut avoir

un bon comportement local crsquoest-agrave-dire dans la zone ougrave il est implanteacute en augmentant le

paramegravetre de charge il peut deacutestabiliser certains nœuds du reacuteseau Cette deacutestabilisation risque

drsquoecirctre importante Pour ecirctre efficace un SSSC doit ecirctre implanteacute sur une ligne preacutesentant des

puissances maximales au point drsquoeffondrement

Les reacutesultats obtenus pour la stabiliteacute de tension restent valables pour le support du

profil de tension On peut toutefois noter que la stabiliteacute drsquoun nœud ne deacutepend pas

uniquement de son niveau de tension crsquoest-agrave-dire qursquoun nœud agrave tension eacuteleveacutee peut malgreacute

tout ecirctre instable

Gracircce agrave lrsquoinsertion de ces deux systegravemes FACTS on pourra suivant les cas eacuteviter un

effondrement de tension du reacuteseau Les FACTS ont donc un apport beacuteneacutefique en termes de

seacutecuriteacute du reacuteseau

108

Conclusion geacuteneacuterale

Conclusion geacuteneacuterale

109

Le deacuteveloppement de leacutelectronique de puissance a permet dameacuteliorer la gestion des

reacuteseaux eacutelectriques en introduisant un nouveau concept par les systegravemes de transmission de

leacutenergie agrave courant alternatif flexible appeleacutee FACTS avec lesquels le controcircle du flux de

puissance active et reacuteactive ainsi que laugmentation des capaciteacutes de charge des lignes sont

atteints et performeacutes par linjection des tension (ou courant) des convertisseur conccedilus avec des

interrupteurs statiques modernes commandeacutees en ouverture et en fermeture tels que les GTO

IGBT concernant la nouvelle geacuteneacuteration de ces systegravemes FACTS

Dans le contexte de lrsquoinsertion des systegravemes FACTS dans les reacuteseaux eacutelectriques nous

avons orienteacute nos travaux vers lrsquoeacutetude de la stabiliteacute de tension en reacutegime statique

speacutecialement lrsquoemplacement optimal des dispositifs FACTS en utilisant le calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance

Nous avons dans ce cadre choisi drsquoeacutetudier le comportement de deux dispositifs FACTS

qui sont

le Compensateur Statique Synchrone le STATCOM (Static Synchronous

Compensator)

le Conpensateur statique seacuterie synchrone le SSSC (Static Synchronous Series

Compensator

Ces dispositifs ont eacuteteacute choisis comme base de deacutepart en vue de lrsquoeacutetude ulteacuterieure de

systegravemes FACTS plus complexes

Lrsquoimpact des systegravemes FACTS sur lrsquoeffondrement de tension a eacuteteacute meneacute agrave bien agrave lrsquoaide

de deux logiciels le PSAT et le MATLAB et deux modegraveles FACTS ont eacuteteacute utiliseacutes Pour les

simulations statiques nous avons utiliseacute le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds le facteur de

charge a eacuteteacute calculeacute par la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF)

Cette technique a montreacute ses capaciteacutes agrave surmonter les problegravemes de la singulariteacute de la

matrice jacobienne rencontreacutes dans les algorithmes standards de calcul de lrsquoeacutecoulement de

puissance

Les simulations statiques ont montreacute lrsquoapport incontestable des FACTS dans

lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute de tension Le systegraveme FACTS shunt le STATCOM stabilise le

reacuteseau de faccedilon globale alors que le SSSC a un meilleur comportement local Lrsquoimplantation

Conclusion geacuteneacuterale

110

du SSSC doit ecirctre faite sur une ligne preacutesentant des puissances maximales au point de

lrsquoeffondrement Ces reacutesultats sont eacutegalement valables en ce qui concerne le support du profil

de tension Les FACTS ameacuteliorent le niveau de seacutecuriteacute du reacuteseau car on pourra gracircce agrave leur

insertion et suivant les cas eacuteviter lrsquoeffondrement de tension

Nous pouvons maintenant eacutenoncer quelques perspectives ayant pour objectif de

compleacuteter ce que nous avons preacutesenteacute dans ce rapport de meacutemoire

bull Comparaison entre tous les types des FACTS et leur impact sur le pheacutenomegravene de

lrsquoeffondrement de tension

bull Lorsque les compensations shunt et seacuterie seront bien connues nous pourrons alors nous

inteacuteresser aux deacutephaseurs commandeacutes par thyristors et agrave lrsquoUPFC le compensateur

universel qui reacuteunit agrave lui seul les fonctions FACTS de compensation shunt et seacuterie et de

deacutephasage

bull Pour les besoins de la deacutetermination de lrsquoemplacement optimal des FACTS nous

proposons pour un futur travail de deacutevelopper un programme baseacute sur les meacutethodes

heuristiques qui simule lrsquoemplacement optimal des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique

bull Le raccordement des eacutenergies renouvelables aux reacuteseaux intelligents dits laquosmart

gridsraquo lrsquoun des deacutefis des eacutenergies renouvelables telles que lrsquoeacuteolien ou le solaire reacuteside

dans le risque drsquointerruption de leur production dont la stabiliteacute est menaceacutee par leur

caractegravere aleacuteatoire Les systegravemes FACTS apportent une solution agrave ce problegraveme de

capaciteacute et de stabiliteacute du reacuteseau lequel integravegre une part croissante deacutenergie

renouvelable

111

Bibliographie

112

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version 218 Janvier 6 2013

[36] Diana Iuliana Craciun laquo Modeacutelisation des eacutequivalents dynamiques des reacuteseaux

eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat 15 Deacutecembre 2010

[37] Abdelaagraveli Alibi laquo Controcircle des Reacuteseaux Electriques par les Systegravemes FACTS

(Flexible AC Transmission Systems raquo Meacutemoire de Magister Universiteacute de Batna

13 Juin 2009

115

Annexes

116

117

A Donneacutees du reacuteseau IEEE 39 nœuds

Lines Power

rating

(MVA)

Voltage

Rating

(kV)

Frequence

rating

(Hz)

Trnasfo-

magnitude

Resistance

(pu)

Reactance

(pu)

Supstance

1-2 100 100 60 000000 000350 004110 069870

1-39 100 100 60 000000 00010 002500 075000

1-39 100 100 60 000000 000200 005000 037500

2-3 100 100 60 000000 000130 001510 025720

2-25 100 100 60 000000 000700 000860 014600

3-4 100 100 60 000000 000130 002130 022140

3-18 100 100 60 000000 000110 001330 021380

4-15 100 100 60 000000 000080 001280 013420

4-14 100 100 60 000000 000080 001290 013820

5-6 100 100 60 000000 000020 000260 004340

5-8 100 100 60 000000 000080 001120 014760

6-7 100 100 60 000000 000060 000920 011300

6-11 100 100 60 000000 000070 000820 013890

7-8 100 100 60 000000 000040 000460 007800

8-9 100 100 60 000000 000230 003630 038040

9-39 100 100 60 000000 000100 002500 120000

10-11 100 100 60 000000 000040 000430 007290

10-13 100 100 60 000000 000040 000430 007290

13-14 100 100 60 000000 000090 001010 017230

14-15 100 100 60 000000 000180 002170 036600

15-16 100 100 60 000000 000090 000940 017100

16-17 100 100 60 000000 000070 000890 013420

16-19 100 100 60 000000 000160 001950 030400

16-21 100 100 60 000000 000080 001350 025480

16-24 100 100 60 000000 000030 000590 006800

17-18 100 100 60 000000 000070 000820 013190

17-27 100 100 60 000000 000130 001730 032160

21-22 100 100 60 000000 000080 001400 025650

22-23 100 100 60 000000 000060 000960 018460

23-24 100 100 60 000000 000220 003500 036100

25-26 100 100 60 000000 000320 003230 051300

26-27 100 100 60 000000 000140 001470 023960

26-28 100 100 60 000000 000430 004740 078020

26-29 100 100 60 000000 000570 006250 102900

28-29 100 100 60 000000 000140 001510 024900

2-30 100 100 60 102500 000000 001810 000000

6-31 100 100 60 107000 000000 002500 000000

6-31 100 100 60 107000 000000 005000 000000

10-32 100 100 60 107000 000000 002000 000000

12-11 100 100 60 100600 000160 004350 000000

12-13 100 100 60 100600 000160 004350 000000

19-20 100 100 60 106000 000070 001380 000000

19-33 100 100 60 107000 000070 001420 000000

20-34 100 100 60 100900 000090 001800 000000

22-35 100 100 60 102500 000000 001430 000000

23-36 100 100 60 100000 000050 002720 000000

25-37 100 100 60 102500 000060 002320 000000

29-38 100 100 60 102500 000080 001560 000000

118

Ndeg du geacuteneacuterateur

H (sec)

119877119886 119883prime119889 119883prime119902 119883119889 119883119902 119879prime119889119900 119879prime119902119900 119883119897

1 50000 0 00006 0008 002 0019 7 07 0003

2 303 0 00697 0170 0295 0282 656 15 0035

3 353 0 00531 00876 02495 0237 57 15 00304

4 286 0 00436 0166 0262 0258 569 15 00295

5 260 0 0132 0166 067 062 54 044 0054

6 348 0 005 00814 0254 0241 73 04 00224

7 264 0 0049 0186 0295 0292 566 15 00322

8 243 0 0057 00911 02920 0280 67 041 0028

9 345 0 0057 00587 02106 0205 479 196 00298

10 420 0 0031 0008 01 0069 102 0 00125

Ndeg du geacuteneacuterateur

119870119860 119879119860 119881119877119872119868119873 119881119877119872119860119883 119870119864 119879119864 119870119865 119879119865 1198621 1198622

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2 62 005 -10 10 -0633 0405 057 05 066 088

3 50 006 -10 10 -00198 05 008 10 013 034

4 50 006 -10 10 -00525 05 008 10 008 0314

5 400 002 -100 -100 -10 0785 003 10 007 091

6 50 002 -10 10 -00419 0417 00754 1246 0064 0251

7 400 002 -65 65 -10 073 003 10 053 074

8 50 002 -10 10 -0047 0528 00854 126 0072 0282

9 400 002 -105 105 -10 14 003 10 062 085

10 50 006 -10 10 -00485 025 004 1 008 026

Annexe A1 Donneacutees du reacuteseau IEEE 39-nœud

119

B Reacutesultats du power flow avec le PSAT

POWER FLOW REPORT

P S A T 219

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail federicomilanoucdie

website faraday1ucdiepsathtml

File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeb_d_Ieee39

Date 09-Jun-2017 153332

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 337

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

120

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 098837 -066635 0 0 0 0

BUS02 091007 -052232 0 0 0 0

BUS03 077924 -068701 0 0 73428 005473

BUS04 065385 -074122 0 0 114019 41959

BUS05 066496 -062088 0 0 0 -044217

BUS06 067682 -055724 0 0 0 0

BUS07 063518 -07578 0 0 53315 19155

BUS08 063731 -080455 0 0 119035 40135

BUS09 088016 -076257 0 0 0 0

BUS10 072414 -036303 0 0 0 0

BUS11 070043 -042663 0 0 0 0

BUS12 063569 -043042 0 0 019383 20067

BUS13 070204 -042245 0 0 0 0

BUS14 067659 -057193 0 0 0 0

BUS15 069422 -062942 0 0 72972 3489

BUS16 076104 -052743 0 0 75116 073656

BUS17 076356 -060644 0 0 0 0

BUS18 076264 -066831 0 0 3603 068411

BUS19 091709 -024485 0 0 0 0

BUS20 089167 -031561 0 0 155065 23488

BUS21 077199 -035331 0 0 62482 26224

BUS22 088171 -006877 0 0 0 0

BUS23 086321 -008056 0 0 56439 19292

BUS24 07756 -051796 0 0 70372 -21025

BUS25 093695 -045068 0 0 5108 10763

BUS26 083005 -050209 0 0 31697 038766

121

BUS27 077377 -062834 0 0 64079 17217

BUS28 086833 -029065 0 0 46976 062938

BUS29 090865 -013955 0 0 64649 061342

BUS30 10475 -04087 58254 95686 0 0

BUS31 098193 0 133488 175863 020979 01049

BUS32 098303 010972 151461 187014 0 0

BUS33 099716 -000678 147267 10807 0 0

BUS34 10123 -008336 118373 79733 0 0

BUS35 10492 017356 151459 157144 0 0

BUS36 10635 031043 13049 101381 0 0

BUS37 10278 -013919 125829 6659 0 0

BUS38 10265 018789 193404 113176 0 0

BUS39 103 -074024 233017 127501 251753 57009

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -07402

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 000039

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098206

e1d_Syn_2 000015

delta_Syn_3 011009

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098313

e1d_Syn_3 000028

delta_Syn_4 -00064

omega_Syn_4 1

122

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000032

delta_Syn_5 -008265

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000057

delta_Syn_6 017388

omega_Syn_6 1

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 031077

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 00003

delta_Syn_8 -013886

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000027

delta_Syn_9 018826

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000028

delta_Syn_10 -040867

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

123

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098193

vr1_Exc_2 10001

vr2_Exc_2 -1179

vf_Exc_2 098246

vm_Exc_3 098303

vr1_Exc_3 10012

vr2_Exc_3 -07868

vf_Exc_3 09835

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079795

vf_Exc_4 099744

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030385

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10492

vr1_Exc_6 10706

vr2_Exc_6 -067176

vf_Exc_6 10496

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10855

vr2_Exc_7 -031913

vf_Exc_7 10638

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073425

vf_Exc_8 1028

124

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57287

tg2_Tg_2 57287

tg3_Tg_2 43538

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

125

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

tg3_Tg_10 19

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 233017

p_Syn_1 233017

q_Syn_1 127501

vf_Syn_2 098246

pm_Syn_2 133489

p_Syn_2 133488

q_Syn_2 175863

vf_Syn_3 09835

pm_Syn_3 151461

p_Syn_3 151461

q_Syn_3 187014

vf_Syn_4 099744

pm_Syn_4 147267

p_Syn_4 147267

q_Syn_4 10807

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 118373

126

p_Syn_5 118373

q_Syn_5 79733

vf_Syn_6 10496

pm_Syn_6 151462

p_Syn_6 151459

q_Syn_6 157144

vf_Syn_7 10638

pm_Syn_7 13049

p_Syn_7 13049

q_Syn_7 101381

vf_Syn_8 1028

pm_Syn_8 125829

p_Syn_8 125829

q_Syn_8 6659

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 193404

p_Syn_9 193404

q_Syn_9 113176

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 58254

p_Syn_10 58254

q_Syn_10 95686

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

127

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -29402 20187 005093 -003257

BUS01 BUS39 2 14701 -10093 000582 -023653

BUS01 BUS39 3 14701 -10093 000582 -023653

BUS02 BUS03 4 83713 76933 020549 22022

BUS02 BUS25 5 -5537 18564 029017 023195

BUS03 BUS04 6 15723 44591 004916 069085

BUS03 BUS18 7 -07493 097723 000298 -0091

BUS04 BUS05 8 -40818 -009527 003119 044062

BUS04 BUS14 9 -57969 -033235 006305 095555

BUS05 BUS06 10 -111502 -18364 005774 073114

128

BUS05 BUS08 11 70371 17427 00953 12716

BUS06 BUS07 12 95297 33531 01339 20045

BUS06 BUS11 13 -75986 -083911 008922 097932

BUS07 BUS08 14 40642 -056691 001668 016022

BUS08 BUS09 15 -091415 -42695 010425 14208

BUS09 BUS39 16 -10184 -56903 003659 -018671

BUS10 BUS11 17 7823 34845 005605 056551

BUS10 BUS13 18 73231 32305 004896 048928

BUS13 BUS14 19 71513 16135 00984 10223

BUS14 BUS15 20 1193 -069671 000707 -008669

BUS15 BUS16 21 -61113 -4099 010049 095887

BUS16 BUS17 22 51209 -045295 00319 032762

BUS16 BUS19 23 -102938 -39142 033316 38445

BUS16 BUS21 24 -75106 041206 007824 11706

BUS16 BUS24 25 -10399 -18394 000228 00046

BUS17 BUS18 26 43783 -019098 002304 019313

BUS17 BUS27 27 071071 -058958 000167 -016774

BUS21 BUS22 28 -13837 -3381 027167 4578

BUS22 BUS23 29 10372 15681 000291 -009404

BUS23 BUS24 30 83187 33043 023923 35628

BUS25 BUS26 31 15326 27558 004095 001147

BUS26 BUS27 32 57848 2892 008598 07485

BUS26 BUS28 33 -3195 -031065 006372 013951

BUS26 BUS29 34 -42678 -022476 015083 087458

BUS28 BUS29 35 -79563 -10795 011934 10905

BUS02 BUS30 36 -58254 -74984 0 20702

BUS06 BUS31 37 -65695 -25408 0 61999

BUS06 BUS31 38 -65695 -25408 0 61999

BUS10 BUS32 39 -151461 -6715 0 119864

129

BUS12 BUS11 40 -007516 -099262 000397 010795

BUS12 BUS13 41 -011868 -10141 000418 011357

BUS19 BUS20 42 38649 -17168 001672 032972

BUS19 BUS33 43 -144918 -60419 02349 47652

BUS20 BUS34 44 -116584 -43953 01789 3578

BUS22 BUS35 45 -151459 -95271 0 61873

BUS23 BUS36 46 -129283 -35713 012071 65668

BUS25 BUS37 47 -124678 -22077 011512 44514

BUS29 BUS38 48 -189592 -38828 038127 74347

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 29911 -20513 005093 -003257

BUS39 BUS01 2 -14643 077281 000582 -023653

BUS39 BUS01 3 -14643 077281 000582 -023653

BUS03 BUS02 4 -81658 -54911 020549 22022

BUS25 BUS02 5 58272 -16244 029017 023195

BUS04 BUS03 6 -15231 -37683 004916 069085

BUS18 BUS03 7 075229 -10682 000298 -0091

BUS05 BUS04 8 4113 053589 003119 044062

BUS14 BUS04 9 58599 12879 006305 095555

BUS06 BUS05 10 112079 25676 005774 073114

BUS08 BUS05 11 -69418 -047112 00953 12716

BUS07 BUS06 12 -93958 -13486 01339 20045

BUS11 BUS06 13 76878 18184 008922 097932

BUS08 BUS07 14 -40476 072713 001668 016022

130

BUS09 BUS08 15 10184 56903 010425 14208

BUS39 BUS09 16 1055 55035 003659 -018671

BUS11 BUS10 17 -77669 -2919 005605 056551

BUS13 BUS10 18 -72742 -27412 004896 048928

BUS14 BUS13 19 -70529 -059119 00984 10223

BUS15 BUS14 20 -11859 061002 000707 -008669

BUS16 BUS15 21 62118 50579 010049 095887

BUS17 BUS16 22 -5089 078056 00319 032762

BUS19 BUS16 23 106269 77587 033316 38445

BUS21 BUS16 24 75888 075852 007824 11706

BUS24 BUS16 25 10422 1844 000228 00046

BUS18 BUS17 26 -43553 038412 002304 019313

BUS27 BUS17 27 -070903 042184 000167 -016774

BUS22 BUS21 28 141087 7959 027167 4578

BUS23 BUS22 29 -10343 -16621 000291 -009404

BUS24 BUS23 30 -80794 025853 023923 35628

BUS26 BUS25 31 -14917 -27443 004095 001147

BUS27 BUS26 32 -56988 -21435 008598 07485

BUS28 BUS26 33 32587 045016 006372 013951

BUS29 BUS26 34 44187 10993 015083 087458

BUS29 BUS28 35 80756 21701 011934 10905

BUS30 BUS02 36 58254 95686 0 20702

BUS31 BUS06 37 65695 87407 0 61999

BUS31 BUS06 38 65695 87407 0 61999

BUS32 BUS10 39 151461 187014 0 119864

BUS11 BUS12 40 007913 11006 000397 010795

BUS13 BUS12 41 012285 11277 000418 011357

BUS20 BUS19 42 -38482 20465 001672 032972

BUS33 BUS19 43 147267 10807 02349 47652

131

BUS34 BUS20 44 118373 79733 01789 3578

BUS35 BUS22 45 151459 157144 0 61873

BUS36 BUS23 46 13049 101381 012071 65668

BUS37 BUS25 47 125829 6659 011512 44514

BUS38 BUS29 48 193404 113176 038127 74347

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1443043

REACTIVE POWER [pu] 1212158

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1402543

REACTIVE POWER [pu] 31686

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 405

REACTIVE POWER [pu] 895298

Annexe B1 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds (eacutetat de base)

132

CONTINUATION POWER FLOW REPORT

P S A T 218

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail FedericoMilanouclmes

website httpwwwuclmesareagseeWebFederico

File Cworkworkpsat 216psat 218psattestsPFE _2017PFE_SEVersion 2PFE_SESimulation

STATCOM_version 2b_d_Ieee39satatcomN08

Date 18-Jun-2017 183446

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 500

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

133

BUS01 09982 -053682 0 0 0 0

BUS02 093356 -040526 0 0 0 0

BUS03 083248 -056145 0 0 74588 005559

BUS04 075506 -060782 0 0 115819 42622

BUS05 078731 -051917 0 0 0 -061985

BUS06 079546 -047221 0 0 0 0

BUS07 07767 -061636 0 0 54157 19458

BUS08 07846 -06495 0 1e-005 120915 093843

BUS09 094102 -062322 0 0 0 0

BUS10 081535 -031761 0 0 0 0

BUS11 080223 -03697 0 0 0 0

BUS12 074304 -037112 0 0 019689 20384

BUS13 079549 -036353 0 0 0 0

BUS14 076855 -047744 0 0 0 0

BUS15 075482 -05163 0 0 74124 35441

BUS16 080356 -042235 0 0 76302 074819

BUS17 080696 -049169 0 0 0 0

BUS18 08103 -054653 0 0 36599 069492

BUS19 093308 -015476 0 0 0 0

BUS20 089997 -022503 0 0 157514 23859

BUS21 080567 -026193 0 0 63469 26638

BUS22 090079 000883 0 0 0 0

BUS23 088298 -000265 0 0 57331 19597

BUS24 081562 -041378 0 0 71484 -21357

BUS25 095503 -033343 0 0 51887 10933

BUS26 085531 -038802 0 0 32198 039379

BUS27 080829 -050935 0 0 6509 17489

BUS28 08815 -018388 0 0 47718 063932

134

BUS29 091752 -003447 0 0 6567 062311

BUS30 10475 -029318 58951 82418 0 0

BUS31 098195 0 134949 126708 021311 010655

BUS32 098304 0104 153273 141443 0 0

BUS33 099716 008297 149029 9774 0 0

BUS34 10123 000838 119789 75294 0 0

BUS35 10493 024882 153272 14353 0 0

BUS36 10635 038446 132051 93699 0 0

BUS37 10278 -002369 127335 58893 0 0

BUS38 10265 029432 195718 107923 0 0

BUS39 103 -06063 235805 99174 255729 5791

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -060625

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 000039

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098204

e1d_Syn_2 000015

delta_Syn_3 010437

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098312

e1d_Syn_3 000029

delta_Syn_4 008336

omega_Syn_4 1

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000032

135

delta_Syn_5 000911

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000058

delta_Syn_6 024915

omega_Syn_6 1

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 03848

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 00003

delta_Syn_8 -002336

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000028

delta_Syn_9 02947

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000028

delta_Syn_10 -029314

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098195

136

vr1_Exc_2 099998

vr2_Exc_2 -11788

vf_Exc_2 098233

vm_Exc_3 098304

vr1_Exc_3 10011

vr2_Exc_3 -078672

vf_Exc_3 09834

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079793

vf_Exc_4 099742

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030384

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10493

vr1_Exc_6 10705

vr2_Exc_6 -067175

vf_Exc_6 10496

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10855

vr2_Exc_7 -031913

vf_Exc_7 10638

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073424

vf_Exc_8 10279

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

137

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57229

tg2_Tg_2 57229

tg3_Tg_2 43494

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

138

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

tg3_Tg_10 19

ist_Statcom_1 4

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 235805

p_Syn_1 235805

q_Syn_1 99174

vf_Syn_2 098233

pm_Syn_2 13495

p_Syn_2 134949

q_Syn_2 126708

vf_Syn_3 09834

pm_Syn_3 153273

p_Syn_3 153273

q_Syn_3 141443

vf_Syn_4 099742

pm_Syn_4 149029

p_Syn_4 149029

q_Syn_4 9774

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 119789

139

p_Syn_5 119789

q_Syn_5 75294

vf_Syn_6 10496

pm_Syn_6 153274

p_Syn_6 153272

q_Syn_6 14353

vf_Syn_7 10638

pm_Syn_7 132051

p_Syn_7 132051

q_Syn_7 93699

vf_Syn_8 10279

pm_Syn_8 127335

p_Syn_8 127335

q_Syn_8 58893

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 195718

p_Syn_9 195718

q_Syn_9 107923

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 58951

p_Syn_10 58951

q_Syn_10 82418

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

140

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

vref_Statcom_1 1087

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -28037 16564 004173 -016258

BUS01 BUS39 2 14018 -082822 000477 -026649

BUS01 BUS39 3 14018 -082822 000477 -026649

BUS02 BUS03 4 85352 60288 016491 17143

BUS02 BUS25 5 -54854 23382 028801 022363

BUS03 BUS04 6 15487 28864 002097 020373

BUS03 BUS18 7 -063723 13726 000397 -009632

BUS04 BUS05 8 -4203 -14955 002777 036443

BUS04 BUS14 9 -58512 -008406 004804 069451

141

BUS05 BUS06 10 -114092 -13397 004257 05262

BUS05 BUS08 11 71784 009964 006653 084029

BUS06 BUS07 12 97568 16469 009295 13554

BUS06 BUS11 13 -79267 038477 006971 0728

BUS07 BUS08 14 42481 -16543 001373 011035

BUS08 BUS09 15 -074523 -34437 004342 03998

BUS09 BUS39 16 -078866 -38435 001309 -084056

BUS10 BUS11 17 81006 19153 004175 040109

BUS10 BUS13 18 72267 32265 003778 035886

BUS13 BUS14 19 70483 18322 007572 074431

BUS14 BUS15 20 10733 030933 000404 -016363

BUS15 BUS16 21 -63432 -30711 007799 071062

BUS16 BUS17 22 50068 -056869 002747 02623

BUS16 BUS19 23 -10422 -32119 029317 33425

BUS16 BUS21 24 -76042 085882 007274 10625

BUS16 BUS24 25 -10319 -16082 000166 -001185

BUS17 BUS18 26 43215 -062084 002043 015313

BUS17 BUS27 27 06578 -021016 000089 -019797

BUS21 BUS22 28 -140238 -28675 025194 42217

BUS22 BUS23 29 10514 15365 000274 -010306

BUS23 BUS24 30 84048 27448 022283 32842

BUS25 BUS26 31 16596 25876 003759 -004213

BUS26 BUS27 32 59316 24294 007946 066838

BUS26 BUS28 33 -32111 -013633 006074 008103

BUS26 BUS29 34 -43183 -005718 014609 079232

BUS28 BUS29 35 -80436 -085668 011761 1067

BUS02 BUS30 36 -58951 -6548 0 16938

BUS06 BUS31 37 -66409 -19488 0 43334

BUS06 BUS31 38 -66409 -19488 0 43334

142

BUS10 BUS32 39 -153273 -51418 0 90025

BUS12 BUS11 40 -005903 -1078 000342 009294

BUS12 BUS13 41 -013786 -096038 000276 007506

BUS19 BUS20 42 39641 -13164 001576 031072

BUS19 BUS33 43 -146793 -52379 022361 4536

BUS20 BUS34 44 -118031 -4013 017582 35164

BUS22 BUS35 45 -153272 -86257 0 57273

BUS23 BUS36 46 -130892 -30649 01159 63049

BUS25 BUS37 47 -126217 -15664 01118 43229

BUS29 BUS38 48 -191925 -33962 037929 73961

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 28454 -1819 004173 -016258

BUS39 BUS01 2 -13971 056173 000477 -026649

BUS39 BUS01 3 -13971 056173 000477 -026649

BUS03 BUS02 4 -83702 -43145 016491 17143

BUS25 BUS02 5 57734 -21145 028801 022363

BUS04 BUS03 6 -15277 -26826 002097 020373

BUS18 BUS03 7 06412 -14689 000397 -009632

BUS05 BUS04 8 42307 18599 002777 036443

BUS14 BUS04 9 58993 077857 004804 069451

BUS06 BUS05 10 114517 18659 004257 05262

BUS08 BUS05 11 -71119 074065 006653 084029

BUS07 BUS06 12 -96638 -029146 009295 13554

BUS11 BUS06 13 79964 034323 006971 0728

143

BUS08 BUS07 14 -42344 17647 001373 011035

BUS09 BUS08 15 078866 38435 004342 03998

BUS39 BUS09 16 080175 3003 001309 -084056

BUS11 BUS10 17 -80589 -15142 004175 040109

BUS13 BUS10 18 -71889 -28677 003778 035886

BUS14 BUS13 19 -69726 -10879 007572 074431

BUS15 BUS14 20 -10693 -047297 000404 -016363

BUS16 BUS15 21 64212 37817 007799 071062

BUS17 BUS16 22 -49793 083099 002747 02623

BUS19 BUS16 23 107152 65544 029317 33425

BUS21 BUS16 24 76769 020366 007274 10625

BUS24 BUS16 25 10336 15963 000166 -001185

BUS18 BUS17 26 -43011 077397 002043 015313

BUS27 BUS17 27 -065692 001218 000089 -019797

BUS22 BUS21 28 142758 70892 025194 42217

BUS23 BUS22 29 -10486 -16395 000274 -010306

BUS24 BUS23 30 -8182 053938 022283 32842

BUS26 BUS25 31 -1622 -26297 003759 -004213

BUS27 BUS26 32 -58521 -17611 007946 066838

BUS28 BUS26 33 32719 021736 006074 008103

BUS29 BUS26 34 44644 08495 014609 079232

BUS29 BUS28 35 81612 19236 011761 1067

BUS30 BUS02 36 58951 82418 0 16938

BUS31 BUS06 37 66409 62821 0 43334

BUS31 BUS06 38 66409 62821 0 43334

BUS32 BUS10 39 153273 141443 0 90025

BUS11 BUS12 40 006245 1171 000342 009294

BUS13 BUS12 41 014062 10354 000276 007506

BUS20 BUS19 42 -39483 16271 001576 031072

144

BUS33 BUS19 43 149029 9774 022361 4536

BUS34 BUS20 44 119789 75294 017582 35164

BUS35 BUS22 45 153272 14353 0 57273

BUS36 BUS23 46 132051 93699 01159 63049

BUS37 BUS25 47 127335 58893 01118 43229

BUS38 BUS29 48 195718 107923 037929 73961

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1460172

REACTIVE POWER [pu] 102682

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1424692

REACTIVE POWER [pu] 288773

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 35479

REACTIVE POWER [pu] 738047

Annexe B2 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du

STATCOM au nœud 8 (Zone 1)

145

POWER FLOW REPORT

P S A T 219

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail federicomilanoucdie

website faraday1ucdiepsathtml

File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeteste ssscb_d00

Date 09-Jun-2017 153006

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 336

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 099097 -068975 0 0 0 0

BUS02 091781 -05429 0 0 0 0

BUS03 079734 -070717 0 0 75617 005636

BUS04 066326 -076185 0 0 117417 43209

BUS05 066473 -064183 0 0 0 -044187

146

BUS06 067567 -057647 0 0 0 0

BUS07 063172 -078416 0 0 54904 19726

BUS08 063378 -083261 0 0 122583 41331

BUS09 087869 -078891 0 0 0 0

BUS10 072734 -037936 0 0 0 0

BUS11 070208 -044367 0 0 0 0

BUS12 063793 -044818 0 0 019961 20665

BUS13 070846 -044069 0 0 0 0

BUS14 069215 -059233 0 0 0 0

BUS15 07407 -064955 0 0 75147 3593

BUS16 081822 -05593 0 0 77354 075851

BUS17 080501 -063045 0 0 0 0

BUS18 079536 -068866 0 0 37104 07045

BUS19 093754 -029105 0 0 0 0

BUS20 090167 -036109 0 0 159687 24188

BUS21 087 -041123 0 0 64345 27006

BUS22 10049 -018383 0 0 0 0

BUS23 095617 -018974 0 0 58121 19867

BUS24 084024 -055252 0 0 7247 -21652

BUS25 094412 -04701 0 0 52603 11084

BUS26 08466 -05244 0 0 32642 039922

BUS27 0802 -06492 0 0 65988 1773

BUS28 087316 -031212 0 0 48376 064814

BUS29 091081 -015774 0 0 66575 06317

BUS30 10475 -042699 5993 9148 0 0

BUS31 098193 0 137349 178813 021605 010802

BUS32 098303 010582 155818 187617 0 0

BUS33 099716 -005013 151503 95238 0 0

BUS34 10123 -012399 121778 74705 0 0

147

BUS35 10492 -014155 155816 166126 0 0

BUS36 10635 017417 134243 63977 0 0

BUS37 10278 -015159 129449 64436 0 0

BUS38 10265 017894 198968 113339 0 0

BUS39 103 -076593 23972 128843 259257 58709

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -076589

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 00004

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098206

e1d_Syn_2 000016

delta_Syn_3 01062

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098313

e1d_Syn_3 000029

delta_Syn_4 -004973

omega_Syn_4 1

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000033

delta_Syn_5 -012326

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000059

delta_Syn_6 -014122

omega_Syn_6 1

148

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 017452

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 000031

delta_Syn_8 -015125

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000028

delta_Syn_9 017933

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000029

delta_Syn_10 -042696

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098193

vr1_Exc_2 10001

vr2_Exc_2 -1179

vf_Exc_2 098247

vm_Exc_3 098303

vr1_Exc_3 10012

vr2_Exc_3 -07868

149

vf_Exc_3 09835

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079793

vf_Exc_4 099741

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030384

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10492

vr1_Exc_6 10706

vr2_Exc_6 -067177

vf_Exc_6 10497

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10854

vr2_Exc_7 -03191

vf_Exc_7 10637

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073425

vf_Exc_8 1028

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

150

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57296

tg2_Tg_2 57296

tg3_Tg_2 43545

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

151

tg3_Tg_10 19

vcs_Sssc_1 024834

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 23972

p_Syn_1 23972

q_Syn_1 128843

vf_Syn_2 098247

pm_Syn_2 137351

p_Syn_2 137349

q_Syn_2 178813

vf_Syn_3 09835

pm_Syn_3 155818

p_Syn_3 155818

q_Syn_3 187617

vf_Syn_4 099741

pm_Syn_4 151503

p_Syn_4 151503

q_Syn_4 95238

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 121778

p_Syn_5 121778

q_Syn_5 74705

vf_Syn_6 10497

pm_Syn_6 155819

p_Syn_6 155816

q_Syn_6 166126

152

vf_Syn_7 10637

pm_Syn_7 134243

p_Syn_7 134243

q_Syn_7 63977

vf_Syn_8 1028

pm_Syn_8 129449

p_Syn_8 129449

q_Syn_8 64436

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 198968

p_Syn_9 198968

q_Syn_9 113339

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 5993

p_Syn_10 5993

q_Syn_10 9148

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

153

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

v0_Sssc_1 024834

pref_Sssc_1 -65

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -30454 19186 005128 -003514

BUS01 BUS39 2 15227 -095928 000595 -023441

BUS01 BUS39 3 15227 -095928 000595 -023441

BUS02 BUS03 4 85484 71305 019364 20591

BUS02 BUS25 5 -56521 19983 030072 02429

BUS03 BUS04 6 16592 48844 005583 079567

BUS03 BUS18 7 -086611 013058 000137 -011907

BUS04 BUS05 8 -40971 039838 003086 043458

BUS04 BUS14 9 -60412 -063061 006702 10172

BUS05 BUS06 10 -114034 -15612 005995 075982

BUS05 BUS08 11 72754 19668 010307 13807

BUS06 BUS07 12 98009 356 014314 21465

BUS06 BUS11 13 -77454 -1037 009353 10297

BUS07 BUS08 14 41674 -055909 00177 017236

154

BUS08 BUS09 15 -093637 -42784 010612 14517

BUS09 BUS39 16 -10425 -57301 003733 -016642

BUS10 BUS11 17 79843 37573 005898 059683

BUS10 BUS13 18 75975 26941 004921 049144

BUS13 BUS14 19 74265 099622 010083 10471

BUS14 BUS15 20 12175 -16987 001532 -000336

BUS15 BUS16 21 -63125 -52883 011043 10493

BUS16 BUS17 22 53385 093664 003081 030328

BUS16 BUS19 23 -106504 -28279 028885 3285

BUS16 BUS21 24 -79033 -21786 007988 11662

BUS16 BUS24 25 -094316 -30262 000444 004057

BUS17 BUS18 26 46012 064426 002338 018941

BUS17 BUS27 27 07065 -001089 000102 -019408

BUS21 BUS22 28 -144177 -60454 02571 42727

BUS22 BUS23 29 090684 49468 001558 007174

BUS23 BUS24 30 84057 39679 021112 30663

BUS25 BUS26 31 16131 24983 003604 -004873

BUS26 BUS27 32 59739 2273 008058 068314

BUS26 BUS28 33 -32701 -010726 006433 013216

BUS26 BUS29 34 -4391 -001791 015431 089643

BUS28 BUS29 35 -81721 -088757 012378 11369

BUS02 BUS30 36 -5993 -71751 0 1973

BUS06 BUS31 37 -67594 -2422 0 64646

BUS06 BUS31 38 -67594 -2422 0 64646

BUS10 BUS32 39 -155818 -64515 0 123103

BUS12 BUS11 40 -008249 -098751 000391 010623

BUS12 BUS13 41 -011712 -1079 000469 012744

BUS19 BUS20 42 39856 -11624 001542 030405

BUS19 BUS33 43 -149249 -49505 022544 45733

155

BUS20 BUS34 44 -119985 -38853 017926 35853

BUS22 BUS35 45 -155816 -15265 0 13477

BUS23 BUS36 46 -133266 -10795 009776 53183

BUS25 BUS37 47 -128261 -18513 011877 45923

BUS29 BUS38 48 -194987 -35705 039812 77634

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 30966 -19537 005128 -003514

BUS39 BUS01 2 -15167 072488 000595 -023441

BUS39 BUS01 3 -15167 072488 000595 -023441

BUS03 BUS02 4 -83548 -50713 019364 20591

BUS25 BUS02 5 59528 -17554 030072 02429

BUS04 BUS03 6 -16034 -40887 005583 079567

BUS18 BUS03 7 086747 -024965 000137 -011907

BUS05 BUS04 8 4128 003621 003086 043458

BUS14 BUS04 9 61082 16479 006702 10172

BUS06 BUS05 10 114633 2321 005995 075982

BUS08 BUS05 11 -71723 -058609 010307 13807

BUS07 BUS06 12 -96578 -14135 014314 21465

BUS11 BUS06 13 78389 20668 009353 10297

BUS08 BUS07 14 -41497 073145 00177 017236

BUS09 BUS08 15 10425 57301 010612 14517

BUS39 BUS09 16 10798 55637 003733 -016642

BUS11 BUS10 17 -79253 -31605 005898 059683

BUS13 BUS10 18 -75483 -22027 004921 049144

156

BUS14 BUS13 19 -73257 005086 010083 10471

BUS15 BUS14 20 -12022 16953 001532 -000336

BUS16 BUS15 21 64229 63376 011043 10493

BUS17 BUS16 22 -53077 -063336 003081 030328

BUS19 BUS16 23 109393 61129 028885 3285

BUS21 BUS16 24 79832 33448 007988 11662

BUS24 BUS16 25 09476 30668 000444 004057

BUS18 BUS17 26 -45779 -045485 002338 018941

BUS27 BUS17 27 -070548 -018318 000102 -019408

BUS22 BUS21 28 146748 103181 02571 42727

BUS23 BUS22 29 -089126 -48751 001558 007174

BUS24 BUS23 30 -81946 -090159 021112 30663

BUS26 BUS25 31 -1577 -2547 003604 -004873

BUS27 BUS26 32 -58934 -15898 008058 068314

BUS28 BUS26 33 33345 023942 006433 013216

BUS29 BUS26 34 45453 091434 015431 089643

BUS29 BUS28 35 82958 20245 012378 11369

BUS30 BUS02 36 5993 9148 0 1973

BUS31 BUS06 37 67594 88866 0 64646

BUS31 BUS06 38 67594 88866 0 64646

BUS32 BUS10 39 155818 187617 0 123103

BUS11 BUS12 40 00864 10937 000391 010623

BUS13 BUS12 41 012181 12065 000469 012744

BUS20 BUS19 42 -39702 14665 001542 030405

BUS33 BUS19 43 151503 95238 022544 45733

BUS34 BUS20 44 121778 74705 017926 35853

BUS35 BUS22 45 155816 166126 0 13477

BUS36 BUS23 46 134243 63977 009776 53183

BUS37 BUS25 47 129449 64436 011877 45923

157

BUS38 BUS29 48 198968 113339 039812 77634

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1484574

REACTIVE POWER [pu] 1164575

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1444346

REACTIVE POWER [pu] 326439

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 40229

REACTIVE POWER [pu] 838136

Annexe B3 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du

SSSC agrave la linge 45 (Zone 3)

Page 7: Mémoire - pmb.univ-saida.dz

I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques 20

I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du

Maghreb Arabe

21

I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique 22

I61) Qualiteacute de la tension 22

I611) Amplitude 22

I612) Freacutequence 23

I613) Forme Drsquoonde 23

I614) Symeacutetrie 23

I62) Qualiteacute du courant 23

I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique 24

I71) Classification des perturbations eacutelectriques 24

I711) Creux de tension et coupures 24

a) Origines de creux de tension et coupures 25

I712) Harmonique 26

a) Inters harmoniques 26

b) Infra-harmoniques 26

c) Conseacutequences des harmoniques 26

d) Les principales sources drsquoharmoniques 26

I713) Surtensions 27

a) Origine ou causes des surtensions 28

I714) Variations et fluctuations de tension 28

a) Origines des variations et fluctuations de tension 28

I715) Deacuteseacutequilibres 29

a) Origines de Deacuteseacutequilibres 29

I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations 29

I72) Le system de protection 30

I8) La Stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31

I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31

I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 31

I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire) 32

I8211) Stabiliteacute Angulaire Aux Petites Perturbations 33

I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

transitoire

34

I822) Stabiliteacute de la freacutequence 35

I823) Stabiliteacute de tension 35

I8231) Instabiliteacute de la tension 35

I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension 36

I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites

perturbations

36

I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes

perturbations

36

I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension 36

I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation 37

I92) Charge appeleacutee trop importante 37

I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport 37

I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 38

I11) Conclusion 40

Le concept des FACTS

II1) Introduction 42

II2) Le concept FACTS 42

II21) Fonctionnement des FACTS

II22) Contexte algeacuterien

44

45

II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS 47

II3) Les dispositifs FACTS 47

II4) Classification des dispositifs FACTS 48

II41) Classification selon la geacuteneacuteration 48

II411) Geacuteneacuteration I 48

II412) Geacuteneacuteration II 48

II413) Geacuteneacuteration III 48

II42) Classification selon la cateacutegorie 48

II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS 49

a) Dispositifs FACTS Shunt 49

Compensateur statique de puissance reacuteactive (SVC) 49

Compensateur statique synchrone ( STATCOM) 49

Geacuteneacuterateur statique synchrone (SSG) 49

Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (SVG) 50

Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (SVS) 50

Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (TCBR) 50

b) Dispositifs FACTS seacuteries 51

Controcircleur de transit de puissance entre lignes (IPFC) 51

Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (TCSC) 51

Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (TSSC) 51

Chapitre II

Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (TCSR) 51

Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (TSSR) 52

Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (SSSC) 52

c) Dispositifs FACTS hybrides 52

Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (UPFC) 52

Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (TCPST) 52

Reacutegulateur de puissance interphases (IPC) 52

d) Autres dispositifs FACTS 53

Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVL) 53

Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVR) 53

II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors 54

Compensateur synchrone statique(STATCOM) 54

Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC) 58

II6) Coucirct des dispositifs FACTS 62

II7) Synthegravese des dispositifs FACTS 63

II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie des

dispositifs FACTS

63

II9) Conclusion 64

Modeacutelisation du systegraveme eacutetudieacute de la charge au reacuteseau complet

III1) Introduction 67

III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS 67

III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs 67

III22) Modegraveles des charges 69

III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt 69

III24) Modegraveles de la ligne 70

Chapitre III

III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques 71

III26) Modegraveles du transformateur 72

III27) Modeacutelisation de la machine synchrone 73

III28) Modeacutelisation du STATCOM 74

III29) Modeacutelisation du SSSC 75

III3) Conclusion 78

IV1) Introduction 80

IV2) Outils de simulation 81

IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 82

IV31) Facteur de charger et les directions de puissance 83

IV32) Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance 84

IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE39 nœuds 87

IV41) Preacutesentation du reacuteseau 87

IV5) Emplacement du STATCOM 91

IV51) Impact du STATCOM 92

IV511) Profils des tensions et les pertes de puissance dans le

systegraveme

94

IV512) Synthegravese 98

IV6) Emplacement du SSSC 99

IV61) Impact du SSSC 100

IV611) SSSC inseacutereacute sur la linge 45 103

IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 104

IV613) Synthegravese 106

IV7) Conclusion 107

Chapitre IV

Ameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau de transport par les FACTS

Conclusion geacuteneacuterale 109

Bibliographies 112

Annexes 116

Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique 14

Figure I2 Reacuteseaux publique 15

Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique 17

Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial 19

Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute 19

Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute 20

Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension 24

Figure I8 Paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12) 25

Figure I9 Harmoniques 27

Figure I10 Exemple de surtension 27

Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension 28

Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension 29

Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques 30

Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique 32

Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps 34

Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 39

Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif 43

Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar 46

Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie 47

Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie 48

Figure II5 Classification des dispositifs FACTS 54

Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM 55

Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM 56

Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM 57

Liste des figures

Figure II9 Scheacutema de base du SSSC 58

Figure II10

Figure II11

Figure II12

Figure II13

Caracteacuteristique statiques du SSSC

Principe de fonctionnement de SSSC

Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple

Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du

SSSC

59

60

61

61

Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur 68

Figure III2 Modegravele des charges 69

Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt 70

Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport 70

Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur 72

Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone 73

Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM 74

Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation 76

Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT 82

Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink 82

Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas preacutedicteur) 85

Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas correcteur) 86

Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas correcteur obtenu

par les moyens de la parameacutetrisation locale

87

Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds 88

Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds 89

Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS 90

Figure IV9 Profile de tension du reacuteseau IEEE 39-nœuds 91

Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone 91

Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1 du systegraveme (eacutetat de base) 92

Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme (eacutetat de base) 92

Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de base 92

Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8 94

Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8 94

Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 8 95

Figure IV17 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 8 95

Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM 95

Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 03 96

Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 15 96

Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 15 97

Figure IV23 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV24 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV25 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 15 98

Figure IV26 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 15 98

Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents

emplacements du STATCOM

98

Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du

STATCOM

99

Figure IV29 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement 100

Figure IV30 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement 100

Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge15 102

Figure IV35 Profils de pertes de puissance actives avec SSSC sur la ligne 15 102

Figure IV36 Profils de pertes de puissance reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15 102

Figure IV37 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103

Figure IV38 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103

Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge 45 104

Figure IV41 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV42 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge48 105

Figure IV45 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV46 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC 106

Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents emplacements du

SSSC

106

Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS 62

Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS 63

Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme 72

Liste des tableaux

kV Kilovolt

Hz Hertz

THT Tregraves haute tension

UHT Ultra haute tension

Km Kilomegravetre

HTB Haute tension

RTE Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute

HTA Moyenne tension

BT Basse tension

SDO Socieacuteteacute de distribution de lrsquoouest

UMA Union du Maghreb Arabe

ONE Office National Marocain de lrsquoElectriciteacute

STEG Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz

Comelec Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute

IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Eacutelectriciteacute et en Eacutelectronique

CEI Commission eacutelectrotechnique internationale

119880119903119890119891 Tension de reacutefeacuterence

ms Mili-seconde

rms Root means square

pu Systegraveme de valeur relative (Per unit )

CPF Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance

GW Geacutegawatts

PSAT Power System Analysis Toolbox

AC Alternative Current (Courant altenatif)

IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Electriciteacute et en Electronique

Liste des acronymes

∆U Diffeacuterence de tension

∆T Diffeacuterence de temps

FACTS Flexible Alternating Current Transmission System

STATCOM Compensateur Statique Synchrone

SSSC

GTO

Compensateur Statique seacuterie synchrone

Gate Turn Off

119881119904 Tension de la source

119881119903 Tension de la charge

119868119898119886119909 Courant maximal

119868119898119894119899 Courant minimal

MLI Modulation par largeur dimpulsion

119881119904ℎ Tension (shunt) injecteacutee par le STATCOM

119876119904ℎ Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le STATCOM

119876119903 Puissance reacuteactive demandeacutee par la charge

119868119904ℎ Courant (shunt) injecteacute par le STATCOM

119881119904119890 Tension (seacuterie) injecteacute par le SSSC

119883119897 Reacuteactance de la ligne de transport

X Reacuteactance totale du reacuteseau

119883119890119891119891 Reacuteactance effective

V Tension de source

B Susceptance

119883119886 Reacuteactance seacuterie limitant les transitoires

119868119902 Composante du courant de la ligne sur lrsquoaxe q

119868prime119902 Composante du courant fourni par le compensateur shunt sur lrsquoaxe q

119881119904119902 Composante de la tension de la source sur lrsquoaxe q

119883119894 Angle de commutation

119868119897 Courant de ligne

λ Facteur de charge

Liste des symboles

Introduction geacuteneacuterale

INTRODUCTION GENERALE

9

Aujourdrsquohui la consommation de leacutenergie eacutelectrique et le sceacutenario des systegravemes

dalimentation est hautement complexe et interconnecteacute il y a un grand besoin

dameacuteliorer lutilisation deacutenergie eacutelectrique tout en conservant sa fiabiliteacute et sa seacutecuriteacute

Lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecoulement de puissance et la stabiliteacute dans le langage du systegraveme

eacutelectrique est la solution de leacutetat deacutequilibre des reacuteseaux Habituellement une centrale nest

pas situeacutee agrave proximiteacute du centre de charge mais elle peut ecirctre loin du centre de distribution

en raison de circonstances diverses Pour reacutepondre agrave la demande de puissance sans

cesse croissante les services publics preacutefegraverent sappuyer sur la production de

leacutelectriciteacute deacutejagrave existante au lieu de construire de nouvelles lignes de transmission qui

sont limiteacutees par des contraintes diverses

Les reacuteseaux eacutelectriques jusquagrave ces derniegraveres anneacutees sont controcircleacutes

meacutecaniquement malgreacute lutilisation de la microeacutelectronique des ordinateurs et des

moyens rapides de teacuteleacutecommunication dans le controcircle des reacuteseaux la derniegravere action dans

ces systegravemes de commande est prise avec des dispositifs meacutecaniques ayant un temps

de reacuteponse plus au moins long et avec lesquels laction damorccedilage et de reacuteamorccedilage

ne peut ecirctre reacutepeacutetitivement exeacutecuteacute agrave une freacutequence eacuteleveacutee

Les eacuteleacutements proposeacutes qui permettent drsquoameacuteliorer les systegravemes sont les dispositifs

FACTS laquo Flexible Alternating Current Transmission System raquo Les dispositifs FACTS font

en geacuteneacuteral appel agrave leacutelectronique de puissance des microprocesseurs de lautomatique des

teacuteleacutecommunications et des logiciels pour parvenir agrave controcircler les systegravemes de puissance Ce

sont des eacuteleacutements de reacuteponse rapide Ils donnent en principe un controcircle plus souple

de leacutecoulement de puissance Ils donnent aussi la possibiliteacute de charger les lignes de transit

agrave des valeurs pregraves de leur limite thermique et augmentent la capaciteacute de transfegravere de la

puissance dune reacutegion agrave une autre Ils Limitent aussi les effets des deacutefauts et

des deacutefaillances de leacutequipement et stabilisent le comportement du reacuteseau eacutelectrique

Lrsquoeacutetude du comportement de la tension dans les reacuteseaux eacutelectriques est devenue une

preacuteoccupation majeure des exploitants et planificateurs de ces systegravemes En fait plusieurs

incidents geacuteneacuteraliseacutes survenus dans le monde ont eacuteteacute associeacutes agrave des instabiliteacutes de tension Ce

mode drsquoinstabiliteacute nrsquoest pas encore bien maicirctriseacute compareacute au mode drsquoinstabiliteacute angulaire

(dynamique et transitoire) En effet le meacutecanisme causant lrsquoinstabiliteacute de tension semble lrsquoun

des plus importants problegravemes agrave clarifier Aujourdrsquohui encore il nrsquoy a pas une theacuteorie

INTRODUCTION GENERALE

10

disponible et largement accepteacutee pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension Les problegravemes lieacutes agrave

ce type drsquoinstabiliteacute constituent alors dans plusieurs pays un axe de recherche tregraves important

Des releveacutes sur les incidents survenus durant les derniegraveres deacutecennies ont montreacute que

lrsquoeffondrement de tension intervient geacuteneacuteralement suite agrave une perturbation majeure ou agrave une

augmentation importante de la charge sur un reacuteseau eacutelectrique soumis agrave de fortes contraintes

Ce reacuteseau srsquoaffaiblit et sa consommation reacuteactive srsquoaccroicirct Le pheacutenomegravene est alors

caracteacuteriseacute par une baisse progressive de la tension dans une ou plusieurs reacutegions

consommatrices et qui va en srsquoacceacuteleacuterant au bout de quelques minutes La deacutegradation de la

tension au niveau des charges est alors telle qursquoelle entraicircne des interruptions de service dont

les causes directes peuvent ecirctre

- Manque de tension

- Augmentation des pertes reacuteactive du reacuteseau

La deacutefaillance du reacuteglage de la tension au niveau des bornes des groupes a pour

conseacutequence une acceacuteleacuteration de la deacutegradation du plan de la tension qui peut aller jusqursquoagrave

des deacuteclenchements en cascade de groupes et de lignes et un effondrement geacuteneacuteral du reacuteseau

Dans cette situation les moyens classiques de controcircle des reacuteseaux (transformateur agrave

prises reacuteglables en charge transformateurs deacutephaseurs compensateurs seacuterie ou parallegravele

commuteacutes par disjoncteurs modification des consignes de production changement de

topologie du reacuteseau et action sur lexcitation des geacuteneacuterateurs) pourraient dans lavenir saveacuterer

trop lents et insuffisants pour reacutepondre efficacement aux problegravemes drsquoinstabiliteacute du reacuteseau

compte tenu notamment des nouvelles contraintes Il faudra donc compleacuteter leur action en

mettant en œuvre des dispositifs eacutelectroniques de puissance ayant des temps de reacuteponse

courts qui sont les FACTS

Le maintien de lrsquoeacutequilibre entre la production et la consommation neacutecessite alors une

surveillance permanente du systegraveme afin drsquoassurer la qualiteacute du service (problegraveme de

conduite) garantir sa seacutecuriteacute (problegraveme de protection) et sa stabiliteacute (problegraveme de reacuteglage)

Ainsi le premier chapitre de ce meacutemoire est consacreacute agrave une introduction geacuteneacuterale aux

problegravemes que rencontrent actuellement les reacuteseaux eacutelectriques Nous preacutesenterons ensuite La

INTRODUCTION GENERALE

11

stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

Dans le deuxiegraveme chapitre nous preacutesenterons le concept FACTS et plus

particuliegraverement le contexte Algeacuterien ainsi la conception et le principe de fonctionnement de

deux systegravemes FACTS qui seront retenus pour la suite de cette eacutetude

Dans le troisiegraveme chapitre nous preacutesenterons la modeacutelisation de deux systegravemes FACTS

qui sont retenus pour la simulation La modeacutelisation des eacuteleacutements des reacuteseaux sera eacutegalement

eacutevoqueacutee

Le chapitre quatre preacutesentera les reacutesultats des simulations lors de lrsquoeffondrement de

tension Ces tests concernent lrsquoimpact des dispositifs FACTS sur le pheacutenomegravene de

lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de

puissance (CPF) Nous utiliserons pour cela le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds

Lorsque tout ce qui preacutecegravede aura eacuteteacute exposeacute il ne nous restera plus qursquoagrave conclure et agrave

proposer des perspectives drsquoeacutetudes futures permettant de compleacuteter le travail reacutealiseacute tout au

long de ce meacutemoire

12

Chapitre 1

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

13

CHAPITRE I

I1) Introduction

Lrsquoeacutenergie eacutelectrique est la forme drsquoeacutenergie la plus largement reacutepandue car elle est

facilement transportable avec un rendement eacuteleveacute et un coucirct raisonnable Un reacuteseau eacutelectrique

est un ensemble dinfrastructures dont le but est dacheminer de leacutenergie eacutelectrique agrave partir de

centres de production vers les consommateurs deacutelectriciteacute (charge) Le premier reacuteseau

eacutelectrique a vu le jour aux Etats Unis en 1882 et a eacuteteacute conccedilu par Thomas

Edison Crsquoeacutetait un reacuteseau local agrave courant continu et servait agrave assurer lrsquoeacuteclairage de la reacutegion de

Manhattan La distribution de lrsquoeacutenergie eacutetait assureacutee par des cacircbles souterrains

Avec lrsquoinvention du transformateur par William Stanley en 1885 et celle du moteur agrave

courant alternatif par Nikola Tesla en 1888 les reacuteseaux agrave courant alternatif commencegraverent agrave

prendre le pas sur les reacuteseaux agrave courant continu du fait qursquoil eacutetait devenu possible drsquoacheminer

plus de puissance sur de plus grandes distances gracircce agrave des niveaux de tension plus eacuteleveacutes

Un autre avantage non neacutegligeable du courant alternatif est la suppression du collecteur

donc des problegravemes de commutation dans les alternateurs ce qui a permis de construire des

alternateurs de grande puissance agrave moyenne tension Les reacuteseaux eacutetaient drsquoabord monophaseacutes

puis triphaseacutes (23 kV en 1893) et agrave diffeacuterentes freacutequences (28Hz agrave 133Hz) Progressivement

la neacutecessiteacute de mise en fonctionnement en parallegravele et drsquointerconnexion des diffeacuterents reacuteseaux

a conduit agrave la standardisation de la freacutequence

60 Hz aux Etats Unis et au Canada

50 Hz pour la majoriteacute des pays en Afrique Asie et Europe

Les niveaux de tensions ont eux aussi eacutevolueacute graduellement jusqursquoagrave atteindre

aujourdrsquohui lrsquoUltra Haute tension 765 kV en service aux Etats Unis et ce depuis 1969Le

transport drsquoeacutenergie eacutelectrique sur de tregraves grandes distances est devenu plus avantageux en

courant continu qursquoen alternatif et ce gracircce au deacuteveloppement de lrsquoeacutelectronique de puissance

Ainsi il est plus eacuteconomique de convertir la THT ou UHT de lrsquoalternatif au continu de

transporter lrsquoeacutenergie eacutelectrique agrave lrsquoaide de deux lignes et de la reconvertir agrave lrsquoautre extreacutemiteacute

Des eacutetudes ont montreacute qursquoil eacutetait avantageux de recourir au courant continu lorsqursquoil

srsquoagissait de transporter de lrsquoeacutenergie eacutelectrique sur des distances supeacuterieures ou eacutegales agrave 500

km

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

14

CHAPITRE I

Lrsquoaccroissement eacutenorme de la demande de lrsquoeacutenergie eacutelectrique et les contraintes

eacuteconomiques de construire de nouveaux ouvrages conduisent agrave lrsquoexploitation des reacuteseaux

eacutelectriques preacutes de leurs limites de stabiliteacute et de seacutecuriteacute En effet lrsquoinstabiliteacute des reacuteseaux

eacutelectriques preacutesente un problegraveme majeur dans le bon fonctionnement de ces derniers autour du

monde Les perturbations ineacutevitables telles que les courts circuits les indisponibiliteacutes

momentaneacutees des lignes de transmission des geacuteneacuterateurs les transformateurs ainsi que les

pertes dans les lignes peuvent affecter le reacuteseau eacutelectrique agrave tout instant et lrsquoamener en dehors

de sa zone de stabiliteacute La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique est donc la proprieacuteteacute qui lui permet

de rester dans un eacutetat drsquoeacutequilibre pour des conditions de fonctionnement normales et de

retrouver un eacutetat drsquoeacutequilibre acceptable suite agrave une perturbation

I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique

Les reacuteseaux eacutelectriques (transport et distribution) ont pour rocircle drsquoacheminer lrsquoeacutenergie

des sites de production vers les lieux de consommation avec des eacutetapes de baisse du niveau

de tension dans des postes de transformation

Les reacuteseaux eacutelectriques ont pour fonction dinterconnecter les centres

de production tels que les centrales hydrauliques thermiquesetc avec les centres de

consommation (villes usines) [1]

I21) De la centrale aux abonneacutes

La tension agrave la sortie des grandes centrales est porteacutee agrave 400 000 volts (ou 400 kV) pour

limiter les pertes drsquoeacutenergies sous forme de chaleur dans les cacircbles des lignes eacutelectriques de

transport (ce sont les pertes par laquo effets de joule raquo) Ensuite la tension est progressivement

reacuteduite au plus preacutes de la consommation pour arriver aux diffeacuterents niveaux de tension

auxquels sont raccordeacutes les consommateurs (figure I1)

Centrale

De

Production

Poste de

Transformation

THT HT

Poste de

Transformation

MT BT

Poste de

Transformation

HT HT

Abonneacutes HT Abonneacutes BT Abonneacutes MT

Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique

Poste de

Transformation

HTMT

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

15

CHAPITRE I

Les reacuteseaux publics drsquoeacutelectriciteacute (figure I2) sont constitueacutes drsquoun ensemble de

conducteurs et de postes eacutelectriques permettant drsquoacheminer lrsquoeacutenergie depuis les installations

de production jusqursquoaux installations de consommation

Les conducteurs sont les lignes aeacuteriennes ou les cacircbles souterrains (ou les cacircblages

courant en faccedilades drsquoimmeubles) desservant le territoire selon un scheacutema mailleacute ou

arborescent Pour des raisons tenant agrave des calculs technico-eacuteconomiques ils sont exploiteacutes agrave

diffeacuterents niveaux de tension

Les postes eacutelectriques sont situeacutes aux nœuds du maillage ou de lrsquoarborescence des

conducteurs Ils accueillent les transformateurs (pour le changement de niveau de tension) les

organes drsquoaiguillage et de manœuvre des flux et les eacutequipements de surveillance et de seacutecuriteacute

du reacuteseau [2]

Le but premier dun reacuteseau deacutenergie est de pouvoir alimenter la demande des

consommateurs Comme on ne peut encore stocker eacuteconomiquement et en grande quantiteacute

leacutenergie eacutelectrique il faut pouvoir maintenir en permanence leacutegaliteacute [3]

(I1)

Figure I2 Reacuteseaux publiques

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

16

CHAPITRE I

Le reacuteseau eacutelectrique est exploiteacute de maniegravere agrave assurer trois principaux objectifs

bull La distribution drsquoeacutelectriciteacute doit pouvoir ecirctre garantie et ce malgreacute les aleacuteas du reacuteseau

En effet celle-ci est un enjeu agrave la fois financier et de seacutecuriteacute pour les biens mateacuteriels

et des personnes Ainsi lrsquoopeacuterateur du reacuteseau doit ecirctre capable de faire face agrave ces aleacuteas

et drsquoeacuteviter les deacutegacircts potentiels ainsi que leurs propagations Cet enjeu de sucircreteacute de

fonctionnement en reacutegime normal et en reacutegime perturbeacute est un des premiers objectifs

bull Lrsquoonde de tension fait lrsquoobjet drsquoengagement contractuel que lrsquoopeacuterateur se doit de

ternir en respectant une regravegle drsquoeacutegaliteacute cest-agrave-dire une impartialiteacute entre clients en

conservant une continuiteacute de service maximale

bull Le dernier objectif drsquoexploitation est un objectif eacuteconomique lrsquoexploitation doit ecirctre

meneacutee de maniegravere optimale dans le but de reacuteduire les pertes ainsi que les coucircts de

maintenance et drsquoinvestissement Drsquoautre part lrsquoexploitation doit favoriser lrsquoouverture

du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute

I 3) Fonctionnent du reacuteseau eacutelectrique

Lrsquoeacutelectriciteacute produite par les centrales est drsquoabord achemineacutee sur de longues distances

dans des lignes agrave haute tension (HTB) geacutereacutees par RTE (Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute)

Elle est ensuite transformeacutee en eacutelectriciteacute agrave la tension HTA pour pouvoir ecirctre

achemineacutee par le reacuteseau de distribution Cette transformation intervient dans les postes

sources

Une fois sur le reacuteseau de distribution lrsquoeacutelectriciteacute haute tension HTA alimente

directement les clients industriels Pour les autres clients (particuliers commerccedilants

artisans) elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation avant

drsquoecirctre livreacutee

Au final la qualiteacute de lrsquoalimentation en eacutelectriciteacute des utilisateurs du reacuteseau est donc le

reacutesultat de la qualiteacute de tout ce parcours [4]

I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectriques

Dans les pays doteacutes drsquoun systegraveme eacutelectrique eacutelaboreacute le reacuteseau est structureacute en plusieurs

niveaux assurant des fonctions speacutecifiques propres et caracteacuteriseacutes par des tensions adapteacutees agrave

ces fonctions

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

17

CHAPITRE I

Traditionnellement les reacuteseaux eacutelectriques sont deacutecomposeacutes en trois sous-systegravemes la

geacuteneacuteration le transport et la distribution (figure I3) Chaque sous-systegraveme est relieacute par des

postes sources chargeacutes de lrsquoadeacutequation des niveaux de tension

Dans le contexte de ce paragraphe nous allons preacutesenter la structure et la topologie du

reacuteseau eacutelectrique Algeacuterien (les informations des paragraphes ci ndashdessous sont prises lors drsquoun

stage effectueacute agrave la SDO

I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie

I411) Reacuteseaux drsquoutilisation

Ces sont les reacuteseaux de basse tension (BT) qui alimentent les maisons lrsquoeacuteclairage

public les moteurs et les appareils domestiques Ce type de reacuteseau eacutelectrique doit preacutesenter

une continuiteacute de service permanente Geacuteneacuteralement la gamme de tension est de 220 volts agrave

380 volts

Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

18

CHAPITRE I

I412) Reacuteseaux de distribution

Ce sont les reacuteseaux de moyenne tension (MT) qui fournissent aux reacuteseaux

drsquoutilisation les puissances neacutecessaires demandeacutees Ils doivent observer des distances limiteacutees

de voisinage crsquoest pour cela que ces reacuteseaux se reacutealisent en souterrain dans les villes (En

Algeacuterie le niveau de tension de distribution de lrsquoeacutenergie est fixeacute agrave 10 kV)

I413) Reacuteseaux de reacutepartition

Ce sont les reacuteseaux HTMT (3010 kV) ils fournissent les puissances neacutecessaires

aux reacuteseaux de distribution relieacutes entre eux ils facilitent le secours mutuel entre reacutegions

I414) Reacuteseaux de transport

Ils assurent lrsquoalimentation de lrsquoensemble du territoire national gracircce agrave des

transits de puissances importantes et de tensions qui sont de 60 220 et 400 kV

I42) Topologie des reacuteseaux

Les reacuteseaux doivent assurer le transit de lrsquoeacutenergie eacutelectrique avec une seacutecuriteacute

suffisante cette seacutecuriteacute drsquoalimentation est augmenteacutee soit

Par les lignes aux appareillages plus solides

Par des circuits plus nombreux

I421) Reacuteseaux radiaux

Le principe de fonctionnement de reacuteseau radial est agrave une seule voie drsquoalimentation Ceci

signifie que tout point de consommation sur une telle structure ne peut ecirctre alimenteacute que par

un seul chemin eacutelectrique possible Il est de type arborescent Cette arborescence se deacuteroule agrave

partir des points drsquoalimentation qui sont constitueacutes par les postes de distribution publique

HTBHTA ou HTAHTA (reacutepartition) Ce scheacutema (figure I4) est particuliegraverement utiliseacute pour

la distribution de la MT en milieu rural En effet il permet facilement et agrave un moindre coucirct

drsquoacceacuteder agrave des points de consommation de faible densiteacute de charge (gtgt10 kVA) et largement

reacutepartis geacuteographiquement (gtgt 100 km2)

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

19

CHAPITRE I

I422) Reacuteseaux boucleacutes

Cette topologie (Figure I5) est surtout utiliseacutee dans les reacuteseaux de reacutepartition et

distribution MT Les postes de reacutepartition HT ou MT alimenteacutes agrave partir du reacuteseau THT sont

relieacutes entre eux pour former des boucles ceci dans le but drsquoaugmenter la disponibiliteacute

Cependant il faut noter que les reacuteseaux MT ne sont pas forcement boucleacutes [23]

1 Source

2 Poste MTHT

3 Poste MTBT

4 Consommateur

Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute

Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

20

CHAPITRE I

I423) Reacuteseaux mailleacutes

Cette topologie (Figure I6) est presque la norme pour les reacuteseaux de transport Tous les

centres de production sont lieacutes entre eux par des lignes THT au niveau des postes

drsquointerconnexion ce qui forme un maillage Cette structure permet une meilleure fiabiliteacute

mais neacutecessite une surveillance agrave lrsquoeacutechelle nationale voire continentale

On obtient ainsi une meilleure seacutecuriteacute mais agrave un prix plus chers [5]

I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques [6]

Lrsquointerconnexion entre les reacuteseaux de transport drsquoeacutelectriciteacute sert agrave faire passer lrsquoeacutenergie

drsquoun pays agrave un autre Leur rocircle premier est de permettre drsquoassurer la distribution drsquoeacutelectriciteacute

en cas de deacutefaillance soudaine sur le reacuteseau national en faisant appel agrave lrsquoeacutenergie produite et

transporteacutee par les pays voisins

Lrsquointerconnexion des reacuteseaux permet de rendre solidaires les pays voisins et de

diversifier les sources de production Ce foisonnement renforce la seacutecuriteacute

drsquoapprovisionnement et diminue le risque de panne geacuteneacuteraliseacutee

Les infrastructures existantes doivent ecirctre adapteacutees afin drsquoacheminer lrsquoeacutenergie

produite par les nouvelles sources renouvelables

Les infrastructures eacutenergeacutetiques doivent permettre en augmentant les eacutechanges

interreacutegionaux de favoriser la concurrence et drsquoameacuteliorer le fonctionnement du marcheacute

Source 1 Source 2 Source 3 Source 4

Source 5 Source 6

Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

21

CHAPITRE I

I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du Maghreb Arabe

Degraves le mois de juin 1974 bien avant la constitution de lrsquoUnion du Maghreb Arabe

(UMA) en 1989 les entreprises publiques drsquoeacutelectriciteacute des trois pays lrsquoOffice National

Marocain de lrsquoElectriciteacute (ONE) la Socieacuteteacute Nationale Algeacuterienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz

(SONELGAZ) la Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz (STEG) ont deacutecideacute la creacuteation

du Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute (Comelec) immeacutediatement enteacuterineacutee par le Conseil

Permanent Consultatif Maghreacutebin (CPCM) qui regroupe les ministres de lrsquoEconomie des trois

pays

Les compagnies des deux autres pays ont rejoint le Comiteacute Sonelec (Mauritanie) en

1975 et Gecol (Libye) en 1989 apregraves la constitution de lrsquoUMA formant ainsi le groupe

speacutecialiseacute le plus ancien de lrsquoUnion dont les missions consistent agrave promouvoir et coordonner

agrave lrsquoeacutechelle maghreacutebine et vis agrave vis des institutions internationales les relations sur le plan

technique eacuteconomique commercial industriel du management de la formation et des

relations sociales Dans ce cadre des actions concregravetes et efficaces ont eacuteteacute conduites en

commun

bull Renforcement des lignes drsquointerconnexion et deacuteveloppement des eacutechanges eacutelectriques

avec pour finaliteacute drsquoassurer une solidariteacute des reacuteseaux tout en eacutevitant les risques de

propagation drsquoincidents graves

bull Programmes drsquoeacutequipement et eacutetude de projets communs diffusion drsquoun scheacutema

directeur agrave long terme du reacuteseau maghreacutebin projets de station de pompage ou mecircme de

centrale nucleacuteaire

bull Elaboration et mise agrave jour permanente drsquoune carte du reacuteseau eacutelectrique maghreacutebin y

compris le reacuteseau de distribution impliquant lrsquoalimentation des villages frontaliers agrave partir du

reacuteseau le plus proche et dans les conditions technico - eacuteconomiques les plus favorables la

premiegravere action et probablement la plus symbolique a eacuteteacute lrsquoalimentation du village tunisien

martyre de Sakiet Sidi Youcef agrave partir du reacuteseau algeacuterien ou du village marocain de Figuig agrave

partir du reacuteseau algeacuterien agrave Beni Ounif

bull Utilisation commune des structures de formation eacutelectriques et gaziegraveres

bull Promotion de lrsquointeacutegration industrielle maghreacutebine de lrsquointervention des bureaux

drsquoeacutetudes et entreprises de travaux et de fabrication de mateacuteriel eacutelectrique du Maghreb agrave

travers notamment le renforcement de la fonction engineering [7]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

22

CHAPITRE I

I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique

La qualiteacute de cette eacutenergie deacutepend de celle de la tension aux points de raccordement

toutefois cette tension subit geacuteneacuteralement beaucoup de perturbations de deux origines

distinctes drsquoune part les perturbations de courant causeacutees par le passage dans les reacuteseaux

eacutelectriques des courants perturbateurs comme les courants harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et

reacuteactifs et drsquoautre part les perturbations de tension causeacutees par des tensions perturbatrices

comme les tensions harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et les creux de tension [8]

La qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique est consideacutereacutee comme une combinaison de la qualiteacute

de la tension et de la qualiteacute du courant Nous allons donc deacutefinir ces deux notions dans la

suite de ce paragraphe

I61) Qualiteacute de la tension

Dans la pratique lrsquoeacutenergie eacutelectrique distribueacutee se preacutesente sous la forme drsquoun ensemble

de tensions constituant un systegraveme alternatif triphaseacute qui possegravede quatre caracteacuteristiques

principales amplitude freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie [9]

I611) Amplitude

Lrsquoamplitude de la tension est un facteur crucial pour la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute Elle

constitue en geacuteneacuteral le premier engagement contractuel du distributeur drsquoeacutenergie

Habituellement lrsquoamplitude de la tension doit ecirctre maintenue dans un intervalle de plusmn 10

autour de la valeur nominale

Dans le cas ideacuteal les trois tensions ont la mecircme amplitude qui est une constante

Cependant plusieurs pheacutenomegravenes perturbateurs peuvent affecter lrsquoamplitude des tensions En

fonction de la variation de lrsquoamplitude on distingue deux grandes familles de perturbations

- Les creux de tension coupures et surtensions Ces perturbations se caracteacuterisent par des

variations importantes de lrsquoamplitude Elles ont pour principale origine des courts-circuits et

peuvent avoir des conseacutequences importantes pour les eacutequipements eacutelectriques

- Les variations de tension Ces perturbations se caracteacuterisent par des variations de

lrsquoamplitude de la tension infeacuterieure agrave 10 de sa valeur nominale Elles sont geacuteneacuteralement

dues agrave des charges fluctuantes ou des modifications de la configuration du reacuteseau

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

23

CHAPITRE I

I612) Freacutequence

Dans le cas ideacuteal les trois tensions sont alternatives et sinusoiumldales drsquoune freacutequence

constante de 50 ou 60 Hz selon le pays Des variations de freacutequence peuvent ecirctre provoqueacutees

par des pertes importantes de production de lrsquoicirclotage drsquoun groupe sur ses auxiliaires ou son

passage en reacuteseau seacutepareacute ou drsquoun deacutefaut dont la chute de tension reacutesultante entraicircne une

reacuteduction de la charge [9]

I613) Forme drsquoonde

La forme drsquoonde des trois tensions formant un systegraveme triphaseacute doit ecirctre la plus proche

possible drsquoune sinusoiumlde En cas de perturbations au niveau de la forme drsquoonde la tension

nrsquoest plus sinusoiumldale et peut en geacuteneacuteral ecirctre consideacutereacutee comme une onde fondamentale agrave

50Hz associeacutee agrave des ondes de freacutequences supeacuterieures ou infeacuterieures agrave 50 Hz appeleacutees

eacutegalement harmoniques Les tensions peuvent eacutegalement contenir des signaux permanents

mais non-peacuteriodiques alors deacutenommeacutes bruits

I614) Symeacutetrie

La symeacutetrie drsquoun systegraveme triphaseacute se caracteacuterise par lrsquoeacutegaliteacute des modules des trois

tensions et celle de leurs deacutephasages relatifs La dissymeacutetrie de tels systegravemes est

communeacutement appeleacute deacuteseacutequilibre [9]

I62) Qualiteacute du courant

La qualiteacute du courant est relative agrave une deacuterive des courants de leur forme ideacuteale et se

caracteacuterise de la mecircme maniegravere que pour les tensions par quatre paramegravetres amplitude

freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie Dans le cas ideacuteal les trois courants sont drsquoamplitude et

de freacutequence constantes deacutephaseacutes de 2π3 radians entre eux et de forme purement

sinusoiumldale

Le terme laquo qualiteacute du courant raquo est rarement utiliseacute car la qualiteacute du courant est

eacutetroitement lieacutee agrave la qualiteacute de la tension et la nature des charges Pour cette raison laquo la

qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique raquo est souvent reacuteduite agrave laquo la qualiteacute de la tension raquo [10]

Crsquoest lrsquoobjectif de ce meacutemoire ougrave le terme de laquo qualiteacute de lrsquoeacutenergie raquo srsquoapplique

uniquement agrave celle de la tension [13]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

24

CHAPITRE I

I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique

Le reacuteseau eacutelectrique peut ecirctre soumis agrave de multiples perturbations Ces deacutefauts qui

peuvent ecirctre mesureacutes gracircce agrave lrsquoutilisation de centrales de mesure peuvent endommager les

machines et fragiliser toutes les installations eacutelectriques

Il existe diffeacuterents types de perturbations les creux de tension les surtensions

passagegraveres les pheacutenomegravenes transitoires les deacuteseacutequilibres les distensions harmoniques ou

encore les entailles de commutations [11]

I71) Classification des perturbations eacutelectriques

I711) Creux de tension et coupures

Un creux de tension (figure I7) est une baisse brutale de la tension en un point drsquoun

reacuteseau drsquoeacutenergie eacutelectrique agrave une valeur comprise (par convention) entre 90 et 1 (CEI

61000-2-1 CENELEC EN 50160) ou entre 90 et 10 (IEEE 1159) drsquoune tension de

reacutefeacuterence (119880119903119890119891) suivie drsquoun reacutetablissement de la tension apregraves un court laps de temps compris

entre la demi-peacuteriode fondamentale du reacuteseau (10 ms agrave 50 Hz) et une minute

La tension de reacutefeacuterence est geacuteneacuteralement la tension nominale pour les reacuteseaux BT et la

tension deacuteclareacutee pour les reacuteseaux MT et HT

Une tension de reacutefeacuterence glissante eacutegale agrave la tension avant perturbation peut aussi ecirctre

utiliseacutee sur les reacuteseaux MT et HT eacutequipeacutes de systegraveme de reacuteglage (reacutegleur en charge) de la

tension en fonction de la charge Ceci permet drsquoeacutetudier (agrave lrsquoaide de mesures simultaneacutees dans

Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

25

CHAPITRE I

chaque reacuteseau) le transfert des creux entre les diffeacuterents niveaux de tension La meacutethode

habituellement utiliseacutee pour deacutetecter et caracteacuteriser un creux de tension est le calcul de la

valeur efficace laquo rms (12) raquo du signal sur une peacuteriode du fondamental toutes les demi-

peacuteriodes (recouvrement drsquoune demi-peacuteriode)

La figure (I8) montre les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension qui sont donc

bull sa profondeur ∆U (ou son amplitude U)

bull sa dureacutee ∆T deacutefinie comme le laps de temps

a) Origines des creux de tension et coupures

Les creux de tension et les coupures bregraveves sont principalement causeacutes par des

pheacutenomegravenes conduisant agrave des courants eacuteleveacutes qui provoquent agrave travers les impeacutedances des

eacuteleacutements du reacuteseau une chute de tension drsquoamplitude drsquoautant plus faible que le point

drsquoobservation est eacutelectriquement eacuteloigneacute de la source de la perturbation

Les creux de tension et les coupures bregraveves ont diffeacuterentes causes

bull des deacutefauts sur le reacuteseau de transport (HT) de distribution (BT et MT) ou sur

lrsquoinstallation elle-mecircme [9]

Les creux de tension et les coupures bregraveves sont causeacutes par des pheacutenomegravenes aleacuteatoires

Ces pheacutenomegravenes concernent soit le reacuteseau du distributeur soit le reacuteseau de lrsquoutilisateur [12]

Figure I8 Les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12)

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

26

CHAPITRE I

I712) Harmonique

Une harmonique (figure I9) est une composante sinusoiumldale drsquoune onde peacuteriodique ou

drsquoune quantiteacute posseacutedant une freacutequence qui est multiple entier de la freacutequence fondamentale

a) Inters harmoniques

Les inter-harmoniques sont des signaux de freacutequence non multiple de la freacutequence

fondamentale

b) Infra-harmoniques

Les infra harmoniques sont des signaux de freacutequence infeacuterieure agrave celle du fondamentale

c) Conseacutequences des harmoniques

Les courants harmoniques qui se propagent dans les reacuteseaux eacutelectriques deacuteforment

lrsquoallure du courant de la source et polluent les consommateurs alimenteacutes par les mecircmes

reacuteseaux On peut classer les effets engendreacutes par les harmoniques en deux types [8]

les effets instantaneacutes

les effets agrave terme

d) Les principales sources drsquoharmoniques

Ce sont des charges qursquoil est possible de distinguer selon leurs domaines industrielles

ou domestiques

Les charges industrielles

Eacutequipements drsquoeacutelectroniques de puissance variateurs de vitesse redresseurs agrave

diodes ou agrave thyristors onduleurs alimentations agrave deacutecoupage

Charges utilisant lrsquoarc eacutelectrique fours agrave arc machines agrave souder eacuteclairage

(lampes agrave deacutecharge tubes fluorescents) Les deacutemarrages de moteurs par

deacutemarreurs eacutelectroniques et les enclenchements de transformateurs de puissance

sont aussi geacuteneacuterateurs drsquoharmoniques (temporaires) [9]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

27

CHAPITRE I

I713) Surtensions

Ce pheacutenomegravene (figure I10) se produit lorsqursquoun composant eacutelectrique posseacutedant deux

bornes reccediloit une tension supeacuterieure agrave celle de la tension normale du circuit [13]

Les surtensions sont de trois natures

bull Temporaires (agrave freacutequence industrielle)

bull De manœuvre

bull Drsquoorigine atmospheacuterique (foudre)

Elles peuvent apparaicirctre

bull en mode diffeacuterentiel (entre conducteurs actifs phph ndash phneutre)

bull en mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) [10]

Figure I9 Harmoniques

Figure I10 Exemple de surtension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

28

CHAPITRE I

a) Origine ou causes des surtensions

Les orages sont des eacuteveacutenements tregraves habituels et aussi tregraves dangereux On estime que

sur notre planegravete se produisent simultaneacutement quelques 2000 orages et quenviron 100 coups

de foudre se deacutechargent sur la terre chaque seconde Au total cela repreacutesente environ 4000

orages quotidiens et 9 millions de deacutecharges atmospheacuteriques chaque jour

Au moment de lrsquoimpact la foudre provoque une impulsion de courant qui arrive agrave

atteindre des dizaines de milliers drsquoampegraveres Cette deacutecharge geacutenegravere une surtension dans le

systegraveme eacutelectrique qui peut provoquer des incendies la destruction de machines et la mort de

personnes [14]

I714) Variations et fluctuations de tension

Des variations rapides de tension reacutepeacutetitives ou aleacuteatoires (figure I11) sont provoqueacutees

par des variations rapides de puissance absorbeacutee ou produite par des installations telles que les

soudeuses fours agrave arc eacuteoliennes etc [15]

Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations

cycliques ou aleacuteatoires de lrsquoenveloppe drsquoune tension dont les caracteacuteristiques sont la

freacutequence de la variation et lrsquoamplitude

a) Origines des variations et fluctuations de tension

bull Les variations lentes de tension sont causeacutees par la variation lente des charges

connecteacutees au reacuteseau

bull Les fluctuations de tension sont principalement dues agrave des charges industrielles

rapidement variables comme les machines agrave souder les fours agrave arc les laminoirs

Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

29

CHAPITRE I

I715) Deacuteseacutequilibres

Dans un reacuteseau triphaseacute on a ideacutealement des amplitudes eacutegales de la tension et du

courant respectivement sur chacune des trois phases et un angle de phase de 120 degreacutes

Lorsque les tensions ou les courants preacutesentent une diffeacuterence drsquoamplitude il y a deacuteseacutequilibre

(figure I12) et cela peut causer des problegravemes pour les eacutequipements triphaseacutes brancheacutes au

reacuteseau Lrsquoimpact le plus courant du deacuteseacutequilibre est la surchauffe des eacutequipements et par

conseacutequent la deacutegradation de lrsquoisolation eacutelectrique et la reacuteduction de la dureacutee de vie

a) Origines de deacuteseacutequilibres

Les deacuteseacutequilibres de tension surviennent habituellement en preacutesence drsquoun deacuteseacutequilibre

des charges et de leurs appels de courant En effet toute charge triphaseacutee doit appeler un

courant identique sur chaque phase Quant aux charges monophaseacutees brancheacutees agrave un reacuteseau

triphaseacute on doit les reacutepartir le plus uniformeacutement possible entre les trois phases

De plus certains deacuteseacutequilibres de tension reacutesultent de lrsquoexploitation et de la nature des

eacutequipements du reacuteseau eacutelectrique [16]

I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations

La figure (I13) preacutesente une classification possible des diffeacuterents types de

perturbations Il est agrave noter qursquoaucune classification ne fait actuellement reacutefeacuterence et drsquoautres

notions peuvent ecirctre parfois utiliseacutees variations rapides de tension surtensions temporaires

etc Il faut noter eacutegalement que lrsquoimpact agrave long terme de ces diffeacuterents types de perturbations

sur la dureacutee de vie des appareils eacutelectriques reste aujourdrsquohui assez meacuteconnu Preacutecisons enfin

qursquoen langage courant le terme tension fait le plus souvent reacutefeacuterence agrave la valeur efficace de

Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

30

CHAPITRE I

lrsquoonde de tension ou agrave une moyenne de la valeur efficace sur une certaine dureacutee (pour une

onde imparfaitement peacuteriodique la valeur efficace nrsquoa de sens que localement pour un

intervalle de temps suffisamment court) et non agrave la valeur instantaneacutee de la tension (qui

oscille autour de 0 V avec une peacuteriode de 20 ms)

I72) Le systegraveme de protection

A lrsquoinstar des alternateurs des transformateurs et des lignes drsquoautres dispositifs

existent pour assurer non seulement un fonctionnement normal mais aussi la protection des

eacutequipements et du personnel drsquoexploitation du reacuteseau Cela englobe les transformateurs de

mesures les disjoncteurs les interrupteurs les sectionneurs les fusibles les eacuteclateurs et sont

directement relieacutes au reacuteseau Ces dispositifs permettent drsquointerrompre volontairement et agrave

Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

31

CHAPITRE I

tout moment la fourniture drsquoeacutenergie eacutelectrique mais aussi automatiquement agrave la survenance

drsquoune quelconque perturbation (deacutefaut) Les eacutequipements de controcircle associeacutes agrave ces dispositifs

ainsi que les relais de protection sont installeacutes dans des salles de controcircle [17]

I8) La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique de HT est une proprieacuteteacute dun systegraveme de puissance

qui lui permet de rester dans un eacutetat deacutequilibre dans des conditions normales de

fonctionnement et de retrouver un eacutetat acceptable deacutequilibre apregraves avoir eacuteteacute soumis agrave

une perturbation [18]

Une perturbation sur un reacuteseau peut ecirctre une manœuvre preacutevue comme lenclenchement

dune inductance shunt ou non preacutevue comme un court-circuit causeacute par la foudre entre une

phase et la terre par exemple Lors de la perturbation lamplitude de la tension aux diffeacuterents

jeux de barres du reacuteseau peut varier ainsi que la freacutequence La variation de la freacutequence est

due aux variations de la vitesse des rotors des alternateurs [19]

I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques

La stabiliteacute peut ecirctre eacutetudieacutee en consideacuterant la topologie du reacuteseau sous

diffeacuterents angles Lrsquoeacutetat de fonctionnement drsquoun reacuteseau eacutelectrique est deacutecrit selon des

grandeurs physiques telles que lamplitude et langle de phase de la tension agrave chaque bus et la

puissance active reacuteactive circulant dans chaque ligne et la vitesse de rotation de la

geacuteneacuteratrice synchrone Si elles ne sont pas constantes le reacuteseau eacutelectrique est consideacutereacute

comme eacutetant en perturbations [16]

La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee selon la nature de la perturbation

Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor

Stabiliteacute de la freacutequence

Stabiliteacute de la tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

32

CHAPITRE I

La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee en petite et grande amplitude de perturbation en

fonction de lrsquoorigine et de lampleur du deacutefaut Par rapport au temps deacutevaluation la

stabiliteacute peut ecirctre agrave courte ou agrave longue dureacutee tel qursquoil est deacutecrit dans la figure (I14)

I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire)

Dans un reacuteseau eacutelectrique la stabiliteacute de lrsquoangle du rotor est deacutefinie comme la capaciteacute

drsquoun ensemble de geacuteneacuteratrices synchrones interconnecteacutees de conserver le synchronisme

dans des conditions de fonctionnement normales ou apregraves une perturbation Un systegraveme

est instable si la diffeacuterence entre les angles rotoriques des geacuteneacuterateurs augmente

indeacutefiniment ou si loscillation transitoire provoqueacutee par une perturbation nest pas

suffisamment amortie dans le temps deacutevaluation

Lrsquoinstabiliteacute angulaire se manifeste sous forme drsquoun eacutecart croissant entre les angles

rotorique Une machine qui a perdu le synchronisme sera deacutebrancheacutee par une protection de

survitesse ou par une protection de perte de synchronisme ce qui met en danger lrsquoeacutequilibre

production consommation du systegraveme

Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique [18]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

33

CHAPITRE I

I8211) Stabiliteacute angulaire aux petites perturbations

Elle concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir le synchronisme en preacutesence

de petites perturbations comme une petite variation de la charge ou de geacuteneacuteration manœuvre

drsquoeacutequipement etc Lrsquoeacutevaluation de ce type de perturbation prend quelques secondes

a) La stabiliteacute statique

Apregraves le reacutegime transitoire ducirc agrave la perturbation le systegraveme entre dans le reacutegime

permanent Dans ce cas pour eacutetudier le systegraveme il faut eacutevaluer la stabiliteacute statique du reacuteseau

Le systegraveme nest pas stable si les contraintes de fonctionnement ne sont pas respecteacutees

Cet eacutetat est appeleacute lrsquoeacutetat instable ou leacutetat durgence

Dans un reacuteseau qui est dans leacutetat durgence les opeacuterateurs du centre de controcircle ont

suffisamment de temps pour ramener le systegraveme agrave leacutetat stable ou au reacutegime normal en

apportant des modifications suppleacutementaires [20]

b) Stabiliteacute dynamique

Si une perturbation mineure est effectueacutee sur le reacuteseau agrave partir dun reacutegime permanent

stable et que le reacuteseau retrouve son mode de fonctionnement normal en reacutegime permanent le

reacuteseau est dit dynamiquement stable Pour un reacuteseau deacutenergie eacutelectrique on entend par

perturbation mineure des manœuvres ou des opeacuterations normales sur le reacuteseau comme

lenclenchement dune inductance shunt ou des variations mineures de la charge

c) Stabiliteacute transitoire

Lorsquil y a une perturbation majeure sur le reacuteseau et que le reacuteseau retrouve son mode

de fonctionnement normal apregraves la perturbation alors le reacuteseau est dit transitoirement stable

Les perturbations majeures sont les courts-circuits les pertes de lignes les bris deacutequipements

majeurs comme les transformateurs de puissance et les alternateurs peuvent ecirctre tregraves graves

pouvant mecircme conduire agrave lrsquoeffondrement total du reacuteseau Si lrsquoinstabiliteacute se manifeste

directement suite agrave la perturbation (plus preacuteciseacutement dans la premiegravere La stabiliteacute transitoire

deacutepend de la relation non-lineacuteaire couples- angles Le pheacutenomegravene de la stabiliteacute transitoire

concerne les grandes perturbations telles que [15]

Les courts-circuits affectant un eacuteleacutement du reacuteseau notamment aux bornes des

machines

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

34

CHAPITRE I

La perte drsquoun ouvrage (eg une ligne de transmissionhellip)

La perte drsquoun groupe de production

Les conseacutequences de ces deacutefauts seconde qui suit lrsquoeacutelimination du deacutefaut) elle est

appeleacutee instabiliteacute de premiegravere oscillation (en anglais First Swing Instability) (cas 1 figure

I15) et elle srsquoeacutetend sur 3 agrave 5 secondes Elle peut reacutesulter de la superposition des effets de

plusieurs modes drsquooscillation lents exciteacutes par la perturbation provoquant ainsi une variation

importante de lrsquoangle de rotor au-delagrave de la premiegravere oscillation (instabiliteacute de multi

oscillations) (cas 2 figure I15) La gamme de temps associeacutee srsquoeacutetend de 10 agrave 20 secondes

[25]

I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire

En vue de son importance dans la planification la conception et lrsquoexploitation des

reacuteseaux drsquoeacutenergie eacutelectrique lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire reste un deacutefit majeur

pour les ingeacutenieurs pour eacuteviter tous eacuteveacutenement qui peut conduire vers un black out Les

solutions envisageables drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire se basent sur [8]

bull Augmentation de la constante drsquoinertie des geacuteneacuterateurs

bull Augmentation de la puissance active

bull Installation des protections et des appareils de coupure rapides

bull Implantation des valves rapides des turbines agrave gaz

bull Installation des reacutesistances drsquoamortissement

bull Utilisation des PSS

bull Controcircle rapide et flexible de lrsquoeacutecoulement de puissance

a- Stable

b- instable

Cas 1 instabiliteacute de premiegravere oscillation Cas 2 instabiliteacute de plusieurs oscillations

Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

35

CHAPITRE I

I822) Stabiliteacute de la freacutequence

La stabiliteacute de freacutequence concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir sa freacutequence

proche de la valeur nominale suite agrave un incident seacutevegravere ayant ou non conduit agrave un

morcellement du systegraveme La stabiliteacute de freacutequence est eacutetroitement lieacutee agrave lrsquoeacutequilibre global

entre la puissance active produite et consommeacutee [20]

I823) Stabiliteacute de tension

Dans des conditions de fonctionnement normales ou suite agrave une perturbation La

stabiliteacute de tension concerne la capaciteacute dun systegraveme de puissance agrave maintenir des tensions

acceptables en tous ses nœuds En fonctionnement normal lorsque nous connectons des

eacutequipements consommateurs agrave un reacuteseau eacutelectrique la tension au point de raccordement

tombe leacutegegraverement et la puissance totale consommeacutee augmente

Selon lrsquoamplitude de la perturbation on distingue la stabiliteacute de tension de

petites perturbations et celle de grandes perturbations [20]

Lrsquoinstabiliteacute reacutesultante peut se produire sous forme de chute progressive ou eacuteleacutevation de

la tension de quelques jeux de barres Les reacutesultats possibles de lrsquoinstabiliteacute de tension sont la

perte de la charge dans un secteur ou deacuteclenchement des lignes de transmission et mecircme

drsquoautres eacuteleacutements par leurs systegravemes de protection agrave des pannes en cascades Il est deacutemontreacute

que la majoriteacute des blackouts sont causeacutes par lrsquoinstabiliteacute de tension [8]

I8231) Instabiliteacute de la tension

On deacutefinit la stabiliteacute de la tension comme la capaciteacute de maintenir une tension de barre

constamment acceptable agrave chaque nœud du reacuteseau dans des conditions normales de

fonctionnement apregraves avoir subi une perturbation Leacutetat du reacuteseau est dit instable en tension

lorsquune perturbation un accroissement de la charge ou une modification de la condition du

reacuteseau entraicircne une chute de tension progressive et incontrocirclable de la tension aboutissent en

un effondrement geacuteneacuteraliseacute de la tension [16]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

36

CHAPITRE I

I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension

Les problegravemes drsquoapparition du pheacutenomegravene drsquoeacutecroulement de tension sont toujours lieacutes agrave

la difficulteacute de reacutegler la tension au dessus drsquoune certaine valeur appeleacutee tension critique

Geacuteneacuteralement lrsquoeffondrement de tension se produit dans les reacuteseaux eacutelectriques qui sont

fortement chargeacutes court-circuiteacutes etou ont un manque de puissance reacuteactive

I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites perturbations

La stabiliteacute de tension de petites perturbations concernes la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique

agrave maintenir la tension dans les limites permise en preacutesence de perturbations telles que une

variation faible de la charge de la production etc [18]

I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes perturbations

Elle est deacutefinie comme la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique agrave maintenir les tensions des

nœuds dans les limites de fonctionnement permise en preacutesence des grandes perturbations agrave

savoir la perte drsquoun eacutequipement de transport ou de production le court circuithellipetc [18]

Dans ce meacutemoire nous nous inteacuteressons seulement agrave la stabiliteacute de tension Une eacutetude

deacutetailleacutee sera preacutesenteacutee dans la section suivante

I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension

La plupart de ces changements ont des effets significatifs sur la production la

consommation et la transmission de puissance reacuteactive ainsi sur la stabiliteacute de tension Par

conseacutequent des mesures peuvent ecirctre utiliseacutees pour ameacuteliorer la stabiliteacute de tension tels que

- Un controcircle automatique des condensateurs shunts

- Un blocage des reacutegleurs en charge automatique

- Une nouvelle reacutepartition de la geacuteneacuteration

- Une replanification du fonctionnement des geacuteneacuterateurs et des nœuds de commande

- Une reacutegulation de tension secondaire

- Un plan de deacutelestage

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

37

CHAPITRE I

I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation

Dans la plupart du temps les sources drsquoeacutenergie eacutelectrique se trouvent loin des zones de

consommation Cette situation rend le transport de lrsquoeacutenergie reacuteactive tregraves difficile agrave cause des

pertes reacuteactives tregraves eacuteleveacutees Cette difficulteacute de transport drsquoeacutenergie reacuteactive augmente la

probabiliteacute drsquoapparition drsquoune instabiliteacute ou drsquoun effondrement de tension

I92) Charge appeleacutee trop importante

Lrsquoune des causes de lrsquoinstabiliteacute de tension correspond agrave une charge eacuteleveacutee Elle est

ducirce agrave lrsquoaugmentation croissante de la demande et agrave un large transfert drsquoeacutenergie entre

compagnies Une instabiliteacute de tension peut se produire en particulier lorsque la charge eacuteleveacutee

est plus importante que celle preacutevue et le risque est drsquoautant plus grand que la consommation

reacuteactive est eacutegalement plus grande que preacutevue [18]

I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport

Les planificateurs sont de plus en plus conscients des limites dutilisation des reacuteseaux de

transport et dinterconnexion La situation actuelle dans beaucoup de pays au monde est

caracteacuteriseacutee par les tendances suivantes

1 Augmentation de la consommation deacutelectriciteacute due agrave lindustrialisation agrave

lurbanisation et agrave la croissance de la population Avec laugmentation des transits

de puissance les reacuteseaux deviennent plus compliqueacutes agrave geacuterer subissent de grandes

variations de puissance et de grandes pertes Ceci fait que leur niveau de seacutecuriteacute

diminue

2 Contraintes eacutecologiques et administratives Le respect de lenvironnement joue un

rocircle important dans la socieacuteteacute actuelle et cest principalement pourquoi il est de

plus en plus difficile dobtenir des permis de construire pour de nouvelles lignes ou

pour limplantation de nouvelles centrales Dans laffirmative cela demande

plusieurs anneacutees

3 Contraintes opeacuterationnelles La demande de puissance a une croissance constante

mais geacuteographiquement irreacuteguliegravere Les centrales qui geacutenegraverent leacutenergie sont

souvent eacuteloigneacutees des charges importantes et la localisation des nouvelles centrales

deacutepend essentiellement dautorisations administratives et du respect de

lenvironnement

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

38

CHAPITRE I

Pour satisfaire la demande deacutenergie sous ces conditions contradictoires les services

publics font de plus en plus appel pour des problegravemes eacuteconomiques et dameacutelioration de la

seacutecuriteacute aux eacutechanges internationaux de puissance ce qui demande une interconnexion entre

des systegravemes preacutevus indeacutependants au deacutepart

Laugmentation du maillage associeacute au mode de transit libre de puissance agrave travers les

reacuteseaux deacuteveloppe des boucles de puissance et des lignes en parallegravele ce qui surcharge

certaines lignes avec pour conseacutequence de deacuteteacuteriorer le profil de tension et de diminuer la

stabiliteacute du reacuteseau Consideacuterant que les reacuteseaux de transport eacutelectrique repreacutesentent une

grande valeur eacuteconomique il faut essayer daller dans les directions suivantes

Ameacuteliorer lutilisation des eacutequipements existants en augmentant leur capaciteacute de

transfert de puissance Dun point de vue financier cela peut se reacuteveacuteler avantageux

Ameacuteliorer la flexibiliteacute des reacuteseaux car pouvoir changer rapidement leur

configuration permet une meilleure reacutepartition de la puissance particuliegraverement en cas de

perturbations ou de transferts de puissance impreacutevus [21]

I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Le transport de la puissance reacuteactive par les lignes eacutelectriques cause des pertes une

diminution de la stabiliteacute du reacuteseau et une chute de tension agrave son extreacutemiteacute Afin deacuteviter cela

de la compensation de puissance reacuteactive seacuterie ou shunt selon les cas est utiliseacute pour limiter

ce transport de puissance reacuteactive

Diffeacuterents appareils eacutelectriques peuvent servir agrave reacutealiser cette compensation (figure I16)

machines synchrones batteries de condensateurs inductance ou FACTS [22]

La compensation est une technique de la gestion drsquoeacutenergie reacuteactive afin drsquoameacuteliorer la

qualiteacute eacutenergeacutetique dans les reacuteseaux eacutelectriques agrave courant alternatif Elle peut se reacutealiser de

plusieurs maniegraveres ayant pour buts

La correction du facteur de puissance

Ameacutelioration de la reacutegulation de la tension

Equilibre des charges

Lrsquoaide au retour agrave la stabiliteacute en cas de perturbation [19]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

39

CHAPITRE I

En installant des dispositifs controcirclables comme le transport drsquoeacutenergie en courant

continu (High Voltage Direct Current HVDC) et les dispositifs FACTS (Flexible Alternating

Current Transmission System) Malgreacute le coucirct eacuteleveacute de cette solution mais vu lrsquoeacutevolution

reacutecente des reacuteseaux eacutelectriques et leurs contraintes cette solution est tregraves efficace

Lrsquoune des meacutethodes drsquoameacuteliorer la capaciteacute drsquoun systegraveme eacutelectrique agrave reacutesister contre les

grands incidents est drsquointeacutegrer des dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance (FACTS)

dans le reacuteseau de transport Lrsquoeacutetude lrsquoapport et lrsquoutilisation de ces dispositifs font lrsquoobjet de

ce meacutemoire

Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Compensation

traditionnelles

Les dispositifs FACTS

Compensateurs

synchrones Batteries de

condensateurs

Batteries de

condensateurs

HT et MT

Les inductances

les PSS (Power

System Stabiliser)

1er

geacuteneacuteration

2eme

geacuteneacuteration

3eme

geacuteneacuteratio

n

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

40

CHAPITRE I

I11) Conclusion

Ce chapitre nous a permis drsquoexposer des geacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriques en

mentionnant la structure et la topologie du reacuteseau ensuite on a parleacute sur lrsquointerconnexion entre

les pays du Maghreb et le reacuteseau Algeacuterien

Dans ce chapitre nous avons aussi preacutesenteacute les deacutefinitions et les caracteacuteristiques des

diffeacuterents types de stabiliteacute drsquoun systegraveme de puissance Le concept geacuteneacuteral de la stabiliteacute est

syntheacutetiseacute en trois groupes (stabiliteacute de lrsquoangle de rotor de la tension et de la freacutequence)

Les dispositifs FACTS sont capables de remplir diverses fonctions comme le maintien

de tension le controcircle des flux de puissance et aussi lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau

etc

Dans le chapitre suivant nous allons exposer le concept des FACTS le contexte

algeacuterien concernant ses dispositifs sera aussi abordeacute

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

41

CHAPITRE I

Chapitre 2

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

42

II1) Introduction

Avec le deacuteveloppement technologique et industriel que vie le monde entier la demande

en eacutenergie eacutelectrique est en augmentation continue et sans cesse Pour satisfaire ces besoins et

acheminer cette eacutenergie aux points de consommation disperseacutes sur un large espace

geacuteographique les reacuteseaux eacutelectriques ayant des capaciteacutes de transit limiteacute agrave cause des limites

thermique des lignes doivent seacutelargir et de nouvelles lignes dextension seront ajouteacutees Face

agrave ce problegraveme et devant les contraintes environnementale eacutecologique et eacuteconomique de

reconstructions de nouvelles lignes la compagnie ameacutericaine EPRI (Electric Power Research

Institue) a lanceacute en 1988 un projet drsquoeacutetude des systegravemes FACTS afin de mieux maicirctriser le

transit de puissance dans les lignes eacutelectriques et daugmenter leurs capaciteacutes de transfert Le

concept FACTS regroupe tous les dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance qui

permettent drsquoameacuteliorer lrsquoexploitation du reacuteseau eacutelectrique

Aussi ces reacuteseaux eacutelectriques de taille importantes seront confronteacutes par divers

problegravemes de fonctionnement agrave cause du controcircle traditionnel utilisant des systegravemes de

commande eacutelectromeacutecaniques de temps de reacuteponse lent par rapport agrave ces nouveaux systegravemes

FACTS agrave base dinterrupteurs statiques et de court temps de reacuteponse (moins dune seconde)

Aujourdhui cette technologie FACTS simpose pour les systegravemes eacutenergeacutetiques en

augmentant leurs capaciteacutes de transport en ameacuteliorant le controcircle des paramegravetres de ces

derniers donc leur assurer une flexibiliteacute du transfert de leacutenergie et ameacuteliorer sa stabiliteacute

Le concept FACTS (Flexible AC Transmission System) est neacute pour reacutepondre aux

diffeacuterentes difficulteacutes croissantes de transmission dans les reacuteseaux et surtout la maicirctrise de

transit de puissance (compensateur de puissance reacuteactive variateur de charge universelhellip)

ces dispositifs peuvent ameacuteliorer le comportement dynamique des reacuteseaux eacutelectriques [25]

II2) Le concept FACTS

Les problegravemes des reacuteseaux eacutenonceacutes ci ndashdessus devenant plus preacutesents drsquoanneacutee en

anneacutee EPRI (Electric Power Research Institute) qui repreacutesente un consortium deacutedieacute agrave la

recherche dans les reacuteseaux eacutelectriques et regroupant des compagnies drsquoeacutelectriciteacute ameacutericaines

a lanceacute en 1988 le concept FACTS (Flexible AC Transmission Systems) qui est un projet agrave

long terme La technologie FACTS utilise lrsquoeacutelectronique de puissance et plus particuliegraverement

des systegravemes agrave thyristors qui permettent drsquoobtenir des vitesses de commande nettement

supeacuterieures agrave celles des systegravemes meacutecaniques qui sont encore largement utiliseacutes et un niveau

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

43

de maintenance bien infeacuterieur car les systegravemes meacutecaniques srsquousent beaucoup plus rapidement

que les systegravemes statiques Parmi les systegravemes FACTS on cite [26]

Compensateur synchrone statique (lsquoSTATCOMrsquo Static Synchronous Compensator)

Static Synchronous Series Compensator (SSSC)

Le controcircleur de transit de puissance entre ligne IPFC (Interline Power Flow

Controller)

Face agrave la saturation des reacuteseaux de puissance les compagnies de distribution drsquoeacutenergie

eacutelectrique exploitent de plus en plus leurs reacuteseaux pregraves des limites de seacutecuriteacute (conduite aux

limites) Cette situation engendre des problegravemes drsquoexploitation notamment pour le controcircle

des flux de puissance le maintien drsquoun profil de tension acceptable la surveillance des reports

de chargehellipetc Agrave cet effet lrsquoaspect seacutecuriteacute prend une grande importance et des recherches

sont entreprises dans diffeacuterents pays pour trouver des moyens susceptibles drsquoameacuteliorer la

seacutecuriteacute et rendre lrsquoexploitation des reacuteseaux plus flexible

Ainsi plusieurs eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees pour connaitre les avantages lieacutes agrave lrsquoutilisation

des dispositifs FACTS dans les reacuteseaux pour

le support du profil de la tension

lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute statique et dynamique

lrsquoamortissement des oscillations subsynchrones

Ces avantages deacutecoulent principalement de lrsquoaugmentation des capaciteacutes de transit des

lignes existantes par un controcircle rigoureux des diffeacuterents variables du reacuteseau Pour fixer les

ideacutees nous pouvons prendre un exemple simple

Consideacuterons le transit de puissance sur une ligne agrave courant alternatif Cette ligne est

repreacutesenteacutee sur la figure (II1) les pertes eacutetant supposeacutees nulles la puissance transmise P est

fonction des amplitudes des tensions E1 et E2 aux extreacutemiteacutes de la ligne du deacutephasage 12057512

entre ces deux tensions et de lrsquoimpeacutedance x de la ligne comme le montre lrsquoeacutequation (II1)

1

Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif

x

p

1 2

119916120783

2 119916120784

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

44

119823 = 119812120783119812120784

119831 119852119842119847120517120783120784

Cette eacutequation montre que la puissance transmissible par une ligne est limiteacutee par les

paramegravetres eacutenonceacutes ci-dessus et pas forceacutement par sa limite thermique De plus il deacutecoule de

cette eacutequation que si lrsquoon peut reacutegler un deux ou les trois paramegravetres on controcircle alors le

transit de puissance dans la ligne [26]

Elle montre aussi quil est possible daugmenter la puissance transiteacutee entre deux

reacuteseaux soit en maintenant la tension des systegravemes soit en augmentant langle de transport

entre les deux systegravemes soit en reacuteduisant artificiellement limpeacutedance de la liaison En jouant

sur un ou plusieurs de ses paramegravetres les FACTS permettent un controcircle preacutecis des transits de

puissance reacuteactive une optimisation des transit de puissance active sur les installations

existantes et une ameacutelioration de la stabiliteacute dynamique du reacuteseau Ils permettent aussi aux

consommateurs industriels de reacuteduire les deacuteseacutequilibres de charges et de controcircler les

fluctuations de tensions creacuteeacutees par des variations rapides de la demande de puissance reacuteactive

et ainsi daugmenter les productions de reacuteduire les coucircts et dallonger la dureacutee de vie des

eacutequipements [27]

En effet les FACTS permettent de

ne pas transporter drsquoeacutenergie reacuteactive en la fournissant lagrave ougrave elle est demandeacutee

augmenter les puissances maximales transmissibles et donc les transferts de

puissance active

controcircler les flux de puissance pour la surcharge des lignes et le risque de

deacuteclenchement en cascade [26]

II21) Fonctionnement des FACTS

Un FACTS agit geacuteneacuteralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de

la puissance reacuteactive sur le reacuteseau Ceci a pour effet de modifier lamplitude de la tension agrave

son point de connexion et par conseacutequent la puissance active maximale transmissible

Les FACTS sont utiliseacutes aussi pour le filtrage des courants harmoniques et la

stabilisation de la tension Lordre de grandeur de la puissance dun FACTS va de

quelques MVA (Meacutega Volts Ampegraveres) agrave quelques centaines de MVA Ils sappliquent dans

deux secteurs principaux

(II1)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

45

Grand reacuteseaux de transmission

Pour ameacuteliorer le controcircle augmenter les capaciteacutes de transfert de puissance et assister

la reacutecupeacuteration du reacuteseau conseacutecutive agrave un deacutefaut dans les systegravemes de transmission AC

(Alternative Current)

Reacuteseaux Industriels

Pour ameacuteliorer la qualiteacute de la puissance fournie en un point preacutecis du reacuteseau AC en

preacutesence de fluctuations de charge eg compensation du flicker pour les fours agrave arc Gamme

de puissance infeacuterieure agrave celle dun reacuteseau de transmission

II22) Contexte algeacuterien

Depuis les anneacutees 2000 le deacuteveloppement du reacuteseau de transport drsquoeacutelectriciteacute fait partie

des prioriteacutes de lrsquoAlgeacuterie [26]

Le reacuteseau de transport algeacuterien est en phase drsquoexpansion car il doit reacutepondre agrave la forte

augmentation de la demande en eacutelectriciteacute (+ 5 agrave 7 par an) Les principaux besoins en

eacutelectriciteacute sont domestiques lieacutes

bull agrave lrsquoaccroissement de la population (celle-ci a plus que tripleacute en 50 ans et son

taux de croissance est actuellement estimeacute agrave 12 par an)

bull au changement des habitudes de consommation avec lrsquousage des appareils En

outre dans les anneacutees 90 peu drsquoinvestissements ont eacuteteacute entrepris sur le reacuteseau

eacutelectrique et celui-ci srsquoest deacutegradeacute

Au total depuis 2005 pregraves de 15 000 km de nouvelles lignes HT et THT ont eacuteteacute

reacutealiseacutes ou restent agrave construire

Le deacuteveloppement du reacuteseau de transport concerne agrave la fois le deacuteveloppement des

reacuteseaux hauts tension (60 et 220 000 Volts) et la creacuteation drsquoun reacuteseau agrave tregraves haute tension

(400 000 Volts)

Le deacuteveloppement du reacuteseau 400 000 Volts est mis en œuvre agrave la fois dans lrsquoaxe

bull Est-Ouest (interconnexions internationales avec le Maroc et la Tunisie)

bull Nord-Sud (raccordement des reacuteseaux du Sud jusqursquoalors le point trop isoleacute du reacuteseau

national)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

46

En 2002 un total de trois SVC (static var compensator) a eacuteteacute introduit dans le reacuteseau

national de la Sonelgaz un dispositif agrave la sous station de Naama et deux agrave Beacutechar (figure

II2)

Les trois SVC ont une classe identique -10+40Mvar agrave la tension 220 kV (figure II3) et

lrsquoune des plates- formes de ses trois SVC est montreacutee par la figure (II2) Le reacuteseau est

constitueacute drsquoune ligne de 500km sous une tension de 220kv Un seul circuit aeacuterien de la ligne

de transmission pour lrsquoalimentation de la charge eacuteloigneacutee dans la partie ouest du pays

Des productions locales de diesel et des turbines agrave gaz alimentent les charges locales de

Beacutechar depuis le deacutebut des anneacutees quatre vingt dix et elles ont eacuteteacute fermeacutees pendant lrsquoanneacutee

2002

Deux sous stations 22060 kV une intermeacutediaire (Naama) et une agrave la fin de la ligne

(Beacutechar) ont eacuteteacute eacutequipeacutees avec des SVC (figure II3) pour les objectifs suivants

bull Pour fournir au systegraveme de transmission le support en eacutenergie reacuteactive afin de

maintenir une tension stable pendant le fonctionnement normal et quotidien

bull Pour le rendement dynamique au cours du controcircle de la ligne 220 kV mise sous

tension ainsi pour le maintien drsquoune tension stable dans le systegraveme sous diverses

conditions drsquoexploitation En particulier pour preacutevenir lrsquoeffondrement de tension

(voltage collapse) et lrsquoinstabiliteacute du systegraveme pendant le transitoire et lrsquoeacutevolution

rapide des conditions de tension dans le systegraveme Les charges prisent hors reacuteseau

220 kV sont de lrsquoordre de 12 MVA agrave Naama et 35 MVA agrave Beacutechar

Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar [26]

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

47

II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS

La compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive au niveau des lignes de transmission permet la

reacutegulation du profil de la tension le long de ces lignes avec un bon controcircle de la puissance

active transmise Il est reconnu que la stabiliteacute peut ecirctre ameacutelioreacutee quelque soit son type si la

compensation reacuteactive du systegraveme de transmission varie rapidement Les meacutethodes de

compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive classiques se basent sur les batteries de condensateurs ou

les bobines fixes ou commandeacutees meacutecaniquement Ces meacutethodes sont non efficaces dans le

controcircle du reacuteseau eacutelectrique quand il est seacutevegraverement perturbeacute

Gracircce aux avanceacutees reacutecentes dans la technologie des IGBT et GTO le temps de reacuteaction

de ces dispositifs a diminueacute agrave quelques milli secondes Il est possible donc de reacutepondre agrave la

demande par lrsquoutilisation drsquoune compensation rapide en utilisant les dispositifs FACTS [31]

II3) Les dispositifs FACTS

Selon lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) la deacutefinition du terme

FACTS est la suivante Systegravemes de Transmission en Courant Alternatif comprenant des

dispositifs baseacutes sur leacutelectronique de puissance et dautres dispositifs statique utiliseacutes pour

accroicirctre la controcirclabiliteacute et augmenter la capaciteacute de transfert de puissance du reacuteseau

Avec leurs aptitudes agrave modifier les caracteacuteristiques apparentes des lignes les FACTS

sont capables daccroicirctre la capaciteacute du reacuteseau dans son ensemble en controcirclant les transits de

puissances Les dispositifs FACTS ne remplacent pas la construction de nouvelles lignes Ils

sont un moyen de diffeacuterer les investissements en permettant une utilisation plus efficace du

reacuteseau existant [28]

Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie [26]

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

48

II4) Classification des dispositifs FACTS

II41) Classification selon la geacuteneacuteration

Depuis les premiers compensateurs trois geacuteneacuterations de dispositifs FACTS ont vu le

jour Elles se distinguent par la technologie des semi-conducteurs et des eacuteleacutements de

puissance utiliseacutes

II411) Geacuteneacuteration I

Baseacutee sur les thyristors classiques Ceux-ci sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour enclencher

ou deacuteclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance reacuteactive dans les

transformateurs de reacuteglage

II412) Geacuteneacuteration II

Dite avanceacutee est neacutee avec lavegravenement des semi-conducteurs de puissance commander

agrave la fermeture et agrave louverture comme le thyristor GTO Ces eacuteleacutements sont assembleacutes pour

former les convertisseurs de tension ou de courant afin drsquoabsorber ou dinjecter des courants

(tensions) controcirclables dans le reacuteseau

II413) Geacuteneacuteration III

FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adapteacutee agrave chaque cas

Contrairement aux deux premiegraveres geacuteneacuterations celle-ci nutilisent pas des dispositifs

auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le reacuteseau

II42) Classification selon la cateacutegorie

Les dispositifs FACTS peuvent ecirctre classeacutes en trois cateacutegories figure (II4)

Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie

Dispositifs FACTS

Compensateurs shunt

Compensateurs seacuteries

Compensateurs hybrides

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

49

II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS

Le but de cette section est de donner une description bregraveve et de deacutefinir diffeacuterent shunt

seacuterie et combineacutes seacuterie-shunt dispositifs FACTS nous allons utiliser les termes et les

deacutefinitions drsquoIEEE [26]

a) Dispositifs FACTS Shunt

Compensateur statique de puissance reacuteactive (Static Var Compensator- SVC)

Un geacuteneacuterateur (ou absorbeur) statique drsquoeacutenergie reacuteactive shunt dont la sortie est ajusteacutee

en courant capacitif ou inductif afin de controcircler des paramegravetres speacutecifiques du reacuteseau

eacutelectrique typiquement la tension des nœuds Les sous-ensembles du SVC sont

Inductance Controleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Reactor-

TCR)

Une inductance placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele La valeur de

lrsquoinductance est continuellement changeacutee par lrsquoamorccedilage des thyristors

Condensateur Commuteacute par Thyristors (Thyristor-Switched

Capacitor- TSC)

Un condensateur placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele Les

thyristors fonctionnent en pleine conduction

Inductance Commuteacutee par Thyristors (Thyristor-Switched Reactor-

TSR)

Une inductance commuteacutee par thyristors dans le TSR les thyristors fonctionnent en

pleine conduction

Compensateur Statique Synchrone (Static Synchronous Compensator-

STATCOM)

Un geacuteneacuterateur synchrone fonctionnant comme un compensateur parallegravele de lrsquoeacutenergie

reacuteactive dont le courant capacitif ou inductif geacuteneacutereacute peut ecirctre controcircleacute seacutepareacutement de la

tension du systegraveme agrave courant alternatif

Geacuteneacuterateur Statique Synchrone (Static Synchronous Generator- SSG)

Un convertisseur de puissance statique agrave interrupteurs auto commuteacutes alimenteacute par une

source deacutenergie eacutelectrique approprieacutee et exploiteacute pour produire un ensemble ajustables de

tensions de sortie multi phases qui peut ecirctre coupleacute agrave un systegraveme de puissance alternatif dans

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

50

le but deacutechanger indeacutependamment la puissance controcirclable active et reacuteactive

Toutefois deux dispositifs particuliers peuvent ecirctre mis en eacutevidence

Systegraveme de Stockage par Batterie (Battery Energy Storage System-

BESS)

Un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie drsquoune source de nature chimique la conversion de la

tension de source est capable drsquoajuster rapidement lrsquoeacutenergie amont qui est fournit ou absorber

drsquoun systegraveme alternatif

Systegraveme de Stockage drsquoEacutenergie par Aimant Supraconducteur

(Superconducting Magnetic Energy Storage- SMES)

Un dispositif contenant des convertisseurs eacutelectroniques que rapidement injectent et ou

absorbent la puissance active et ou reacuteactive Le SMES sert principalement au controcircle

dynamique du flux de puissance dans les systegravemes eacutelectriques

Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var Generator

or Absorber- SVG)

Un dispositif eacutelectrique statique un eacutequipement ou un systegraveme qui est capable de tracer

un courant controcircleacute capacitif et ou inductif agrave partir dun systegraveme de puissance eacutelectrique et

ainsi geacuteneacuterer ou absorber la puissance reacuteactive Geacuteneacuteralement consideacutereacute pour consister en

connexion shunt Inductance controcircleacutee par thyristors etou condensateur commuteacute par

thyristors

Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var System- SVS)

Une combinaison de diffeacuterent compensateurs de puissance reacuteactive statiques et

meacutecaniquement commuteacutes dont les sorties sont coordonneacutes

Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Braking

Resistor- TCBR)

Une reacutesistance commuteacutee par thyristors et connecteacutee en parallegravele qui est controcircleacutee pour

aider le systegraveme de puissance agrave se stabiliser ou de minimiser lacceacuteleacuteration des puissances

drsquoune uniteacute geacuteneacuteratrice lors dune perturbation

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

51

b) Dispositifs FACTS seacuteries

La compensation seacuterie peut ecirctre utiliseacutee dans les systegravemes eacutenergeacutetiques pour la

commande du flux drsquoeacutenergie en reacutegime permanent En cas de lignes de transport avec une

capaciteacute thermique suffisante la compensation peut soulager des surcharges eacuteventuelles

sur drsquoautres lignes parallegraveles

Controcircleur de transit de puissance entre lignes (Interline Power Flow Controller-

IPFC)

Une combinaison de deux ou plusieurs compensateurs statiques seacuterie synchrone qui sont

relieacute entre eux via une liaison commune agrave courant continu pour faciliter lrsquoeacutecoulement

bidirectionnel de la puissance active entre les bornes alternatives des SSSC et sont controcircleacutes

pour fournir une compensation reacuteactive indeacutependante pour lrsquoeacutecoulement de puissance ajusteacute

dans chaque ligne et maintenir la distribution de lrsquoeacutecoulement de puissance reacuteactive deacutesireacute

entre les lignes

Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (Thyristor Controlled Series

Capacitor- TCSC)

Un compensateur agrave reacuteactance capacitif qui consiste en une seacuterie de condensateurs en

parallegravele avec des inductances commandeacutees par thyristor afin de pouvoir assurer une variation

homogegravene de la reacuteactance capacitive

Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (Thyristor Switched Series

Capacitor- TSSC)

Compensateur agrave reacuteactance capacitive qui est constitueacute drsquoun banc de capaciteacute seacuterie

shunteacute par une inductance commuteacutee par thyristor pour fournir un controcircle pas agrave pas de la

reacuteactance capacitive seacuterie

Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Series

Reactor- TCSR)

Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute de lrsquoinductance seacuterie shunteacute par

une inductance commandeacutee par thyristor afin de fournir une reacuteactance inductive seacuterie

leacutegegraverement variable

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

52

Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (Thyristor Switched Series Reactor-

TSSR)

Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute drsquoune inductance seacuterie shunteacutee par

une inductance commuteacutee par thyristor afin de fournir un controcircle pas agrave pas de la reacuteactance

inductive seacuterie

Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (Static Synchronous Series

Compensator- SSSC)

Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par

lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur Le SSSC agit sur le courant de ligne en inseacuterant une

tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou inductive Un

SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une ligne voire drsquoen

inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun condensateur ou

drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait que la tension

injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC preacutesente lrsquoavantage

de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante indeacutependamment du courant

c) Dispositifs FACTS hybrides (seacuterie ndashparallegravele)

Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (Unified Power Flow Controller- UPFC)

Une combinaison entre un STATCOM et un SSSC coupleacutes via une liaison agrave courant

continu pour permettre un eacutecoulement bidirectionnel de la puissance active entre la sortie du

SSSC et celle du STATCOM

Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Phase

Shifting Transformer- TCPST)

Transformateur deacutephaseur ajusteacute par un thyristor afin de fournir un angle de phase

rapidement variable Ce dispositif est eacutegalement appeleacute reacutegulateur drsquoangle de phase

commandeacute par thyristor (TCPAR -Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)

Reacutegulateur de puissance interphases (Interphase Power Controller- IPC)

Un controcircleur de la puissance active et reacuteactive connecteacute en seacuterie et comprenant dans

chaque phase des branches inductives et capacitives soumises agrave des tensions deacutephaseacutees

seacutepareacutement Les puissances active et reacuteactive peuvent ecirctre reacutegleacute indeacutependamment en ajustant

les deacutecalages de phase et ou les impeacutedances de branche agrave laide des commutateurs

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

53

meacutecaniques ou eacutelectroniques Dans le cas particulier ougrave lrsquoimpeacutedance inductive et capacitive

forment une paire conjugueacutee chaque terminal de lIPFC est une source passive de courant

deacutependant de la tension agrave lautre borne

d) Autres dispositifs FACTS

Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled voltage

Limiter- TCVL)

Une varistance agrave oxyde meacutetallique commuteacutee par thyristor utiliseacutee pour limiter la

tension agrave ses bornes durant les conditions transitoires

Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Voltage

Regulator- TCVR)

Un Transformateur commandeacute par thyristor qui peut fournir une tension variable dans

une phase avec un control continu

La figure (II5) preacutesente les diffeacuterents dispositifs qui peuvent controcircler certains variables

du systegraveme eacutelectrique

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

54

Dans la section qui suit nous allons deacutevelopper la preacutesentation du STATCOM et du

SSSC Il srsquoagit des dispositifs FACTS qui nous inteacuteresse particuliegraverement dans cette eacutetude et

que nous devons traiter pour une meilleure compreacutehension de la suite de ce meacutemoire

II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors

a) Dispositifs FACTS Shunt

Compensateur synchrone statique(STATCOM)

Un compensateur synchrone statique est constitueacute drsquoun convertisseur agrave source de

tension drsquoun transformateur de couplage et de la commande Dans cette application la source

drsquoeacutenergie agrave courant continue peut ecirctre remplaceacutee par un condensateur agrave courant

FACTS

Shunt

Thyristors GTO

Series

Thyristors GTO

Hybrides

Serie-Shunt

Autres FACTS

TCSC

TSSSC

GCSC

TCSR

IPFC

TSSR

SSSC

STATCOM

SSG

BESS

SMES SVC

TCR

TSC

TCBR

SVS

TSR

UPFC

TCPST

IPC

TCVR

TCPAR

TCPSR

TCVL

Figure II5 Classification des dispositifs FACTS

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

55

continue de sorte que lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie en reacutegime permanent entre le compensateur

statique et le systegraveme ca peut ecirctre uniquement reacuteactif comme illustreacute par la figure (II6)

119868119902 (est le courant de sortie du convertisseur) perpendiculaire agrave la tension du convertisseur

119881119894 (Lrsquoamplitude de la tension du convertisseur) et donc la sortie reacuteactive du convertisseur

sont reacuteglables [27]

Le convertisseur STATCOM

Produit les ondes rectangulaires de tension triphaseacutee eacutequilibreacutee Un compensateur

statique pouvant geacuteneacuterer ou absorber une puissance reacuteactive Il sagit du STATCOM

(Compensateur Statique) qui a connu jusqursquoagrave preacutesent sous diffeacuterents appellations

1 ASVC (Advanced Static Var Compensator)

2 STATCON (Static Condenser)

3 SVG (Static Var Generator)

4 SVC light (ABB)

5 SVC plus (SIEMENS)

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

nrsquoest que dans les anneacutees 90 que ce type de compensateur a connu un essor important gracircce

aux deacuteveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [27]

Le STATCOM possegravede plusieurs avantages par rapport aux compensateurs

conventionnels

La vitesse de reacuteaction la reacuteponse en moins drsquoun cycle agrave des variations de la

tension

Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

56

Lorsque la tension est basse il peut produire plus de puissance reacuteactive

notamment au moment ougrave lrsquoon a besoin drsquoune puissance reacuteactive consideacuterable

pour empecirccher la chute tension

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

utiliser pour reacutesoudre ce problegraveme des compensateurs multi-niveaux agrave commande MLI ou

encore installer des filtres

Le rocircle du STATCOM est drsquoeacutechanger de lrsquoeacutenergie reacuteactive avec le reacuteseau Pour ce

faire lrsquoonduleur est coupleacute au reacuteseau par lrsquointermeacutediaire drsquoune inductance qui est en geacuteneacuteral

lrsquoinductance de fuite du transformateur de couplage

Lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie reacuteactive se fait par le controcircle de la tension de sortie de

lrsquoonduleur 119881119904ℎ dont laquelle est en phase avec la tension du reacuteseau (Figure II7) Le

fonctionnement peut ecirctre deacutecrit de la faccedilon suivante

Si la tension 119881119904ℎ est infeacuterieure agrave la tension V le courant circulant dans lrsquoinductance est

deacutephaseacute de-π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant inductif (figure

II7a)

Si la tension119881119904ℎ est supeacuterieur agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est deacutephaseacute

de +π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant capacitif (figure II7b)

Si la tension 119881119904ℎ est eacutegale agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est nul et par

conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutechange drsquoeacutenergie

Lrsquoavantage de ce dispositif est de pouvoir eacutechanger de lrsquoeacutenergie de nature inductive ou

capacitive uniquement agrave lrsquoaide drsquoune inductance Contrairement au SVC il nrsquoy a pas

drsquoeacuteleacutement capacitif qui puisse provoquer des reacutesonances avec des eacuteleacutements inductifs du

119881119904ℎ

119881119904ℎ

119868119904ℎ V

V

a) Courant inductif b) Courant capacitif

Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM

119868119904ℎ

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

57

reacuteseau La caracteacuteristique statique de ce convertisseur est donneacutee par la figure (II8) Ce

dispositif a lrsquoavantage contrairement au SVC de pouvoir fournir un courant constant

important mecircme lorsque la tension V diminue

Le STATCOM permet le mecircme controcircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce

dispositif est capable de deacutelivrer la puissance reacuteactive mecircme si la tension au jeu de barres

(nœud de connexion) est tregraves faible dapregraves sa caracteacuteristique on constate que le courant

maximal du STATCOM est indeacutependant de la tension du nœud

Pour un STATCOM ideacuteal nayant pas des pertes actives leacutequation (II2) deacutecrit le

transfert de puissance reacuteactive dans le reacuteseau eacutelectrique [5]

119876119904ℎ =|⋁ 2

119896 |

Xshminus

|Vk||Vsh|

Xshcos( 120579119896 minus 120579119904ℎ) =

|⋁ 2119896 |minus

Xsh

|Vk||Vsh|

Xsh

Si |119881119896| gt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne positive et le STATCOM absorbe la puissance reacuteactive

Si |119881119896| lt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne neacutegative et le STATCOM fournie la puissance reacuteactive

Deacutepassement

transitoire en

fonctionnement

Deacutepassement

transitoire en

fonctionnement

Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM

119868119904ℎ

119868119898119886119909 119868119898119894119899

Capacitif Inductif

V

(II2)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

58

b) Dispositifs FACTS Seacuteries

Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC)

Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par

lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur (figure II9) Le SSSC agit sur le courant de ligne en

inseacuterant une tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou

inductive Un SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une

ligne voire drsquoen inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun

condensateur ou drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait

que la tension injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC

preacutesente lrsquoavantage de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante

indeacutependamment du courant [26]

Ce type de compensateur seacuterie (Compensateur Synchrone Statique Seacuterie) est le plus

important dispositif de cette famille Il est constitueacute drsquoun onduleur triphaseacute coupleacute en seacuterie

avec la ligne eacutelectrique agrave laide dun transformateur Ce dispositif possegravede des avantages si

lrsquoon compare avec le TCSC

Elimination des composants passifs (inductance et capaciteacutes)

Une aptitude symeacutetrique dans les deux modes (inductif et capacitif)

Son rocircle est drsquointroduire une tension triphaseacutee agrave la freacutequence du reacuteseau en seacuterie avec la

ligne de transport

Figure II9 Scheacutema de base du SSSC

Transformateur

seacuterie

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

59

Nous pouvons dans ce cas reacutegler continuellement la valeur apparente de la capaciteacute ou

de lrsquoinductance ainsi introduite dans la ligne Lrsquoavantage de ce dispositif est de ne pas

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

Cela eacutevite lapparition des oscillations dues agrave la reacutesonance avec les eacuteleacutements inductifs du

reacuteseau La caracteacuteristique statique drsquoun Compensateur Synchrone Statique Seacuterie est preacutesenteacutee

par la figure (II10)

Si lon utilise un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie le SSSC peut agrave ce moment lagrave eacutechanger

de la puissance active avec la ligne eacutelectrique Ceci peut contribuer agrave ameacuteliorer la stabiliteacute du

reacuteseau Dans ce cas la tension 119881119887 nrsquoest pas obligatoirement en quadrature avec le courant de

ligne

Principe de fonctionnement de SSSC

Le SSSC injecte en seacuterie une tension alternative avec une amplitude et un angle de

phase reacuteglable dans la ligne de transport agrave lrsquoaide drsquoun transformateur seacuterie Le SSSC peut

produire ougrave absorber de la puissance reacuteactive suivant la commande de convertisseur statique

il permet drsquoassurer une compensation shunt indeacutependante agrave la ligne de transport Il fourni ou

absorbe la puissance reacuteactive neacutecessaire localement et produit de la puissance active comme

reacutesultat de lrsquoinjection en seacuterie drsquoune tension [21]

Le principe de fonctionnement peut ecirctre expliqueacute par la figure (II11)

Figure II10 Caracteacuteristique statiques du SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

60

Le SSSC deacutelivre une tension triphaseacutee 119881119904119890 agrave la freacutequence du reacuteseau en quadrature (

90 ) avec le courant de la ligne et controcirclable afin daugmenter ou diminuer la tension agrave

travers la ligne repreacutesenteacutee par sa reacuteactance 119883119897 selon le mode de compensation capacitif ou

inductif respectivement (figure II12) mais comme la reacuteactance de la ligne ne varie pas

reacuteellement cest le courant dans la ligne qui sera affecter par cette variation et par

conseacutequence les puissances correspondante

Ideacutealement la tension 119881119904119890 est agrave 90 du courant de la ligne ce qui fait quaucun eacutechange

de la puissance active nrsquoest entre le reacuteseau et le SSSC Pratiquement il y a toujours une petite

composante de cette tension 119881119904119890 en phase avec le courant 119868119897 qui geacutenegravere une petite quantiteacute de

la puissance active pour couvrir les pertes dans le convertisseur

On peut expliquer les diffeacuterents modes de compensation capacitive et inductive en ce

reacutefeacuterant aux diagrammes vectoriels de la figure (II13) qui suit en admettant le scheacutema

eacutequivalent dun SSSC installeacute dans un reacuteseau eacutelectrique simple repreacutesenteacute sur la figure (II12)

Figure II11 Principe de fonctionnement de SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

61

bull

Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du

reacuteseau

Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du

reacuteseau (eacutetat deacutequilibre) la tension au borne de la reacuteactance effective 119881119909119890119891119891

est eacutegale agrave la tension aux bornes de la ligne de transport sans compensation

la ougrave le degreacute de compensation K est nul K = 119881119902

119881119894 x 100 avec 119883119902 =

119881119902

119868119894

Dans le mode de compensation inductif le courant de la ligne 119868119897 diminue en

augmentant le degreacute de compensation K de 0 agrave 100 Du diagramme (b)

on voit que pour maintenir 119881119904 119881119903 et constants la variation dans

lamplitude de 119881119904119890 se reacutepercute directement sur la tension 119881119897 et chaque

Figure II12 Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple

Figure II13 Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

62

augmentation dans 119881119904119890 entraicircne une diminution dans 119881119897 et par conseacutequence

dans le courant 119868119897

En mode capacitif le courant dans la ligne augmente avec laugmentation du

niveau de compensation la tension 119881119904119890 injecteacutee en anti-phase avec la tension

119881119897 (- 90deg en arriegravere du courant 119868119897 ) force la tension 119881119897 agrave augmenter pour

garder langle de charge constant ainsi que les tensions aux extreacutemiteacutes de la

ligne (figure II12c) [37]

II6) Coucirct des dispositifs FACTS [29]

Mis agrave part les avantages techniques apporteacutes par les FACTS drsquoautres critegraveres lieacutes au

coucirct doivent ecirctres pris en consideacuteration dans la deacutecision drsquoinstaller un dispositif Sur le plan

eacuteconomique le critegravere geacuteneacuteralement adopteacute dans lrsquoeacutevaluation des beacuteneacutefices obtenus par un

FACTS est que lrsquoaccroissement des revenues doit exceacuteder les coucircts drsquoexploitations de

maintenance et drsquoamortissement de lrsquoinstallation

Le coucirct drsquoune installation FACTS deacutepend principalement des facteurs tels que

Les performances requises

La puissance de lrsquoinstallation

Le niveau de tension du systegraveme

La technologie du semi-conducteur utiliseacute

Controcircleurs FACTS Coucirct (US$)

Condensateur Shunt 8$Kvar

Condensateur Seacuterie 20$ Kvar

SVC 40$Kvar

TCSC 40$Kvar

STATCOM 50$Kvar

UPFC Partie Seacuterie 50$Kvar

UPFC Partie Shunt 50$Kvar

Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

63

II7) Synthegravese des dispositifs FACTS

Les diffeacuterents dispositifs FACTS preacutesenteacutes dans ce chapitre possegravedent tous leurs propres

caracteacuteristiques tant en reacutegime permanent quen reacutegime transitoire Chaque type de dispositif

sera donc utiliseacute pour reacutepondre agrave des objectifs bien deacutefinis Des consideacuterations eacuteconomiques

entreront eacutegalement dans le choix du type dinstallation agrave utiliser Le tableau (II2) syntheacutetise

les principaux beacuteneacutefices techniques des nouvelles technologies de FACTS Le nombre +

est proportionnel agrave lefficaciteacute du dispositif

II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie

des dispositifs FACTS [29]

A Les avantages des dispositifs FACTS

Controcircle le transit de la puissance active

Augmente la seacutecuriteacute des systegravemes eacutenergeacutetiques (augmentation de la limite de la

stabiliteacute transitoire amortissement des oscillations hellip)

Reacuteduit le transit de lrsquoeacutenergie reacuteactive

Optimise les puissances geacuteneacutereacutees donc reacuteduit le coucirct de production de lrsquoeacutenergie

Agir comme filtre actif

Ameacutelioreacutee lrsquointerconnexion et lrsquoeacutechange eacutenergeacutetique

Dispositif

Controcircle du

transit de

puissance

Controcircle

de la

tension

Stabiliteacute

transitoire

Stabiliteacute

statique

STATCOM + +++ ++ ++

SSSC ++ + +++ ++

IPFC +++ ++ +++ ++

Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS [14]

+ Petite ++ Moyenne +++Forte

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

64

B Les inconveacutenients

Lrsquointroduction des harmoniques du reacuteseau eacutelectrique ce qui le rend pollueacute cest-agrave- dire le

signal sera tendu et non sinusoiumldale Il rend le reacuteseau vulneacuterable agrave la surtension ducirce aux

commutations reacutepeacutetitives

C Les contraintes des dispositifs FACTS

Les dispositifs FACTS sont consideacutereacutes comme des solutions pour aider les systegravemes

eacutelectriques mais ils preacutesentent des inconveacutenients en plus qursquoils ne sont pas une solution

universelle ils existent plusieurs contraintes pour que ces dispositifs soient efficaces et

rentables [30]

o Le choix du FACTS

o Le choix du modegravele du FACTS

o Choix de la localisation des FACTS

o Protection pour les FACTS et pour le reacuteseau

o Interactions entre les dispositifs FACTS et les autres eacuteleacutements

Nous avons deacutecideacute pour la suite de notre travail de ne pas eacutetudier lrsquoimpact de chaque

cateacutegorie des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique Notre choix srsquoest porteacute sur lrsquoeacutetude du

Compensateur Statique Synchrone (STATCOM) et du Conpensateur statique seacuterie

synchrone (SSSC)Il nous a sembleacute raisonnable drsquoessayer drsquoanalyser lrsquoimpact de la

compensation shunt et de la compensation seacuterie de faccedilon seacutepareacutee avant de regrouper lrsquoeacutetude

de ces concepts FACTS agrave lrsquoaide de la compensation hybride

II9) Conclusion

Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre en premier lieu le concept FACTS ainsi nous

avons donneacute une bregraveve description et des deacutefinitions des divers types de dispositifs FACTS

Cette description est adopteacutee comme classification universelle des systegravemes FACTS La

plupart dentre eux sont deacutejagrave en service dans la pratique Si aujourdhui les FACTS sont encore

peu utiliseacutes par rapport agrave leur potentiel les eacutevolutions techniques de leacutelectronique de

puissance vont rendre les solutions FACTS de plus en plus compeacutetitives face aux

renforcements des reacuteseaux le contexte algeacuterien a eacuteteacute abordeacute ainsi que la conception et le

fonctionnement des 2 dispositifs retenus pour cette eacutetude

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

65

Nous avons choisi deacutetudier le STATCOM et le SSSC comme dispositifs FACTS pour

controcircler et ameacuteliorer la tension et la puissance reacuteactive Le chapitre suivant (chapitre III) sera

deacutedieacute agrave la modeacutelisation des systegravemes FACTS

66

Chapitre 3

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

67

Dans le but drsquoeacutetudier lrsquoimpact des FACTS sur lrsquoameacutelioration de tension des reacuteseaux

eacutelectriques des modegraveles approprieacutes sont neacutecessaires agrave deacutevelopper Nous tenons agrave mentionner

que plusieurs logiciels incorporent ces modegraveles Dans ce chapitre nous allons preacutesenter les

modegraveles matheacutematiques du STATCOM et du SSSC retenus au chapitre II

III1) Introduction

Pour pouvoir observer limpact des dispositifs FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique il est

neacutecessaire de les repreacutesenter par des modegraveles Ceux-ci sont ensuite inteacutegreacutes dans des

programmes de calcul permettant de simuler leurs effets sur lensemble du systegraveme

Plusieurs modegraveles de FACTS ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes tant pour des reacutegimes de

fonctionnement stationnaire que dynamique Certains modegraveles sont speacutecifiques agrave un type de

dispositif alors que dautres plus geacuteneacuteraux sont utiliseacutes pour repreacutesenter plusieurs FACTS

Dans le cadre de ce meacutemoire et plus preacuteciseacutement le chapitre quatre cest lrsquoimpact des

dispositifs FACTS sur le reacuteseau de transport qui est eacutetudieacute Dans ce contexte nous nous

restreignons agrave leacutetude de lrsquoeffondrement de tension et plus particuliegraverement aux effets des

FACTS sur la stabiliteacute des tensions

La modeacutelisation des FACTS est effectueacutee sur la base des eacuteleacutements utiliseacutes dans les

calculs de lrsquoeacutecoulement de puissance Ce sont plus particuliegraverement les geacuteneacuterateurs les

charges les eacuteleacutements shunt ainsi que les lignes et les transformateurs

III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS [26]

III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs

Les geacuteneacuterateurs sont des eacuteleacutements qui permettent la conversion de leacutenergie (meacutecanique

photonique chimique) vers une forme eacutelectrique Ils peuvent fournir ou consommer de

leacutenergie active ou reacuteactive et ils peuvent maintenir un niveau de tension deacutesireacutee

Un geacuteneacuterateur peut ecirctre consideacutereacute comme une source de puissance active et reacuteactive qui

peut maintenir une tension de consigne Agrave cause de facteurs comme la limite thermique du

rotor celle du stator et la limite de stabiliteacute au reacutegime permanent le fonctionnement dun

geacuteneacuterateur est limiteacute en puissance active ainsi quen puissance reacuteactive Ainsi un geacuteneacuterateur

peut ecirctre modeacuteliseacute dans le calcul drsquoeacutecoulement de puissance par le scheacutema de la figure (III1)

Dans lrsquoanalyse de lrsquoeacutecoulement de puissance les geacuteneacuterateurs sont modeacuteliseacutes comme des

injecteurs de courants La puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur est reacutegleacutee agrave travers le

controcircle de la turbine qui doit ecirctre dans les limites de la capaciteacute du systegraveme turbine

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

68

geacuteneacuterateur La tension est lieacutee principalement agrave lrsquoinjection de la puissance reacuteactive au jeu de

barres de production et comme le geacuteneacuterateur doit fonctionner dans les limites de sa courbe de

capaciteacute reacuteactive il nrsquoest pas possible de reacutegler la tension en dehors de certaines limites

admissibles

Avec

Si Puissance apparente complexe

PGi Puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i

QGi Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i

V i Tension complexe au nœud i

δi Deacutephasage de la tension au nœud i

Les limites de production des geacuteneacuterateurs sont deacutefinies par

PGimin le PGi le PGimax

QGimin le QGi le QGimax

Dans les calculs de transit de puissance la puissance PGi est prise constante et la

tension V i peut ecirctre maintenue en module agrave une valeur consigne constante La phase δi et la

puissance reacuteactive quand agrave elles deacutependent de leacutetat du reacuteseau Lorsque QGi deacutepasse une de ces

limites sa valeur est fixeacutee agrave cette valeur limite et la tension ne peut plus ecirctre controcircleacutee Le

nœud nest plus consideacutereacute comme geacuteneacuterateur mais comme une charge

120575119894

119878119894 i 119881 119894

119875119866119894 119876119866119894

119876119866119894

Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur

(III1)

(III2)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

69

III22) Modegraveles des charges [26]

Les charges repreacutesentent les consommateurs connecteacutes au reacuteseau (figure III2) Elles

correspondent agrave des injections neacutegatives aux nœuds Les charges sont modeacuteliseacutees par des

puissances constantes indeacutependantes de la tension nodale

SLi = PLi + j QLi

Ougrave

SLi La puissance complexe de la charge

PLi La puissance active

QLi La puissance reacuteactive

La puissance reacuteactive QLi peut ecirctre positive ou neacutegative selon que la charge est de nature

inductive ou capacitive respectivement

III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt [26]

Dans la plupart des cas les eacuteleacutements shunt sont des dispositifs destineacutes agrave la

compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive et la tenue de la tension chaque eacuteleacutement connecteacute au

reacuteseau sera modeacuteliseacute par des admittances 1199101198940 de la forme

1199101198940 = 1198921198940 + 1198951198871198940

Le symbole geacuteneacuteral repreacutesentant un eacuteleacutement shunt est donneacute agrave la figure III3a La

susceptance 1198871198940 peut ecirctre inductive ou capacitive Dans le premier cas leacuteleacutement consomme de

la puissance reacuteactive (fig III3b) alors quil en fournit au systegraveme dans le second (fig III3c)

Les modegraveles des dispositifs FACTS preacutesenteacute dans la section suivante sont baseacutes sur une

(III3)

Figure III2 Modegravele des charges

PLi QLi

i

(III4)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

70

simple modification des eacuteleacutements approprieacutes de 119884

III24) Modegraveles de la ligne [26]

Les lignes sont deacutefinies par leur scheacutema en 120587 (figure III4) qui caracteacuterise en geacuteneacuteral les

lignes moyennes dont les paramegravetres sont la reacutesistance r la reacuteactance 119909 = 119871 ω et la

susceptance b =119862120596 Dans le cas des lignes longues on peut toujours se ramener agrave un scheacutema

eacutequivalent en 120587 Les lignes de transport sont modeacuteliseacutees par leur scheacutema en 120587 classique dans

lequel la conductance transversale est neacutegligeacutee

La matrice dadmittance nodale dune ligne reliant un nœud i agrave un nœud k est donneacute par

lrsquoeacutequation (III5)

Y = (

yik+

yik0

2

minusyik

minusyik yik + yik0

2

)

Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt a) symbole b) eacuteleacutement

inductif c) eacuteleacutement capacitif

c) eacuteleacutement capacitif

(III5)

i 119909119894119896 119903119894119896 k

119887119894119896119900

2

119887119894119896119900

2

Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

71

Ougrave ladmittance longitudinale yik vaut

yik = 1

rik + j 120013ik

Avec

rik Reacutesistance longitudinale de la ligne

120013ik Reacuteactance longitudinale de la ligne

Ladmittance transversale correspondant aux effets capacitifs seacutecrit

yik0 = j119887ik0

Avec

119887ik0 Sousceptance transversale de la ligne

III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques [32]

Chaque nœud est caracteacuteriseacute par quatre variables Pi Qi Vi θi Si on connaicirct deux des

quatre variables nous permettent de deacuteterminer les deux autres agrave partir des eacutequations

principales de leacutecoulement de puissance En pratique le problegraveme se pose autrement Pour

cela il faut classifier les nœuds du systegraveme comme suit (Tableau III1)

Nœud de charge (P-Q) Pour ce type de nœuds on associe geacuteneacuteralement les charges

Ces derniegraveres sont caracteacuteriseacutees par la consommation des puissances active et reacuteactive

On peut aussi associer des geacuteneacuterateurs avec des puissances active et reacuteactive fixeacutees

Les variables agrave deacuteterminer sont le module et la phase de la tension

Nœud geacuteneacuterateur (P-V) Pour ce type de nœuds on associe les centrales de

production On speacutecifie la puissance active et le module de la tension Les variables agrave

deacuteterminer sont la phase de la tension et la puissance reacuteactive

Nœud bilan (slack bus) Pour ce type de nœud on associe la centrale de production la

plus puissante Dans un nœud k (nœud de reacutefeacuterence ou slack bus) on speacutecifie la phase

et le module de la tension Les valeurs agrave deacuteterminer sont les puissances actives et

reacuteactives

(III6)

(III7)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

72

III26) Modegraveles du transformateur

Les transformateurs sont repreacutesenteacutes par leur impeacutedance connecteacutee en seacuterie avec un

transformateur ideacuteal (figure III5) Le rapport de transformation est reacuteel pour un

transformateur classique alors quil est complexe dans le cas dun transformateur deacutephaseur

De maniegravere geacuteneacuterale le rapport de transformation complexe μik

est deacutefini par

μik

=Ui

Um

avec

Ui Tension complexe au nœud i

Um Tension complexe au nœud m

III27) Modegraveles de la machine synchrone

Nœuds Puissances actives Puissances reacuteactives Module de Tension Lrsquoangle de phase

Nœud (PQ) Connue Connue Inconnue Inconnue

Nœud (PV) Connue Inconnue Connue Inconnue

Nœud (slack

bus)

Inconnue Inconnue Connue Connue

Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme

(III8)

Si i

Ii Im

Um

119898

119903119894119896 Ik

Uk

119909119894119896

Ui μik 1

119896

Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

73

(III10)

La fem de la machine synchrone est donneacutee par la relation suivante

Ersquo = 119881119904+119903119886119868119904+j119883119889119868119904

Ersquo fem transitoire de la machine synchrone

119881119904 Tension aux bornes de la machine

119868119904 courant de la machine

119903119886 Reacutesistance statorique de la machine

119883119889 Reacuteactance transitoire de la machine

La repreacutesentation de la machine synchrone utiliseacutee pour la solution du reacuteseau et le diagramme

de phase sont scheacutematiseacutes dans la figure suivante

Les composantes de la tension 119881119904 aux bornes de la machine suivant les axes d-q sont

119881119889 = 119864prime119889 minus 119903119868119889 minus 119883prime

119902 119868prime119902

119881119902 = 119864prime119902 minus 119903119868119902 + 119883prime119889 119868prime119889

III28) Modeacutelisation du STATCOM

(III9)

Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone

(III11)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

74

(III12)

(III13)

Le STATCOM appartient agrave la deuxiegraveme geacuteneacuteration des dispositifs FACTS Selon

lIEEE Le STATCOM est un moyen de compensation dynamique connecteacute en parallegravele au

systegraveme eacutelectrique il est baseacute sur lrsquoinjection drsquoun courant AC controcircleacute agrave travers un

transformateur de couplage La structure de base drsquoun STATCOM ayant le scheacutema qui est

montreacute par la figure (III7) [33]

En geacuteneacuteral la tension du STATCOM 119881119904ℎest injecteacutee en phase avec la tension 119881119903 de la

ligne et dans ce cas il n y a pas deacutechange de leacutenergie active avec le reacuteseau mais seulement la

puissance reacuteactive qui sera injecteacutee (ou absorbeacutee) par le STATCOM Le STATCOM a le

mecircme rocircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce dispositif capable de deacutelivrer la

puissance reacuteactive mecircme si la tension de jeu de barre de connexion est faible Avec

lhypothegravese dun STATCOM ideacuteal (convertisseur sans pertes) la contrainte de fonctionnement

que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas eacutechanger la puissance active avec le reacuteseau

La tension du STATCOM est donneacute par

119864119904ℎ = 119881119904ℎ(119888119900119904120575119904ℎ + 119895119904119894119899120575119904ℎ)

Le courant injecteacutee par le STATCOM est donneacute par

119868119904ℎ =119881119904ℎ minus 119881119894

119895119883119894

Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

75

(III14)

(III15)

(III16)

(III17)

La puissance de transmission entre les deux systegravemes peut ecirctre repreacutesenteacutee par

La puissance active transmis

119875 = 119881119894119881119904ℎ

119883 119904119894119899(120575119894minus120575119904ℎ)

La puissance reacuteactive transmis

119876 =119881119894

2

119883minus

119881119894119881119904ℎ

119883 cos (120575119894120575119904ℎ)

Ougrave 119881119894119881119904ℎ est la tension aux nœuds (120575119894120575119904ℎ) lrsquoangle entre la tension et X impeacutedance de la

ligne Apregraves lrsquoexeacutecution de quelques opeacuterations complexes les eacutequations de puissance active

et reacuteactive sont obtenues comme suit

119875119904ℎ = 1198811198942119892119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ) + 119887119904ℎ119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ))

119876119904ℎ = minus1198811198942119887119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ) minus 119887119904ℎ119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ))

Avec 119892119904ℎ + 119895119887119904ℎ = 1119885119904ℎ

frasl

119892119904ℎ Conductance eacutequivalente du STATCOM

119887119904ℎ Susceptance eacutequivalente du STATCOM

119885119904ℎ Impedance eacutequivalente du STATCOM

III29) Modeacutelisation du SSSC

Le SSSC peut acqueacuterir un eacuteleacutement de stockage drsquoeacutenergie pour une compensation de la

puissance active momentaneacutement qui reacutesulte dans un maintien efficace de la stabiliteacute du

reacuteseau eacutelectrique Un SSSC est donc modeacuteliseacute comme une source de tension en seacuterie la figure

(III8) montre un SSSC inseacutereacute dans un reacuteseau agrave deux machines et son diagramme vectoriel des

tensions [33]

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

76

(III18)

(III19)

(III20)

(III21)

(III22)

(III23)

A partir du diagramme vectoriel on peut voir que la tension injecteacutee en seacuterie controcircle

directement la tension agrave travers lrsquoinductance X de la ligne qui en la augmentant reacutesulte en

une augmentation dans la valeur du courant et par conseacutequence une augmentation dans la

puissance transmissible agrave travers la ligne Ce fonctionnement est similaire agrave une compensation

seacuterie par un condensateur Si on eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant

de la ligne on obtient le mecircme reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un

condensateur

119880= -j119883119862 119868

Avec 119883119862 qui repreacutesente la reacuteactance capacitive du condensateur Mais comme le SSSC

est une source de tension il peut alors maintenir une tension constante puisque il controcircle

indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC peut augmenter ou diminuer le

flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant la tension injecteacutee en seacuterie agrave la

ligne Comme le SSSC est une source reacuteactive la tension geacuteneacutereacutee est perpendiculaire au

courant de la ligne ce courant est

119868 =1198801minus119880119902minus1198802

119895119883

119920 =120783

119947119935(( 119880120783 minus 119880120784) minus 119880119954

(119880120783minus119880120784)

|119880120783minus119880120784|)

119920 =119947(119880120783minus119880120784)

119935(120783 minus

119880119954

|119880120783minus119880120784|)

Cette eacutequation montre qursquoagrave lrsquoabsence du SSSC la chute de tension agrave travers X

est ( 1198801

minus 1198802

) Si on prend 1198802 Comme reacutefeacuterence du SSSC

1198802

= U2

et

Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

77

(III24)

(III25)

1198801=1198801(119888119900119904120575 + 119895119904119894119899120575)

Si on prend par consideacuteration que

|119880120783

minus 119880120784

| = radic119880120783120784 + 119932120784

120784 minus 120784119932120783119932120784119940119952119956120633

Ce qui nous donne la puissance agrave travers la ligne

P = 11988011198802119904119894119899120575

119883(1 minus

119880119902

radic11988012+1198802

2minus211988011198802119888119900119904120575

)

Par conseacutequent la puissance transmise P est une fonction de la tension injecteacutee La

puissance transmise en fonction de lrsquoangle δ

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

78

III3) Conclusion

Dans ce chapitre nous avons modeacuteliseacute les diffeacuterents composants du reacuteseau eacutelectrique agrave

savoir les lignes de transport les transformateurs et les charge les machines

synchroneshellipetc

Des modegraveles simplifieacutes de deux diffeacuterents types de FACTS agrave savoir le STATCOM et le

SSSC baseacute sur la modification de la matrice admittance 119884 et suitable pour lrsquoeacutetude du controcircle

du power flow et la reacutegulation de la tension ont eacuteteacute deacutemontreacutees dans ce chapitre Les deux

modegraveles ont eacuteteacute observeacutes dans la litteacuterature Agrave cet effet une bregraveve preacutesentation des approches

existantes agrave des modegraveles de ces deux dispositifs FACTS ont eacuteteacute fournis Les modegraveles

seacutelectionneacutes sont faciles agrave impleacutementer dans les logiciels du power flow comme le PSAT Au

chapitre suivant crsquoest lrsquoimpact du STATCOM et du SSSC sur lrsquoeffondrement de tension qui

sera analyseacute

79

Chapitre 4

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

80

IV1) Introduction

Le transfert de puissance au travers drsquoun reacuteseau eacutelectrique srsquoaccompagne de chutes de

tension entre les points de production et ceux de consommation Dans des conditions

normales de fonctionnement ces chutes de tension sont de lrsquoordre de quelque pour cents de la

tension nominale Une des preacuteoccupations des planificateurs et des exploitants est de srsquoassurer

que les tensions aux diffeacuterents jeux de barres du reacuteseau demeurent malgreacute tout dans des

limites prescrites speacutecialement dans des conditions de forte charge etou suite agrave des incidents

plausibles Dans certaines circonstances cependant dans les secondes ou dans les minutes qui

suivent lrsquoapparition drsquoune perturbation les tensions peuvent deacutecroitre de maniegravere

catastrophique agrave tel point que la puissance ne peut plus ecirctre achemineacutee correctement aux

consommateurs et que lrsquointeacutegriteacute du systegraveme peut ecirctre mise en danger

Le meacutecanisme qui sous-tend cet affaissement des tensions est lrsquoinstabiliteacute de tension et

la catastrophe qui en reacutesulte est lrsquoeffondrement de tension [34]

En termes simples lrsquoinstabiliteacute de la tension provient drsquoun comportement des charges

qui tend agrave ramener la consommation de puissance de celles-ci au-delagrave de ce que peuvent

fournir ensemble le reacuteseau de transport et les geacuteneacuterateurs

Dans de nombreux reacuteseaux agrave travers le monde lrsquoinstabiliteacute de tension est consideacutereacutee

comme une source majeure de deacutefaillance au moins aussi importante que les surcharges

thermiques drsquoeacutequipements (et le risque associeacute de deacuteclenchements en cascade) ou lrsquoinstabiliteacute

angulaire (perte de synchronisme entre geacuteneacuterateurs) connues depuis plus longtemps

Plusieurs facteurs contribuent agrave cet eacutetat de fait

- comme on le sait la construction de nouvelles lignes eacutelectriques est de

plus en plus difficile souvent retardeacutee et parfois impossible

- la concentration de la production dans ces centrales de plus en plus

puissantes a diminueacute le nombre de points tenus en tension dans le reacuteseau et

augmenteacute les distances eacutelectriques entre centres de production et de consommation

Certes lrsquoeacutemergence de la production deacutecentraliseacutee va quelque peu inverser cette

tendance en rapprochant producteurs et consommateurs Encore faut ndashil que ces

sources drsquoeacutenergie fournissent les services auxiliaires que sont la reacutegulation de

tension et la mise agrave disposition drsquoune reacuteserve de puissance reacuteactive

- lrsquousage massif de condensateurs shunt pour soutenir le profil de tension

permet de transporter de plus grandes quantiteacutes de puissance mais rapproche le point

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

81

drsquoinstabiliteacute des plages de fonctionnement normal

- lrsquoinstabiliteacute de tension est souvent deacuteclencheacutee par la perte

drsquoeacutequipements de transport et ou de production incidents dont la probabiliteacute

drsquoapparition est relativement eacuteleveacutee (compareacutee par exemple agrave celle du court-circuit

triphaseacute consideacutereacute en stabiliteacute transitoire angulaire)

- lrsquoouverture du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute incite agrave faire fonctionner les

reacuteseaux plus pregraves de leurs limites physiques pour des raisons de rentabiliteacute

eacuteconomique Plus encore que par le passeacute il est donc neacutecessaire drsquoeacutevaluer ces

limites en particulier vis ndashagrave vis du risque drsquoinstabiliteacute de tension

IV2) Outils de simulation

Plusieurs outils de simulation ont eacuteteacute utiliseacutes dans lrsquoanalyse et lrsquoeacutetude des reacuteseaux

eacutelectriques tels que (Matlab EMTP Etap PowerWorld PSAThellip etc) Ces logiciels

permettent de nous renseigner sur les diffeacuterents facteurs drsquoun reacuteseau eacutelectrique et agrave simuler les

diffeacuterents cas pour avoir les paramegravetres du reacuteseau Ces derniers utilisent les mecircmes

concepts Dans ce meacutemoire le logiciel PSAT est utiliseacute pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de

tension drsquoun reacuteseau de transport

PSAT est un logiciel librement distribueacutes conccedilu par Federico Milano baseacute sur

MATLAB pour lanalyse et lrsquooptimisation des reacuteseaux eacutelectriques Lrsquointerface graphique

interactive du PSAT permet agrave lrsquoutilisateur drsquoeffectuer les fonctions statiques et dynamiques

suivantes [35]

Calcul drsquoeacutecoulement de puissance (Power Flow- PF)

Calcul drsquoeacutecoulement de puissance Optimal (Optimal Power Flow- OPF)

Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation Power Flow- CPF)

Analyse de la stabiliteacute de petites perturbations (Small Signal Stability Analysis-

SSSA)

Simulation temporelle (Time Domaine Simulation- TDS)

Analyse transitoire drsquoeacutelectromagneacutetique (Electro Magnetic Transient Analysis-

EMT)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

82

Interface graphique (Graphical User Interface- GUI)

Eacutediteur de reacuteseau graphique (Graphical Network Editor- GNE)

Toutes les opeacuterations de PSAT peuvent ecirctre reacuteparties en deux genres drsquoanalyse

- La premiegravere analyse est de reacutesoudre les problegravemes de lrsquoeacutecoulement de puissance

Cette application srsquoeffectue dans une page de commande ou un eacutediteur comme

montre la figure (IV1)

- La seconde analyse est drsquoimplanter le reacuteseau agrave eacutetudier en utilisant une bibliothegraveque

de Simulink qui contient de nombreux modegraveles pour lrsquoimplantation des systegravemes

eacutelectriques comme montreacute dans la figure (IV2)

IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques

La deacutefinition et les types de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques sont repreacutesenteacutes dans le

chapitre I

Durant les derniegraveres deacutecennies la stabiliteacute de tension dans les systegravemes dalimentation

est devenue un vaste champ de recherches Les pheacutenomegravenes dinstabiliteacute en tension peuvent

srsquoeacutetendre dans une plage de temps allant de quelques secondes agrave quelques heures et ont eacuteteacute

eacutetudieacutes en utilisant une varieacuteteacute de modegraveles statiques et dynamiques y compris les reacutegulateurs

et les dispositifs eacutelectroniques de puissance

Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

83

Les sujets pertinents pour le marcheacute de leacutelectriciteacute et pour les techniques optimales

deacutecoulement de puissance sont geacuteneacuteralement les pheacutenomegravenes drsquoeffondrement de tension

reacutesultant des variations de charge et des opeacuterations de commutation Lrsquoeffondrement de

tension est geacuteneacuteralement la conseacutequence de laugmentation de la charge dans les systegravemes

caracteacuteriseacutes par des conditions de chargement lourd et ou lorsque survient une modification

dans le systegraveme comme une ligne hors service Le reacutesultat est geacuteneacuteralement que le point de

fonctionnement actuel qui est stable laquodisparaicirctraquo et le systegraveme transitoire suivant conduit agrave

une rapide irreacutecupeacuterable baisse de tension

IV31) Facteur de charge et les directions de puissance [34]

Loutil analytique le plus accepteacute pour lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes de lrsquoeffondrement de

tension est la theacuteorie de la bifurcation qui est une theacuteorie matheacutematique geacuteneacuterale capable de

classer les instabiliteacutes drsquoeacutetudier le comportement du systegraveme dans le voisinage

drsquoeffondrement ou des points instables et de donner une information quantitative sur les

actions correctives pour eacuteviter les conditions critiques

Dans la theacuteorie de la bifurcation il est supposeacute que les eacutequations du systegraveme deacutependent

dun ensemble de paramegravetres avec des variables deacutetat comme suit

0 = 119891 (120013 λ)

avec

119891 Eacutequation de lrsquoeacutecoulement de puissance

120013 Variables deacutependantes

120582 Facteur de charge

Alors les proprieacuteteacutes de la stabiliteacute instabiliteacute sont eacutevalueacutees en variant lsquolsquolentementrsquorsquo les

paramegravetres Dans ce meacutemoire le paramegravetre utiliseacute pour eacutetudier la proximiteacute du systegraveme de

lrsquoeffondrement de tension est le soi-disant facteur de charge 120582 (120582 isin ℛ) ce qui modifie les

puissances du geacuteneacuterateur et la charge comme suit

(IV1)

1198751198661 = (1 + 120582)(1198751198660 + 119875119878)

1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)

1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)

(IV2)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

84

Avec

1198751198660 Puissance active du geacuteneacuterateur

1198751198710 Puissance active de la charge

119875119878 Fourniture de lrsquooffre (Supply bids)

119875119863 Demande drsquooffre (Demand bids)

Les puissances qui multiplient λ sont appeleacutees les puissances de direction Les eacutequations

(IV2) diffegraverent du modegravele geacuteneacuteralement utiliseacute dans lanalyse du calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) cest-agrave-dire

Ougrave le facteur de charge touche uniquement les variables puissances PS et PD Dans les

diagrammes typiques de bifurcation les tensions sont traceacutees en fonction de λ cest agrave dire la

mesure de la capaciteacute de charge du systegraveme obtenant ainsi les courbes V(p)

Les indices 0 1 et 2 deacutenotent le cas de base le premier point et le deuxiegraveme point de

directions des puissances respectivement

IV 32) Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation

power flow- CPF) [34]

Les techniques du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance sont largement

reconnues comme un outil preacutecieux pour deacuteterminer les courbes V(P) du systegraveme de

puissance et permettent destimer les conditions de chargement maximal et des solutions

laquocritiquesraquo (par exemple saddle-node et limites induites de points de bifurcation) Malgreacute que

les grands systegravemes neacutecessitent un calcul numeacuterique exigeant le CPF nest pas affecteacutee par

des instabiliteacutes numeacuteriques En fait il est capable de deacuteterminer la partie stable et instable des

courbes V(p) et peut fournir des informations suppleacutementaires telles que les facteurs de

sensibiliteacute de la solution actuelle agrave leacutegard des paramegravetres pertinents

Dun point de vue matheacutematique le CPF est une technique dhomotopie et permet

dexplorer la stabiliteacute des eacutequations du systegraveme eacutelectrique en faisant varier un paramegravetre du

systegraveme qui dans les eacutetudes de stabiliteacute statique et dynamique typique de tension est le

paramegravetre de charge λ De maniegravere geacuteneacuterale le CPF consiste en un pas preacutedicteur reacutealiseacute par

le calcul du vecteur tangent et un pas correcteur qui peut ecirctre obtenu soit par lintermeacutediaire

PG2 = (PG0 + λPS)

PL2 = (PL0 + λPD)

PL2 = (PL0 + λPD)

(IV3)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

85

dun parameacutetrage local ou agrave une intersection perpendiculaire

a) Pas preacutedicteur

Au point deacutequilibre geacuteneacuterique p la relation suivante sapplique

Et le vecteur tangent peut ecirctre approximeacute par

Agrave partir de lrsquoeacutequation (IV4) et (IV5) on a

Agrave ce point un pas de grandeur k de controcircle doit ecirctre choisi pour deacuteterminer la quantiteacute Δ120013119901

et Δ120582119901 avec une normalisation afin deacuteviter de grands pas quand 120591119901 est grand

Δ120582119901 ≜ 119896

120591119901 Δ120013119901 ≜

119896 120591119901

120591119901

Ougrave ∙ est la norme euclidienne et 119896 = plusmn1 Le signe de k deacutetermine lrsquoaugmentation ou la

diminution de 120582 La figure (IV3) preacutesente une repreacutesentation graphique du pas preacutedicteur

119891(120013 p λp) = 0 rArr d119891

dλ|

p= D120013 119891|p

d120013

dλ|

p+

d119891

dλ|

p= 0 (IV4)

120591p = d120013

dλ|

p asymp

Δ 120013 p

∆λp

(IV5)

120591119901 = minus D120013 119891|pminus1

part119891

partλ|

p

∆120013p = 120591119901 ∆λp

(IV6)

(IV7)

(120013119901 120582119901)

120591119901

119891(120013 120582) = 0

(120013119875 + ∆120013119875 120582119875 + ∆120582119875)

Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance

pas preacutedicteur obtenu par les moyens de la tangente

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

86

b) Pas correcteur

Pour le pas correcteur lrsquoensemble des eacutequations n+1 est reacutesolu

119891(120013 λ) = 0

120578(120013 λ) = 0

Ougrave la solution de 119891 doit ecirctre dans le collecteur de bifurcation et 120578 est une eacutequation

additionnelle pour garantir un ensemble non singulier au point de bifurcation Pour le choix de

120578 il yrsquoa deux options lrsquointersection perpendiculaire et la parameacutetrisation locale

Dans le cas de lrsquointersection perpendiculaire dont la repreacutesentation est donneacutee par la figure

(IV2) lrsquoexpression de 120578 devient (eacutequation IV9)

Tandis que pour la parameacutetrisation locale soit le paramegravetre 120582 soit la variable 120013119894 est forceacutee

drsquoecirctre une valeur fixe

(120013119901 120582119901)

119891(120013 120582) = 0

(120013119888 120582119888)

(120013119888 minus (120013119875 + ∆120013119875 ) 120582119888 minus (120582119875 + Δ120582119901 ) )

120578 (120013 λ) = [Δ120013p

Δλp]

T

[120013c minus (120013p + Δ120013p)

λc minus (λp minus Δλp)] = 0

ppcx )(

(IV8)

(IV9)

(IV10)

Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas

correcteur obtenu par les moyens dintersection perpendiculaire

P

900

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

87

Ou

pipici xxxx )(

Le choix pour que la variable soit fixe deacutepend du collecteur de bifurcation de 119891 comme

crsquoest preacutesenteacute agrave la figure (IV5)

IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE 39 nœuds

IV41) Preacutesentation du reacuteseau

Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds est un reacuteseau de transport standard IEEE New England

39 nœuds sera utiliseacute pour les diffeacuterents sceacutenarios de nos simulations Ce reacuteseau repreacutesente

une simplification du reacuteseau de transport de la reacutegion Nouvelle Angleterre (nord-est des Etats-

Unis) Il srsquoagit donc drsquoune partie drsquoun reacuteseau reacuteel ameacutericain Ce reacuteseau fonctionne agrave 100

kV et comporte 10 geacuteneacuterateurs (119875119866119905119900119905119886119897119890= 619 Gw 119876119866119905119900119905119886119897119890= 113 Gvar) et 39 nœuds dont

19 nœuds de charge et 48 lignes Un scheacutema complet de ce reacuteseau est preacutesenteacute par la figure

IV6) [36]

Les donneacutees des jeux de barres ainsi que les caracteacuteristiques des branches sont

indiqueacutees dans lrsquoannexe A1

Le reacuteseau de transport IEEE-39 nœuds est constitueacute de 3 reacutegions (figure IV7) Chaque

reacutegion contient des nœuds PV et des nœuds PQ ainsi des geacuteneacuterateurs synchrones

(IV11)

Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas

correcteur obtenu par les moyens de la parameacutetrisation locale

λ

Correcteur

Correcteur

x

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

88

En utilisant la technique du CPF la stabiliteacute de tension est eacutetudieacutee Le comportement du

systegraveme test consideacutereacute avec et sans les dispositifs FACTS sous diffeacuterentes conditions de

charge est eacutetudieacute Lrsquoemplacement des FACTS est deacutetermineacute agrave travers le CPF

Un modegravele classique PQ est utiliseacute pour les charges Les limites des geacuteneacuterateurs sont

ignoreacutees Lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension est effectueacutee en commenccedilant agrave partir dun point

de fonctionnement stable initiale et en augmentant ensuite les charges par le facteur 120582 jusqursquoagrave

atteindre le point de singulariteacute de la lineacutearisation de lrsquoeacutecoulement de puissance

Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

89

Lorganigramme de la stabiliteacute de tension avec les FACTS en utilisant la meacutethode CPF

est illustreacute par la figure (IV8)

De la figure (IV8) on peut observer que les eacutequations des dispositifs FACTS sont

ajouteacutees dans les eacutequations de lrsquoeacutecoulement de puissance Les nouvelles eacutequations de

lrsquoeacutecoulement de puissance sont ensuite utiliseacutees dans le pas correcteur du processus CPF

Zone I

Noeuds (PQ) 4 5 6

7 8 910 11 12 13

14

Noeuds (PV) 31 32 39

Zone II

Noeuds(PQ) 1 2 3 17 18 25 26

27

Noeuds(PV) 3037

Zone III

Noeuds (PQ) 15 16 19 20 21 22 23 24

28 29

Noeuds (PV) 3334353638

Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds

Reacuteseau IEEE 39-nœuds

Geacuteneacuterateurs synchrones

30 31323334353637

3839

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

90

IV5) Emplacement du STATCOM

Fixer le nombre des points du CPF

Reacutesoudre les eacutequations de

lrsquoeacutecoulement de puissance de

charge avec les FACTS

Reacutesoudre les eacutequations de

lrsquoeacutecroulement de charge avec les

FACTS

Nombres des points de CPF

Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS

Lire les donneacutees

Pas preacutedicteur dans la meacutethode

CPF

Creacuteer les eacutequations de lrsquoeacutecoulement

de puissance avec les eacutequations du

FACTS

La courbe PV

complegravete

Fin

Deacutebut

Pas correcteur dans la meacutethode

CPF

Non

Oui

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

91

IV5) Emplacement du STATCOM

Drsquoapregraves le profil de tension (figure IV9) ainsi une preacutesentation des nœuds critiques sur

la figure (IV10) et leurs courbes V(p) obtenues par la meacutethode du CPF illustreacutee aux figures

(IV11 IV12 IV13) nous implanterons le STATCOM sur le nœud de charge le plus fragile

du reacuteseau de transport Le point de chargement maximal ou le point de bifurcation quand la

matrice jacobienne est singuliegravere survient agrave 120640=22806 pu

Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone

Reacuteseau IEEE 39-nœuds

Zone I

Les noeuds fragiles

875641214

le noeud le plus critique 8

Zone II

Les noeuds fragiles

3181727

le noeud le plus critique 3

Zone III

Les noeuds fragiles

1516242128

le noeud le plus critique 15

Figure IV9 Profil des tensions du reacuteseau IEEE 39-nœuds

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

92

Le calcul du CPF sur le reacuteseau seul (crsquoest ndash agrave dire sans y inseacuterer le STATCOM) a

montreacute que le nœud concerneacute est le nœud 8 de la zone 1

IV51) Impact du STATCOM

Apregraves la deacutetermination du nœud fragile du reacuteseau consideacutereacute et qui a besoin drsquoecirctre

soutenus les valeurs nominales (the ratings) du STATCOM doivent ecirctre choisies il est agrave

Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de

base)

0 05 1 15 2 25

065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

X 228

Y 07822

Lambda(pu)

Tensio

ns(pu)

Zone 3

V15

V16

V21

V24

V28

Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme

(eacutetat de base)

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

115

12

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu

)

Zone 2

V3

V17

V18

V27

Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1

du systegraveme (eacutetat de base)

0 05 1 15 2 250

02

04

06

08

1

12

14

X 228

Y 06766

Lambda (pu)

Tensio

ns(p

u)

Zone 1

V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

93

preacutevoir que par lintroduction du STATCOM aux nœuds critiques le profil de tension sera

plat et le facteur de charge du systegraveme va augmenter

Les gestionnaires des reacuteseaux eacutelectriques imposent une toleacuterance de plusmn 5 sur la tension

du reacuteseau de transport pour garantir une qualiteacute de distribution de lrsquoeacutelectriciteacute Nous

prendrons donc 119880119898119894119899 = 095pu et 119880119898119886119909 = 105 pu (soit respectivement 95KV et 105 KV

pour notre reacuteseau de transport de 100KV nominal) On obtient les valeurs nominales de la

puissance reacuteactive du STATCOM par [21]

119876119898119886119909 = 119868119871119898119886119909 lowast 119880119898119886119909

Et

119876119898119898119894119899 = 119868119888119898119886119909 lowast 119880119898119894119899

Drsquoougrave 119883119878119871 = 119880max minus 119880119898119894119899

119868119871119898119886119909minus 119868119888119898119886119909

Avec

119868119871119898119886119909 Courant inductif maximum

119868119888119898119886119909 Courant capacitif maximum

119880119898119886119909 119880119898119894119899 tension limites en reacutegulation

119883119878119871 ∶ Pente de la caracteacuteristique statique dans la zone de fonctionnement en reacutegulation

Quand le STATCOM est connecteacute au nœud 8 on observe drsquoapregraves la figure (IV14) que

les nœuds les plus fragiles de la zone 1 ont un profil de tension plus plat que lrsquoeacutetat de base et

introduire le STATCOM va augmenter le facteur de charge agrave la valeur maximale Comme

attendu le point de bifurcation pour le STATCOM placeacute au nœud 8 survient agrave une valeur de

charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 231 pu Sa puissance reacuteactive capacitive calculeacutee drsquoapregraves les

eacutequations IV12 et IV13 est de ndash 380 Mvar + 420 Mvar pour une puissance de base de

100MVA

(IV12)

(IV13)

(IV14)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

94

IV511) Profils des tensions et les pertes de puissances dans le

systegraveme

Les profils des tensions du cas de base et du systegraveme avec le STATCOM sont illustreacutes

agrave la figure (IV15) Il est eacutevident agrave partir de cette figure que le STATCOM fournit un meilleur

profil de tension au point drsquoeffondrement de tension compareacute agrave lrsquoeacutetat de base Cela est ducirc au

fait que le STATCOM est installeacute au nœud le plus faible

Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV16)

et la figure (IV17) respectivement Lrsquoaugmentation des pertes au voisinage du point

drsquoeffondrement est faible dans le cas du STATCOM placeacute au nœud 8

Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Ten

sion

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 8

Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

X 2315

Y 07441

Lambda(pu)

Tensio

ns(p

u

Zone STATCOM au 8

V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

95

La figure (IV18) illustre le paramegravetre de charge pour diffeacuterents emplacements du

STATCOM sur les nœuds les plus critiques des 3 zones selon les courbes V(p) des figures

(IV11 IV12 et IV13)

Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives

avec STATCOM au nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Zone 1 avec STATCOM au noeud 8

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 8

Figure IV17 Profils de pertes de

puissances reacuteactives avec STATCOM au

nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 1 avec STATCOM au noeud 8

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 8

Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM

[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

225

226

227

228

229

23

231

232

233

234

Base STATACOM aunœud 08

STATACOM aunœud 03

STATACOM aunœud 15

22806

23164232

234

Paramegravetre de charge(pu)

Paramegravetre decharge(pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

96

Puisque notre but agrave travers la recherche de lrsquoemplacement ideacuteal du dispositif

STATCOM est drsquoaugmenter la stabiliteacute de tension c-agrave-d maximiser le facteur de charge 120582 du

systegraveme tous en controcirclant la tension et minimisant les pertes des puissances actives et

reacuteactives nous placcedilons le mecircme STATCOM sur ces diffeacuterents nœuds fragiles et nous

observons lrsquoimpact qursquoil peut apporter

Le STATCOM placeacute sur le nœud 3 de la zone 2 et le nœud 15 de la zone 3 offre le

maximum du facteur de charge (voir figure IV18)

Les courbes V(p) avec le STATCOM sur les nœuds 3 et 15 sont illustreacutes sur les figures

(IV19) et (IV20) ainsi leurs profils des tensions sont illustreacutes sur les figures (IV21) et

(IV22)

Drsquoapregraves ces figures on constate une leacutegegravere ameacutelioration de tension sur les nœuds 2 3 et

4 pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3

Pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 15 on remarque sur les profils des

tensions une leacutegegravere baisse de tension sur les nœuds 5 6 7 8 9 11 et 13 et une ameacutelioration

pour les nœuds 15 16 17 18 et 20

Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au

nœud 03

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

115

12

Lambda(pu)

Tensio

n (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

X 2325

Y 08385

V3

V17

V18

V27

Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au

nœud 15

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

X 234

Y 07461

Lambda(pu)

Tensio

ns(p

u)

Zone 3 avec STATCOM au noeud 15

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

97

Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV23)

et la figure (IV24) respectivement pour le STATCOM au nœud 3 et les figures (IV25) et

(IV26) pour le STATCOM au nœud 15 Lrsquoaugmentation des pertes actives et reacuteactives au

voisinage du point drsquoeffondrement est grande dans le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3

et 15 presque pour tous les nœuds

Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme

avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 3

Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme

avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns(p

u)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 15

Figure IV23 Profils de pertes de puissances

actives avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 03

Figure IV24 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 03

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

98

IV512) Synthegravese

Les diffeacuterents emplacements du STATCOM preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE

39 nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV27) et

(IV28) syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du STATCOM Notre choix du nœud 8

comme un nœud fragile qui avait besoin drsquoecirctre soutenu est raisonnable vu lrsquoapport qursquoil a

fourni (figure IV28)

Figure IV25 Profils de pertes de puissance actives

avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 15

Figure IV26 Profils de pertes de puissance

reacuteactives avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 3 avec STATCOM au noeud 15

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 15

Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les

diffeacuterents emplacements du STATCOM [Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

0

20

40

60

80

100

Base STATCOMau 08

STATCOMau 03

STATCOMau 15

404 354 418 415

895298

738

9261 9249

Pertes de puissancesactives (pu)

Pertes de puissancesreacuteactives (pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

99

IV6) Emplacement du SSSC

Comme nous lrsquoavons deacutejagrave signaleacute dans le chapitre 2 Un SSSC fonctionne sans la

preacutesence drsquoune source de tension externe Il opegravere comme une source de tension en seacuterie agrave la

ligne Cette source geacutenegravere une tension en quadrature avec et controcircleacutee seacutepareacutement du courant

qui passe agrave travers la ligne dont le but drsquoaugmenter ou de diminuer la tension injecteacute en seacuterie

dans la ligne et par conseacutequence controcircler le flux de puissance qui passe agrave travers la ligne

Son fonctionnement est similaire agrave une compensation seacuterie par un condensateur Si on

eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant de la ligne on obtient le mecircme

reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un condensateur

119880119902 = minus119895 119883119888119868

Avec

119883119888 Reacuteactance capacitive du condensateur

(IV15)

Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du STATCOM

[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

07846081614

073999

0

02

04

06

08

1

12

1 5 10 15 20 25 30 35

Zone 1 (08)

Zone 2 (03)

Zone 3 (15)

Base

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

100

Mais comme le SSSC est une source de tension il peut alors maintenir une tension

constante puisque il la controcircle indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC

peut augmenter ou diminuer le flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant

la tension injecteacutee en seacuterie agrave la ligne

Dans nos simulations nous avons reacutegleacute la tension injecteacutee entre ses limites ainsi le taux de

compensation du SSSC

IV61) Impact du SSSC

Drsquoapregraves la figure (IV6) et la figure (IV9) le nœud 8 le plus fragile est alimenteacute par trois

lignes 8-5 8-7 et 8-9 Donc pour seacutelectionner lrsquoemplacement du SSSC nous allons nous baser

sur lrsquoaugmentation maximale de la puissance au point de lrsquoeffondrement [34] Les figures

(IV29) et (IV30) montrent clairement que les puissances actives et reacuteactives sur la ligne 15

(8-9) sont maximales au point de lrsquoeffondrement de tension

Apregraves lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 15 les figures (IV31) (IV32) et (IV33)

montrent les courbes V(p) des 3 zones le point de bifurcation pour le SSSC inseacutereacutee sur la

ligne 15 survient agrave une valeur de charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 239 pu Nous pouvons

remarquer que les courbes V(p) gardent toujours la partie infeacuterieure (partie instable) de la

courbe

Figure IV29 Puissances actives

maximales au point drsquoeffondrement

0 05 1 15 2-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Lambda (pu)

Puis

sance a

ctives (

pu

X 228

Y -08897

X 228

Y 4079

X 228

Y 7041

PBUS05 BUS08

PBUS07 BUS08

PBUS08 BUS09

Figure IV30 Puissances reacuteactives

maximales au point drsquoeffondrement

0 05 1 15 2-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

Lambda (pu)

Puis

sances r

eacuteactives(p

u)

X 228

Y 1762

X 228

Y -05669

X 228

Y -4221

QBUS05 BUS08

QBUS07 BUS08

QBUS08 BUS09

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

101

Les profils des tensions des pertes actives et reacuteactives sont illustreacutes sur les figures

(IV34) (IV35) (IV36) respectivement

Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC

sur la ligne 15

0 05 1 15 2 25065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

115

X 239

Y 07389

Lambda (pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 2 avec SSSS sur la ligne 15

V3

V17

V18

V27

Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec

SSSC sur la ligne 15

0 05 1 15 2 250

02

04

06

08

1

12

14

X 239

Y 06732

Lambda(pu)

Tensio

n(p

u)

Zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15

0 05 1 15 2 2505

06

07

08

09

1

11

12

X 239

Y 06487

Lambda (pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 avec SSSC sur la ligne 15

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

102

Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tens

ions

(pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 15

Figure IV35 Profils de pertes de

puissances actives avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 15

Figure IV36 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

103

Drsquoapregraves ces reacutesultats nous pouvons conclure que le SSSC inseacutereacute sur la ligne 15 de la

zone 1 nrsquoa pas ameacutelioreacute les profils de tension les pertes actives et reacuteactives au point

drsquoeffondrement de tension

Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion pour le SSSC nous allons le placeacute dans

la zone 3 ougrave se trouve le 2egraveme nœud fragile drsquoapregraves la courbe de la figure IV9 qui est le nœud

15

Nos simulations nous en permettent de trouver 2 situations critiques lors de

lrsquoeffondrement de tension sur la ligne 45 (22- 35) et la ligne 48 (29- 38) leurs puissances

actives et reacuteactives au point drsquoeffondrement sont illustreacutees par les figures (IV37) et (IV38)

IV611) SSSC inseacutereacute sur la ligne 45

Nous avons inseacutereacute le SSSC sur la ligne 45 entre le nœud 22 et le nœud 35 la courbe

V(p) de la zone 3 (zone drsquoinsertion du SSSC) les profils de tensions les pertes actives et

reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV39) (IV40) (IV41) et (IV42) respectivement

Figure IV37 Puissances actives

maximales au point drsquoeffondrement de la

zone 3

0 05 1 15 2-20

-15

-10

-5

0

5

X 228

Y -1513

Lambda (pu)

Puis

sances a

ctives (

pu)

Zone 3 Etat de base

X 228

Y -1895

PBUS22 BUS35

PBUS29 BUS38

Figure IV38 Puissances reacuteactives

maximales au point drsquoeffondrement de la

zone 3

0 05 1 15 2-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

X 2281

Y -3841

Lambda (pu)

puis

sances r

eacuteactives (

pu)

Zone 3 Etat de base

X 2281

Y -945Q

BUS22 BUS35

QBUS29 BUS38

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

104

Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 45 les profils des tensions sont meilleurs par apport

agrave ceux du SSSC sur la ligne 15 de la zone 1

IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48

Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion du SSSC sur notre reacuteseau de transport

nous allons lrsquoinseacutereacute sur la ligne 48 entre le nœud 29 et le nœud 38 la courbe V(p) les profils

de tensions les pertes actives et reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV43) (IV44)

(IV45) et (IV46) respectivement

Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme

avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV41 Profils de pertes de puissances

actives avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV42 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec

SSSC sur la ligne 45

0 05 1 15 2 25065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

115

X 234

Y 07265

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 SSSC sur la ligne 45

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

105

Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 les profils des tensions ne sont pas meilleurs

par apport au cas du SSSC sur la ligne 45 mais pour les pertes reacuteactives lrsquoinsertion sur la

ligne 48 est meilleure que pour lrsquoinsertion sur la ligne 45

Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec

SSSC sur la ligne 48

0 05 1 15 2 25

065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

X 2306

Y 0704

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 avec SSSC sur la ligne 48

V15

V16

V21

V24

V28

Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme

avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 48

Figure IV46 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Petes reacuteactiv

es (pu)

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48

Figure IV45 Profils de pertes de puissances

actives avec SSSC sur la ligne 48

Figure (IV45) Profils de pertes de puissance

actives avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pertes activ

es (pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 48

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

106

IV613) Synthegravese

Les diffeacuterents emplacements du SSSC preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE 39

nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV47) et (IV48)

syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du SSSC

Lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 45 de la zone 3 nous a fourni des meilleurs reacutesultats au

point drsquoeffondrement

Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC

[Extrait de lrsquoannexe B1 B3]

222

224

226

228

23

232

234

236

238

24

Base SSSC agrave laligne 15

SSSC agrave laligne 45

SSSC agrave laligne 48

22806

239

234

23

Paramegravetre de charge(pu)

Paramegravetre de charge(pu)

Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents

emplacements du SSSC [Extrait de lrsquoannexe B1 B3]

0

20

40

60

80

100

120

Base SSSC agrave laligne 15

SSSC agrave laligne 45

SSSC agrave laligne 48

404 466 402 363

89529810482

8381 8211

Pertes Actives (pu)

Pertes Reactives (pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

107

IV7) Conclusion

Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre une eacutetude de lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute des

reacuteseaux eacutelectriques en y inseacuterant deux systegravemes FACTS le STATCOM (Static Synchronous

Compensator) et le SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Le reacuteseau utiliseacute pour

les simulations est le reacuteseau de transport IEEE_39 nœuds Lrsquoanalyse des performances du

reacuteseau porte sur le support du profil de tension lrsquoaugmentation de la stabiliteacute en tension et la

diminution des pertes actives et reacuteactives et ce pour lrsquoeffondrement de tension Le

programme utiliseacute est un logiciel de calcul drsquoeacutecoulement de puissance (PF) et le calcul

continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) [PSAT]

Les tests effectueacutes ont montreacute plusieurs reacutesultats inteacuteressants Tout drsquoabord le systegraveme

FACTS shunt (le STATCOM) assure une stabilisation globale du reacuteseau En effet dans tous

les cas le STATCOM tend soit agrave stabiliser tous les nœuds soit en agrave stabiliser certains sans

affecter les autres En tout eacutetat de cause ce systegraveme nrsquoa jamais deacutestabiliseacute un nœud quel qursquoil

soit En fait le STATCOM ameacuteliore les performances du reacuteseau eacutelectrique (surtout en termes

de stabiliteacute et de soutien de tension) en fournissant de la puissance reacuteactive dans la zone de

charge Ceci doit ecirctre nuanceacute en ce qui concerne le compensateur seacuterie Si celui ndashci peut avoir

un bon comportement local crsquoest-agrave-dire dans la zone ougrave il est implanteacute en augmentant le

paramegravetre de charge il peut deacutestabiliser certains nœuds du reacuteseau Cette deacutestabilisation risque

drsquoecirctre importante Pour ecirctre efficace un SSSC doit ecirctre implanteacute sur une ligne preacutesentant des

puissances maximales au point drsquoeffondrement

Les reacutesultats obtenus pour la stabiliteacute de tension restent valables pour le support du

profil de tension On peut toutefois noter que la stabiliteacute drsquoun nœud ne deacutepend pas

uniquement de son niveau de tension crsquoest-agrave-dire qursquoun nœud agrave tension eacuteleveacutee peut malgreacute

tout ecirctre instable

Gracircce agrave lrsquoinsertion de ces deux systegravemes FACTS on pourra suivant les cas eacuteviter un

effondrement de tension du reacuteseau Les FACTS ont donc un apport beacuteneacutefique en termes de

seacutecuriteacute du reacuteseau

108

Conclusion geacuteneacuterale

Conclusion geacuteneacuterale

109

Le deacuteveloppement de leacutelectronique de puissance a permet dameacuteliorer la gestion des

reacuteseaux eacutelectriques en introduisant un nouveau concept par les systegravemes de transmission de

leacutenergie agrave courant alternatif flexible appeleacutee FACTS avec lesquels le controcircle du flux de

puissance active et reacuteactive ainsi que laugmentation des capaciteacutes de charge des lignes sont

atteints et performeacutes par linjection des tension (ou courant) des convertisseur conccedilus avec des

interrupteurs statiques modernes commandeacutees en ouverture et en fermeture tels que les GTO

IGBT concernant la nouvelle geacuteneacuteration de ces systegravemes FACTS

Dans le contexte de lrsquoinsertion des systegravemes FACTS dans les reacuteseaux eacutelectriques nous

avons orienteacute nos travaux vers lrsquoeacutetude de la stabiliteacute de tension en reacutegime statique

speacutecialement lrsquoemplacement optimal des dispositifs FACTS en utilisant le calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance

Nous avons dans ce cadre choisi drsquoeacutetudier le comportement de deux dispositifs FACTS

qui sont

le Compensateur Statique Synchrone le STATCOM (Static Synchronous

Compensator)

le Conpensateur statique seacuterie synchrone le SSSC (Static Synchronous Series

Compensator

Ces dispositifs ont eacuteteacute choisis comme base de deacutepart en vue de lrsquoeacutetude ulteacuterieure de

systegravemes FACTS plus complexes

Lrsquoimpact des systegravemes FACTS sur lrsquoeffondrement de tension a eacuteteacute meneacute agrave bien agrave lrsquoaide

de deux logiciels le PSAT et le MATLAB et deux modegraveles FACTS ont eacuteteacute utiliseacutes Pour les

simulations statiques nous avons utiliseacute le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds le facteur de

charge a eacuteteacute calculeacute par la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF)

Cette technique a montreacute ses capaciteacutes agrave surmonter les problegravemes de la singulariteacute de la

matrice jacobienne rencontreacutes dans les algorithmes standards de calcul de lrsquoeacutecoulement de

puissance

Les simulations statiques ont montreacute lrsquoapport incontestable des FACTS dans

lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute de tension Le systegraveme FACTS shunt le STATCOM stabilise le

reacuteseau de faccedilon globale alors que le SSSC a un meilleur comportement local Lrsquoimplantation

Conclusion geacuteneacuterale

110

du SSSC doit ecirctre faite sur une ligne preacutesentant des puissances maximales au point de

lrsquoeffondrement Ces reacutesultats sont eacutegalement valables en ce qui concerne le support du profil

de tension Les FACTS ameacuteliorent le niveau de seacutecuriteacute du reacuteseau car on pourra gracircce agrave leur

insertion et suivant les cas eacuteviter lrsquoeffondrement de tension

Nous pouvons maintenant eacutenoncer quelques perspectives ayant pour objectif de

compleacuteter ce que nous avons preacutesenteacute dans ce rapport de meacutemoire

bull Comparaison entre tous les types des FACTS et leur impact sur le pheacutenomegravene de

lrsquoeffondrement de tension

bull Lorsque les compensations shunt et seacuterie seront bien connues nous pourrons alors nous

inteacuteresser aux deacutephaseurs commandeacutes par thyristors et agrave lrsquoUPFC le compensateur

universel qui reacuteunit agrave lui seul les fonctions FACTS de compensation shunt et seacuterie et de

deacutephasage

bull Pour les besoins de la deacutetermination de lrsquoemplacement optimal des FACTS nous

proposons pour un futur travail de deacutevelopper un programme baseacute sur les meacutethodes

heuristiques qui simule lrsquoemplacement optimal des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique

bull Le raccordement des eacutenergies renouvelables aux reacuteseaux intelligents dits laquosmart

gridsraquo lrsquoun des deacutefis des eacutenergies renouvelables telles que lrsquoeacuteolien ou le solaire reacuteside

dans le risque drsquointerruption de leur production dont la stabiliteacute est menaceacutee par leur

caractegravere aleacuteatoire Les systegravemes FACTS apportent une solution agrave ce problegraveme de

capaciteacute et de stabiliteacute du reacuteseau lequel integravegre une part croissante deacutenergie

renouvelable

111

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112

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115

Annexes

116

117

A Donneacutees du reacuteseau IEEE 39 nœuds

Lines Power

rating

(MVA)

Voltage

Rating

(kV)

Frequence

rating

(Hz)

Trnasfo-

magnitude

Resistance

(pu)

Reactance

(pu)

Supstance

1-2 100 100 60 000000 000350 004110 069870

1-39 100 100 60 000000 00010 002500 075000

1-39 100 100 60 000000 000200 005000 037500

2-3 100 100 60 000000 000130 001510 025720

2-25 100 100 60 000000 000700 000860 014600

3-4 100 100 60 000000 000130 002130 022140

3-18 100 100 60 000000 000110 001330 021380

4-15 100 100 60 000000 000080 001280 013420

4-14 100 100 60 000000 000080 001290 013820

5-6 100 100 60 000000 000020 000260 004340

5-8 100 100 60 000000 000080 001120 014760

6-7 100 100 60 000000 000060 000920 011300

6-11 100 100 60 000000 000070 000820 013890

7-8 100 100 60 000000 000040 000460 007800

8-9 100 100 60 000000 000230 003630 038040

9-39 100 100 60 000000 000100 002500 120000

10-11 100 100 60 000000 000040 000430 007290

10-13 100 100 60 000000 000040 000430 007290

13-14 100 100 60 000000 000090 001010 017230

14-15 100 100 60 000000 000180 002170 036600

15-16 100 100 60 000000 000090 000940 017100

16-17 100 100 60 000000 000070 000890 013420

16-19 100 100 60 000000 000160 001950 030400

16-21 100 100 60 000000 000080 001350 025480

16-24 100 100 60 000000 000030 000590 006800

17-18 100 100 60 000000 000070 000820 013190

17-27 100 100 60 000000 000130 001730 032160

21-22 100 100 60 000000 000080 001400 025650

22-23 100 100 60 000000 000060 000960 018460

23-24 100 100 60 000000 000220 003500 036100

25-26 100 100 60 000000 000320 003230 051300

26-27 100 100 60 000000 000140 001470 023960

26-28 100 100 60 000000 000430 004740 078020

26-29 100 100 60 000000 000570 006250 102900

28-29 100 100 60 000000 000140 001510 024900

2-30 100 100 60 102500 000000 001810 000000

6-31 100 100 60 107000 000000 002500 000000

6-31 100 100 60 107000 000000 005000 000000

10-32 100 100 60 107000 000000 002000 000000

12-11 100 100 60 100600 000160 004350 000000

12-13 100 100 60 100600 000160 004350 000000

19-20 100 100 60 106000 000070 001380 000000

19-33 100 100 60 107000 000070 001420 000000

20-34 100 100 60 100900 000090 001800 000000

22-35 100 100 60 102500 000000 001430 000000

23-36 100 100 60 100000 000050 002720 000000

25-37 100 100 60 102500 000060 002320 000000

29-38 100 100 60 102500 000080 001560 000000

118

Ndeg du geacuteneacuterateur

H (sec)

119877119886 119883prime119889 119883prime119902 119883119889 119883119902 119879prime119889119900 119879prime119902119900 119883119897

1 50000 0 00006 0008 002 0019 7 07 0003

2 303 0 00697 0170 0295 0282 656 15 0035

3 353 0 00531 00876 02495 0237 57 15 00304

4 286 0 00436 0166 0262 0258 569 15 00295

5 260 0 0132 0166 067 062 54 044 0054

6 348 0 005 00814 0254 0241 73 04 00224

7 264 0 0049 0186 0295 0292 566 15 00322

8 243 0 0057 00911 02920 0280 67 041 0028

9 345 0 0057 00587 02106 0205 479 196 00298

10 420 0 0031 0008 01 0069 102 0 00125

Ndeg du geacuteneacuterateur

119870119860 119879119860 119881119877119872119868119873 119881119877119872119860119883 119870119864 119879119864 119870119865 119879119865 1198621 1198622

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2 62 005 -10 10 -0633 0405 057 05 066 088

3 50 006 -10 10 -00198 05 008 10 013 034

4 50 006 -10 10 -00525 05 008 10 008 0314

5 400 002 -100 -100 -10 0785 003 10 007 091

6 50 002 -10 10 -00419 0417 00754 1246 0064 0251

7 400 002 -65 65 -10 073 003 10 053 074

8 50 002 -10 10 -0047 0528 00854 126 0072 0282

9 400 002 -105 105 -10 14 003 10 062 085

10 50 006 -10 10 -00485 025 004 1 008 026

Annexe A1 Donneacutees du reacuteseau IEEE 39-nœud

119

B Reacutesultats du power flow avec le PSAT

POWER FLOW REPORT

P S A T 219

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail federicomilanoucdie

website faraday1ucdiepsathtml

File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeb_d_Ieee39

Date 09-Jun-2017 153332

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 337

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

120

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 098837 -066635 0 0 0 0

BUS02 091007 -052232 0 0 0 0

BUS03 077924 -068701 0 0 73428 005473

BUS04 065385 -074122 0 0 114019 41959

BUS05 066496 -062088 0 0 0 -044217

BUS06 067682 -055724 0 0 0 0

BUS07 063518 -07578 0 0 53315 19155

BUS08 063731 -080455 0 0 119035 40135

BUS09 088016 -076257 0 0 0 0

BUS10 072414 -036303 0 0 0 0

BUS11 070043 -042663 0 0 0 0

BUS12 063569 -043042 0 0 019383 20067

BUS13 070204 -042245 0 0 0 0

BUS14 067659 -057193 0 0 0 0

BUS15 069422 -062942 0 0 72972 3489

BUS16 076104 -052743 0 0 75116 073656

BUS17 076356 -060644 0 0 0 0

BUS18 076264 -066831 0 0 3603 068411

BUS19 091709 -024485 0 0 0 0

BUS20 089167 -031561 0 0 155065 23488

BUS21 077199 -035331 0 0 62482 26224

BUS22 088171 -006877 0 0 0 0

BUS23 086321 -008056 0 0 56439 19292

BUS24 07756 -051796 0 0 70372 -21025

BUS25 093695 -045068 0 0 5108 10763

BUS26 083005 -050209 0 0 31697 038766

121

BUS27 077377 -062834 0 0 64079 17217

BUS28 086833 -029065 0 0 46976 062938

BUS29 090865 -013955 0 0 64649 061342

BUS30 10475 -04087 58254 95686 0 0

BUS31 098193 0 133488 175863 020979 01049

BUS32 098303 010972 151461 187014 0 0

BUS33 099716 -000678 147267 10807 0 0

BUS34 10123 -008336 118373 79733 0 0

BUS35 10492 017356 151459 157144 0 0

BUS36 10635 031043 13049 101381 0 0

BUS37 10278 -013919 125829 6659 0 0

BUS38 10265 018789 193404 113176 0 0

BUS39 103 -074024 233017 127501 251753 57009

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -07402

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 000039

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098206

e1d_Syn_2 000015

delta_Syn_3 011009

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098313

e1d_Syn_3 000028

delta_Syn_4 -00064

omega_Syn_4 1

122

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000032

delta_Syn_5 -008265

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000057

delta_Syn_6 017388

omega_Syn_6 1

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 031077

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 00003

delta_Syn_8 -013886

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000027

delta_Syn_9 018826

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000028

delta_Syn_10 -040867

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

123

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098193

vr1_Exc_2 10001

vr2_Exc_2 -1179

vf_Exc_2 098246

vm_Exc_3 098303

vr1_Exc_3 10012

vr2_Exc_3 -07868

vf_Exc_3 09835

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079795

vf_Exc_4 099744

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030385

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10492

vr1_Exc_6 10706

vr2_Exc_6 -067176

vf_Exc_6 10496

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10855

vr2_Exc_7 -031913

vf_Exc_7 10638

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073425

vf_Exc_8 1028

124

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57287

tg2_Tg_2 57287

tg3_Tg_2 43538

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

125

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

tg3_Tg_10 19

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 233017

p_Syn_1 233017

q_Syn_1 127501

vf_Syn_2 098246

pm_Syn_2 133489

p_Syn_2 133488

q_Syn_2 175863

vf_Syn_3 09835

pm_Syn_3 151461

p_Syn_3 151461

q_Syn_3 187014

vf_Syn_4 099744

pm_Syn_4 147267

p_Syn_4 147267

q_Syn_4 10807

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 118373

126

p_Syn_5 118373

q_Syn_5 79733

vf_Syn_6 10496

pm_Syn_6 151462

p_Syn_6 151459

q_Syn_6 157144

vf_Syn_7 10638

pm_Syn_7 13049

p_Syn_7 13049

q_Syn_7 101381

vf_Syn_8 1028

pm_Syn_8 125829

p_Syn_8 125829

q_Syn_8 6659

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 193404

p_Syn_9 193404

q_Syn_9 113176

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 58254

p_Syn_10 58254

q_Syn_10 95686

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

127

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -29402 20187 005093 -003257

BUS01 BUS39 2 14701 -10093 000582 -023653

BUS01 BUS39 3 14701 -10093 000582 -023653

BUS02 BUS03 4 83713 76933 020549 22022

BUS02 BUS25 5 -5537 18564 029017 023195

BUS03 BUS04 6 15723 44591 004916 069085

BUS03 BUS18 7 -07493 097723 000298 -0091

BUS04 BUS05 8 -40818 -009527 003119 044062

BUS04 BUS14 9 -57969 -033235 006305 095555

BUS05 BUS06 10 -111502 -18364 005774 073114

128

BUS05 BUS08 11 70371 17427 00953 12716

BUS06 BUS07 12 95297 33531 01339 20045

BUS06 BUS11 13 -75986 -083911 008922 097932

BUS07 BUS08 14 40642 -056691 001668 016022

BUS08 BUS09 15 -091415 -42695 010425 14208

BUS09 BUS39 16 -10184 -56903 003659 -018671

BUS10 BUS11 17 7823 34845 005605 056551

BUS10 BUS13 18 73231 32305 004896 048928

BUS13 BUS14 19 71513 16135 00984 10223

BUS14 BUS15 20 1193 -069671 000707 -008669

BUS15 BUS16 21 -61113 -4099 010049 095887

BUS16 BUS17 22 51209 -045295 00319 032762

BUS16 BUS19 23 -102938 -39142 033316 38445

BUS16 BUS21 24 -75106 041206 007824 11706

BUS16 BUS24 25 -10399 -18394 000228 00046

BUS17 BUS18 26 43783 -019098 002304 019313

BUS17 BUS27 27 071071 -058958 000167 -016774

BUS21 BUS22 28 -13837 -3381 027167 4578

BUS22 BUS23 29 10372 15681 000291 -009404

BUS23 BUS24 30 83187 33043 023923 35628

BUS25 BUS26 31 15326 27558 004095 001147

BUS26 BUS27 32 57848 2892 008598 07485

BUS26 BUS28 33 -3195 -031065 006372 013951

BUS26 BUS29 34 -42678 -022476 015083 087458

BUS28 BUS29 35 -79563 -10795 011934 10905

BUS02 BUS30 36 -58254 -74984 0 20702

BUS06 BUS31 37 -65695 -25408 0 61999

BUS06 BUS31 38 -65695 -25408 0 61999

BUS10 BUS32 39 -151461 -6715 0 119864

129

BUS12 BUS11 40 -007516 -099262 000397 010795

BUS12 BUS13 41 -011868 -10141 000418 011357

BUS19 BUS20 42 38649 -17168 001672 032972

BUS19 BUS33 43 -144918 -60419 02349 47652

BUS20 BUS34 44 -116584 -43953 01789 3578

BUS22 BUS35 45 -151459 -95271 0 61873

BUS23 BUS36 46 -129283 -35713 012071 65668

BUS25 BUS37 47 -124678 -22077 011512 44514

BUS29 BUS38 48 -189592 -38828 038127 74347

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 29911 -20513 005093 -003257

BUS39 BUS01 2 -14643 077281 000582 -023653

BUS39 BUS01 3 -14643 077281 000582 -023653

BUS03 BUS02 4 -81658 -54911 020549 22022

BUS25 BUS02 5 58272 -16244 029017 023195

BUS04 BUS03 6 -15231 -37683 004916 069085

BUS18 BUS03 7 075229 -10682 000298 -0091

BUS05 BUS04 8 4113 053589 003119 044062

BUS14 BUS04 9 58599 12879 006305 095555

BUS06 BUS05 10 112079 25676 005774 073114

BUS08 BUS05 11 -69418 -047112 00953 12716

BUS07 BUS06 12 -93958 -13486 01339 20045

BUS11 BUS06 13 76878 18184 008922 097932

BUS08 BUS07 14 -40476 072713 001668 016022

130

BUS09 BUS08 15 10184 56903 010425 14208

BUS39 BUS09 16 1055 55035 003659 -018671

BUS11 BUS10 17 -77669 -2919 005605 056551

BUS13 BUS10 18 -72742 -27412 004896 048928

BUS14 BUS13 19 -70529 -059119 00984 10223

BUS15 BUS14 20 -11859 061002 000707 -008669

BUS16 BUS15 21 62118 50579 010049 095887

BUS17 BUS16 22 -5089 078056 00319 032762

BUS19 BUS16 23 106269 77587 033316 38445

BUS21 BUS16 24 75888 075852 007824 11706

BUS24 BUS16 25 10422 1844 000228 00046

BUS18 BUS17 26 -43553 038412 002304 019313

BUS27 BUS17 27 -070903 042184 000167 -016774

BUS22 BUS21 28 141087 7959 027167 4578

BUS23 BUS22 29 -10343 -16621 000291 -009404

BUS24 BUS23 30 -80794 025853 023923 35628

BUS26 BUS25 31 -14917 -27443 004095 001147

BUS27 BUS26 32 -56988 -21435 008598 07485

BUS28 BUS26 33 32587 045016 006372 013951

BUS29 BUS26 34 44187 10993 015083 087458

BUS29 BUS28 35 80756 21701 011934 10905

BUS30 BUS02 36 58254 95686 0 20702

BUS31 BUS06 37 65695 87407 0 61999

BUS31 BUS06 38 65695 87407 0 61999

BUS32 BUS10 39 151461 187014 0 119864

BUS11 BUS12 40 007913 11006 000397 010795

BUS13 BUS12 41 012285 11277 000418 011357

BUS20 BUS19 42 -38482 20465 001672 032972

BUS33 BUS19 43 147267 10807 02349 47652

131

BUS34 BUS20 44 118373 79733 01789 3578

BUS35 BUS22 45 151459 157144 0 61873

BUS36 BUS23 46 13049 101381 012071 65668

BUS37 BUS25 47 125829 6659 011512 44514

BUS38 BUS29 48 193404 113176 038127 74347

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1443043

REACTIVE POWER [pu] 1212158

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1402543

REACTIVE POWER [pu] 31686

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 405

REACTIVE POWER [pu] 895298

Annexe B1 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds (eacutetat de base)

132

CONTINUATION POWER FLOW REPORT

P S A T 218

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail FedericoMilanouclmes

website httpwwwuclmesareagseeWebFederico

File Cworkworkpsat 216psat 218psattestsPFE _2017PFE_SEVersion 2PFE_SESimulation

STATCOM_version 2b_d_Ieee39satatcomN08

Date 18-Jun-2017 183446

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 500

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

133

BUS01 09982 -053682 0 0 0 0

BUS02 093356 -040526 0 0 0 0

BUS03 083248 -056145 0 0 74588 005559

BUS04 075506 -060782 0 0 115819 42622

BUS05 078731 -051917 0 0 0 -061985

BUS06 079546 -047221 0 0 0 0

BUS07 07767 -061636 0 0 54157 19458

BUS08 07846 -06495 0 1e-005 120915 093843

BUS09 094102 -062322 0 0 0 0

BUS10 081535 -031761 0 0 0 0

BUS11 080223 -03697 0 0 0 0

BUS12 074304 -037112 0 0 019689 20384

BUS13 079549 -036353 0 0 0 0

BUS14 076855 -047744 0 0 0 0

BUS15 075482 -05163 0 0 74124 35441

BUS16 080356 -042235 0 0 76302 074819

BUS17 080696 -049169 0 0 0 0

BUS18 08103 -054653 0 0 36599 069492

BUS19 093308 -015476 0 0 0 0

BUS20 089997 -022503 0 0 157514 23859

BUS21 080567 -026193 0 0 63469 26638

BUS22 090079 000883 0 0 0 0

BUS23 088298 -000265 0 0 57331 19597

BUS24 081562 -041378 0 0 71484 -21357

BUS25 095503 -033343 0 0 51887 10933

BUS26 085531 -038802 0 0 32198 039379

BUS27 080829 -050935 0 0 6509 17489

BUS28 08815 -018388 0 0 47718 063932

134

BUS29 091752 -003447 0 0 6567 062311

BUS30 10475 -029318 58951 82418 0 0

BUS31 098195 0 134949 126708 021311 010655

BUS32 098304 0104 153273 141443 0 0

BUS33 099716 008297 149029 9774 0 0

BUS34 10123 000838 119789 75294 0 0

BUS35 10493 024882 153272 14353 0 0

BUS36 10635 038446 132051 93699 0 0

BUS37 10278 -002369 127335 58893 0 0

BUS38 10265 029432 195718 107923 0 0

BUS39 103 -06063 235805 99174 255729 5791

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -060625

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 000039

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098204

e1d_Syn_2 000015

delta_Syn_3 010437

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098312

e1d_Syn_3 000029

delta_Syn_4 008336

omega_Syn_4 1

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000032

135

delta_Syn_5 000911

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000058

delta_Syn_6 024915

omega_Syn_6 1

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 03848

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 00003

delta_Syn_8 -002336

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000028

delta_Syn_9 02947

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000028

delta_Syn_10 -029314

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098195

136

vr1_Exc_2 099998

vr2_Exc_2 -11788

vf_Exc_2 098233

vm_Exc_3 098304

vr1_Exc_3 10011

vr2_Exc_3 -078672

vf_Exc_3 09834

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079793

vf_Exc_4 099742

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030384

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10493

vr1_Exc_6 10705

vr2_Exc_6 -067175

vf_Exc_6 10496

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10855

vr2_Exc_7 -031913

vf_Exc_7 10638

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073424

vf_Exc_8 10279

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

137

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57229

tg2_Tg_2 57229

tg3_Tg_2 43494

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

138

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

tg3_Tg_10 19

ist_Statcom_1 4

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 235805

p_Syn_1 235805

q_Syn_1 99174

vf_Syn_2 098233

pm_Syn_2 13495

p_Syn_2 134949

q_Syn_2 126708

vf_Syn_3 09834

pm_Syn_3 153273

p_Syn_3 153273

q_Syn_3 141443

vf_Syn_4 099742

pm_Syn_4 149029

p_Syn_4 149029

q_Syn_4 9774

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 119789

139

p_Syn_5 119789

q_Syn_5 75294

vf_Syn_6 10496

pm_Syn_6 153274

p_Syn_6 153272

q_Syn_6 14353

vf_Syn_7 10638

pm_Syn_7 132051

p_Syn_7 132051

q_Syn_7 93699

vf_Syn_8 10279

pm_Syn_8 127335

p_Syn_8 127335

q_Syn_8 58893

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 195718

p_Syn_9 195718

q_Syn_9 107923

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 58951

p_Syn_10 58951

q_Syn_10 82418

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

140

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

vref_Statcom_1 1087

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -28037 16564 004173 -016258

BUS01 BUS39 2 14018 -082822 000477 -026649

BUS01 BUS39 3 14018 -082822 000477 -026649

BUS02 BUS03 4 85352 60288 016491 17143

BUS02 BUS25 5 -54854 23382 028801 022363

BUS03 BUS04 6 15487 28864 002097 020373

BUS03 BUS18 7 -063723 13726 000397 -009632

BUS04 BUS05 8 -4203 -14955 002777 036443

BUS04 BUS14 9 -58512 -008406 004804 069451

141

BUS05 BUS06 10 -114092 -13397 004257 05262

BUS05 BUS08 11 71784 009964 006653 084029

BUS06 BUS07 12 97568 16469 009295 13554

BUS06 BUS11 13 -79267 038477 006971 0728

BUS07 BUS08 14 42481 -16543 001373 011035

BUS08 BUS09 15 -074523 -34437 004342 03998

BUS09 BUS39 16 -078866 -38435 001309 -084056

BUS10 BUS11 17 81006 19153 004175 040109

BUS10 BUS13 18 72267 32265 003778 035886

BUS13 BUS14 19 70483 18322 007572 074431

BUS14 BUS15 20 10733 030933 000404 -016363

BUS15 BUS16 21 -63432 -30711 007799 071062

BUS16 BUS17 22 50068 -056869 002747 02623

BUS16 BUS19 23 -10422 -32119 029317 33425

BUS16 BUS21 24 -76042 085882 007274 10625

BUS16 BUS24 25 -10319 -16082 000166 -001185

BUS17 BUS18 26 43215 -062084 002043 015313

BUS17 BUS27 27 06578 -021016 000089 -019797

BUS21 BUS22 28 -140238 -28675 025194 42217

BUS22 BUS23 29 10514 15365 000274 -010306

BUS23 BUS24 30 84048 27448 022283 32842

BUS25 BUS26 31 16596 25876 003759 -004213

BUS26 BUS27 32 59316 24294 007946 066838

BUS26 BUS28 33 -32111 -013633 006074 008103

BUS26 BUS29 34 -43183 -005718 014609 079232

BUS28 BUS29 35 -80436 -085668 011761 1067

BUS02 BUS30 36 -58951 -6548 0 16938

BUS06 BUS31 37 -66409 -19488 0 43334

BUS06 BUS31 38 -66409 -19488 0 43334

142

BUS10 BUS32 39 -153273 -51418 0 90025

BUS12 BUS11 40 -005903 -1078 000342 009294

BUS12 BUS13 41 -013786 -096038 000276 007506

BUS19 BUS20 42 39641 -13164 001576 031072

BUS19 BUS33 43 -146793 -52379 022361 4536

BUS20 BUS34 44 -118031 -4013 017582 35164

BUS22 BUS35 45 -153272 -86257 0 57273

BUS23 BUS36 46 -130892 -30649 01159 63049

BUS25 BUS37 47 -126217 -15664 01118 43229

BUS29 BUS38 48 -191925 -33962 037929 73961

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 28454 -1819 004173 -016258

BUS39 BUS01 2 -13971 056173 000477 -026649

BUS39 BUS01 3 -13971 056173 000477 -026649

BUS03 BUS02 4 -83702 -43145 016491 17143

BUS25 BUS02 5 57734 -21145 028801 022363

BUS04 BUS03 6 -15277 -26826 002097 020373

BUS18 BUS03 7 06412 -14689 000397 -009632

BUS05 BUS04 8 42307 18599 002777 036443

BUS14 BUS04 9 58993 077857 004804 069451

BUS06 BUS05 10 114517 18659 004257 05262

BUS08 BUS05 11 -71119 074065 006653 084029

BUS07 BUS06 12 -96638 -029146 009295 13554

BUS11 BUS06 13 79964 034323 006971 0728

143

BUS08 BUS07 14 -42344 17647 001373 011035

BUS09 BUS08 15 078866 38435 004342 03998

BUS39 BUS09 16 080175 3003 001309 -084056

BUS11 BUS10 17 -80589 -15142 004175 040109

BUS13 BUS10 18 -71889 -28677 003778 035886

BUS14 BUS13 19 -69726 -10879 007572 074431

BUS15 BUS14 20 -10693 -047297 000404 -016363

BUS16 BUS15 21 64212 37817 007799 071062

BUS17 BUS16 22 -49793 083099 002747 02623

BUS19 BUS16 23 107152 65544 029317 33425

BUS21 BUS16 24 76769 020366 007274 10625

BUS24 BUS16 25 10336 15963 000166 -001185

BUS18 BUS17 26 -43011 077397 002043 015313

BUS27 BUS17 27 -065692 001218 000089 -019797

BUS22 BUS21 28 142758 70892 025194 42217

BUS23 BUS22 29 -10486 -16395 000274 -010306

BUS24 BUS23 30 -8182 053938 022283 32842

BUS26 BUS25 31 -1622 -26297 003759 -004213

BUS27 BUS26 32 -58521 -17611 007946 066838

BUS28 BUS26 33 32719 021736 006074 008103

BUS29 BUS26 34 44644 08495 014609 079232

BUS29 BUS28 35 81612 19236 011761 1067

BUS30 BUS02 36 58951 82418 0 16938

BUS31 BUS06 37 66409 62821 0 43334

BUS31 BUS06 38 66409 62821 0 43334

BUS32 BUS10 39 153273 141443 0 90025

BUS11 BUS12 40 006245 1171 000342 009294

BUS13 BUS12 41 014062 10354 000276 007506

BUS20 BUS19 42 -39483 16271 001576 031072

144

BUS33 BUS19 43 149029 9774 022361 4536

BUS34 BUS20 44 119789 75294 017582 35164

BUS35 BUS22 45 153272 14353 0 57273

BUS36 BUS23 46 132051 93699 01159 63049

BUS37 BUS25 47 127335 58893 01118 43229

BUS38 BUS29 48 195718 107923 037929 73961

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1460172

REACTIVE POWER [pu] 102682

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1424692

REACTIVE POWER [pu] 288773

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 35479

REACTIVE POWER [pu] 738047

Annexe B2 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du

STATCOM au nœud 8 (Zone 1)

145

POWER FLOW REPORT

P S A T 219

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail federicomilanoucdie

website faraday1ucdiepsathtml

File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeteste ssscb_d00

Date 09-Jun-2017 153006

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 336

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 099097 -068975 0 0 0 0

BUS02 091781 -05429 0 0 0 0

BUS03 079734 -070717 0 0 75617 005636

BUS04 066326 -076185 0 0 117417 43209

BUS05 066473 -064183 0 0 0 -044187

146

BUS06 067567 -057647 0 0 0 0

BUS07 063172 -078416 0 0 54904 19726

BUS08 063378 -083261 0 0 122583 41331

BUS09 087869 -078891 0 0 0 0

BUS10 072734 -037936 0 0 0 0

BUS11 070208 -044367 0 0 0 0

BUS12 063793 -044818 0 0 019961 20665

BUS13 070846 -044069 0 0 0 0

BUS14 069215 -059233 0 0 0 0

BUS15 07407 -064955 0 0 75147 3593

BUS16 081822 -05593 0 0 77354 075851

BUS17 080501 -063045 0 0 0 0

BUS18 079536 -068866 0 0 37104 07045

BUS19 093754 -029105 0 0 0 0

BUS20 090167 -036109 0 0 159687 24188

BUS21 087 -041123 0 0 64345 27006

BUS22 10049 -018383 0 0 0 0

BUS23 095617 -018974 0 0 58121 19867

BUS24 084024 -055252 0 0 7247 -21652

BUS25 094412 -04701 0 0 52603 11084

BUS26 08466 -05244 0 0 32642 039922

BUS27 0802 -06492 0 0 65988 1773

BUS28 087316 -031212 0 0 48376 064814

BUS29 091081 -015774 0 0 66575 06317

BUS30 10475 -042699 5993 9148 0 0

BUS31 098193 0 137349 178813 021605 010802

BUS32 098303 010582 155818 187617 0 0

BUS33 099716 -005013 151503 95238 0 0

BUS34 10123 -012399 121778 74705 0 0

147

BUS35 10492 -014155 155816 166126 0 0

BUS36 10635 017417 134243 63977 0 0

BUS37 10278 -015159 129449 64436 0 0

BUS38 10265 017894 198968 113339 0 0

BUS39 103 -076593 23972 128843 259257 58709

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -076589

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 00004

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098206

e1d_Syn_2 000016

delta_Syn_3 01062

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098313

e1d_Syn_3 000029

delta_Syn_4 -004973

omega_Syn_4 1

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000033

delta_Syn_5 -012326

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000059

delta_Syn_6 -014122

omega_Syn_6 1

148

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 017452

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 000031

delta_Syn_8 -015125

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000028

delta_Syn_9 017933

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000029

delta_Syn_10 -042696

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098193

vr1_Exc_2 10001

vr2_Exc_2 -1179

vf_Exc_2 098247

vm_Exc_3 098303

vr1_Exc_3 10012

vr2_Exc_3 -07868

149

vf_Exc_3 09835

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079793

vf_Exc_4 099741

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030384

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10492

vr1_Exc_6 10706

vr2_Exc_6 -067177

vf_Exc_6 10497

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10854

vr2_Exc_7 -03191

vf_Exc_7 10637

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073425

vf_Exc_8 1028

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

150

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57296

tg2_Tg_2 57296

tg3_Tg_2 43545

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

151

tg3_Tg_10 19

vcs_Sssc_1 024834

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 23972

p_Syn_1 23972

q_Syn_1 128843

vf_Syn_2 098247

pm_Syn_2 137351

p_Syn_2 137349

q_Syn_2 178813

vf_Syn_3 09835

pm_Syn_3 155818

p_Syn_3 155818

q_Syn_3 187617

vf_Syn_4 099741

pm_Syn_4 151503

p_Syn_4 151503

q_Syn_4 95238

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 121778

p_Syn_5 121778

q_Syn_5 74705

vf_Syn_6 10497

pm_Syn_6 155819

p_Syn_6 155816

q_Syn_6 166126

152

vf_Syn_7 10637

pm_Syn_7 134243

p_Syn_7 134243

q_Syn_7 63977

vf_Syn_8 1028

pm_Syn_8 129449

p_Syn_8 129449

q_Syn_8 64436

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 198968

p_Syn_9 198968

q_Syn_9 113339

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 5993

p_Syn_10 5993

q_Syn_10 9148

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

153

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

v0_Sssc_1 024834

pref_Sssc_1 -65

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -30454 19186 005128 -003514

BUS01 BUS39 2 15227 -095928 000595 -023441

BUS01 BUS39 3 15227 -095928 000595 -023441

BUS02 BUS03 4 85484 71305 019364 20591

BUS02 BUS25 5 -56521 19983 030072 02429

BUS03 BUS04 6 16592 48844 005583 079567

BUS03 BUS18 7 -086611 013058 000137 -011907

BUS04 BUS05 8 -40971 039838 003086 043458

BUS04 BUS14 9 -60412 -063061 006702 10172

BUS05 BUS06 10 -114034 -15612 005995 075982

BUS05 BUS08 11 72754 19668 010307 13807

BUS06 BUS07 12 98009 356 014314 21465

BUS06 BUS11 13 -77454 -1037 009353 10297

BUS07 BUS08 14 41674 -055909 00177 017236

154

BUS08 BUS09 15 -093637 -42784 010612 14517

BUS09 BUS39 16 -10425 -57301 003733 -016642

BUS10 BUS11 17 79843 37573 005898 059683

BUS10 BUS13 18 75975 26941 004921 049144

BUS13 BUS14 19 74265 099622 010083 10471

BUS14 BUS15 20 12175 -16987 001532 -000336

BUS15 BUS16 21 -63125 -52883 011043 10493

BUS16 BUS17 22 53385 093664 003081 030328

BUS16 BUS19 23 -106504 -28279 028885 3285

BUS16 BUS21 24 -79033 -21786 007988 11662

BUS16 BUS24 25 -094316 -30262 000444 004057

BUS17 BUS18 26 46012 064426 002338 018941

BUS17 BUS27 27 07065 -001089 000102 -019408

BUS21 BUS22 28 -144177 -60454 02571 42727

BUS22 BUS23 29 090684 49468 001558 007174

BUS23 BUS24 30 84057 39679 021112 30663

BUS25 BUS26 31 16131 24983 003604 -004873

BUS26 BUS27 32 59739 2273 008058 068314

BUS26 BUS28 33 -32701 -010726 006433 013216

BUS26 BUS29 34 -4391 -001791 015431 089643

BUS28 BUS29 35 -81721 -088757 012378 11369

BUS02 BUS30 36 -5993 -71751 0 1973

BUS06 BUS31 37 -67594 -2422 0 64646

BUS06 BUS31 38 -67594 -2422 0 64646

BUS10 BUS32 39 -155818 -64515 0 123103

BUS12 BUS11 40 -008249 -098751 000391 010623

BUS12 BUS13 41 -011712 -1079 000469 012744

BUS19 BUS20 42 39856 -11624 001542 030405

BUS19 BUS33 43 -149249 -49505 022544 45733

155

BUS20 BUS34 44 -119985 -38853 017926 35853

BUS22 BUS35 45 -155816 -15265 0 13477

BUS23 BUS36 46 -133266 -10795 009776 53183

BUS25 BUS37 47 -128261 -18513 011877 45923

BUS29 BUS38 48 -194987 -35705 039812 77634

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 30966 -19537 005128 -003514

BUS39 BUS01 2 -15167 072488 000595 -023441

BUS39 BUS01 3 -15167 072488 000595 -023441

BUS03 BUS02 4 -83548 -50713 019364 20591

BUS25 BUS02 5 59528 -17554 030072 02429

BUS04 BUS03 6 -16034 -40887 005583 079567

BUS18 BUS03 7 086747 -024965 000137 -011907

BUS05 BUS04 8 4128 003621 003086 043458

BUS14 BUS04 9 61082 16479 006702 10172

BUS06 BUS05 10 114633 2321 005995 075982

BUS08 BUS05 11 -71723 -058609 010307 13807

BUS07 BUS06 12 -96578 -14135 014314 21465

BUS11 BUS06 13 78389 20668 009353 10297

BUS08 BUS07 14 -41497 073145 00177 017236

BUS09 BUS08 15 10425 57301 010612 14517

BUS39 BUS09 16 10798 55637 003733 -016642

BUS11 BUS10 17 -79253 -31605 005898 059683

BUS13 BUS10 18 -75483 -22027 004921 049144

156

BUS14 BUS13 19 -73257 005086 010083 10471

BUS15 BUS14 20 -12022 16953 001532 -000336

BUS16 BUS15 21 64229 63376 011043 10493

BUS17 BUS16 22 -53077 -063336 003081 030328

BUS19 BUS16 23 109393 61129 028885 3285

BUS21 BUS16 24 79832 33448 007988 11662

BUS24 BUS16 25 09476 30668 000444 004057

BUS18 BUS17 26 -45779 -045485 002338 018941

BUS27 BUS17 27 -070548 -018318 000102 -019408

BUS22 BUS21 28 146748 103181 02571 42727

BUS23 BUS22 29 -089126 -48751 001558 007174

BUS24 BUS23 30 -81946 -090159 021112 30663

BUS26 BUS25 31 -1577 -2547 003604 -004873

BUS27 BUS26 32 -58934 -15898 008058 068314

BUS28 BUS26 33 33345 023942 006433 013216

BUS29 BUS26 34 45453 091434 015431 089643

BUS29 BUS28 35 82958 20245 012378 11369

BUS30 BUS02 36 5993 9148 0 1973

BUS31 BUS06 37 67594 88866 0 64646

BUS31 BUS06 38 67594 88866 0 64646

BUS32 BUS10 39 155818 187617 0 123103

BUS11 BUS12 40 00864 10937 000391 010623

BUS13 BUS12 41 012181 12065 000469 012744

BUS20 BUS19 42 -39702 14665 001542 030405

BUS33 BUS19 43 151503 95238 022544 45733

BUS34 BUS20 44 121778 74705 017926 35853

BUS35 BUS22 45 155816 166126 0 13477

BUS36 BUS23 46 134243 63977 009776 53183

BUS37 BUS25 47 129449 64436 011877 45923

157

BUS38 BUS29 48 198968 113339 039812 77634

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1484574

REACTIVE POWER [pu] 1164575

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1444346

REACTIVE POWER [pu] 326439

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 40229

REACTIVE POWER [pu] 838136

Annexe B3 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du

SSSC agrave la linge 45 (Zone 3)

Page 8: Mémoire - pmb.univ-saida.dz

I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations 29

I72) Le system de protection 30

I8) La Stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31

I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31

I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 31

I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire) 32

I8211) Stabiliteacute Angulaire Aux Petites Perturbations 33

I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

transitoire

34

I822) Stabiliteacute de la freacutequence 35

I823) Stabiliteacute de tension 35

I8231) Instabiliteacute de la tension 35

I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension 36

I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites

perturbations

36

I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes

perturbations

36

I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension 36

I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation 37

I92) Charge appeleacutee trop importante 37

I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport 37

I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 38

I11) Conclusion 40

Le concept des FACTS

II1) Introduction 42

II2) Le concept FACTS 42

II21) Fonctionnement des FACTS

II22) Contexte algeacuterien

44

45

II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS 47

II3) Les dispositifs FACTS 47

II4) Classification des dispositifs FACTS 48

II41) Classification selon la geacuteneacuteration 48

II411) Geacuteneacuteration I 48

II412) Geacuteneacuteration II 48

II413) Geacuteneacuteration III 48

II42) Classification selon la cateacutegorie 48

II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS 49

a) Dispositifs FACTS Shunt 49

Compensateur statique de puissance reacuteactive (SVC) 49

Compensateur statique synchrone ( STATCOM) 49

Geacuteneacuterateur statique synchrone (SSG) 49

Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (SVG) 50

Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (SVS) 50

Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (TCBR) 50

b) Dispositifs FACTS seacuteries 51

Controcircleur de transit de puissance entre lignes (IPFC) 51

Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (TCSC) 51

Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (TSSC) 51

Chapitre II

Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (TCSR) 51

Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (TSSR) 52

Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (SSSC) 52

c) Dispositifs FACTS hybrides 52

Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (UPFC) 52

Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (TCPST) 52

Reacutegulateur de puissance interphases (IPC) 52

d) Autres dispositifs FACTS 53

Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVL) 53

Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVR) 53

II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors 54

Compensateur synchrone statique(STATCOM) 54

Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC) 58

II6) Coucirct des dispositifs FACTS 62

II7) Synthegravese des dispositifs FACTS 63

II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie des

dispositifs FACTS

63

II9) Conclusion 64

Modeacutelisation du systegraveme eacutetudieacute de la charge au reacuteseau complet

III1) Introduction 67

III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS 67

III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs 67

III22) Modegraveles des charges 69

III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt 69

III24) Modegraveles de la ligne 70

Chapitre III

III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques 71

III26) Modegraveles du transformateur 72

III27) Modeacutelisation de la machine synchrone 73

III28) Modeacutelisation du STATCOM 74

III29) Modeacutelisation du SSSC 75

III3) Conclusion 78

IV1) Introduction 80

IV2) Outils de simulation 81

IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 82

IV31) Facteur de charger et les directions de puissance 83

IV32) Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance 84

IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE39 nœuds 87

IV41) Preacutesentation du reacuteseau 87

IV5) Emplacement du STATCOM 91

IV51) Impact du STATCOM 92

IV511) Profils des tensions et les pertes de puissance dans le

systegraveme

94

IV512) Synthegravese 98

IV6) Emplacement du SSSC 99

IV61) Impact du SSSC 100

IV611) SSSC inseacutereacute sur la linge 45 103

IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 104

IV613) Synthegravese 106

IV7) Conclusion 107

Chapitre IV

Ameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau de transport par les FACTS

Conclusion geacuteneacuterale 109

Bibliographies 112

Annexes 116

Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique 14

Figure I2 Reacuteseaux publique 15

Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique 17

Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial 19

Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute 19

Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute 20

Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension 24

Figure I8 Paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12) 25

Figure I9 Harmoniques 27

Figure I10 Exemple de surtension 27

Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension 28

Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension 29

Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques 30

Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique 32

Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps 34

Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 39

Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif 43

Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar 46

Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie 47

Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie 48

Figure II5 Classification des dispositifs FACTS 54

Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM 55

Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM 56

Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM 57

Liste des figures

Figure II9 Scheacutema de base du SSSC 58

Figure II10

Figure II11

Figure II12

Figure II13

Caracteacuteristique statiques du SSSC

Principe de fonctionnement de SSSC

Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple

Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du

SSSC

59

60

61

61

Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur 68

Figure III2 Modegravele des charges 69

Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt 70

Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport 70

Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur 72

Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone 73

Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM 74

Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation 76

Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT 82

Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink 82

Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas preacutedicteur) 85

Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas correcteur) 86

Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas correcteur obtenu

par les moyens de la parameacutetrisation locale

87

Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds 88

Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds 89

Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS 90

Figure IV9 Profile de tension du reacuteseau IEEE 39-nœuds 91

Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone 91

Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1 du systegraveme (eacutetat de base) 92

Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme (eacutetat de base) 92

Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de base 92

Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8 94

Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8 94

Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 8 95

Figure IV17 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 8 95

Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM 95

Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 03 96

Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 15 96

Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 15 97

Figure IV23 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV24 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 3 97

Figure IV25 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 15 98

Figure IV26 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 15 98

Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents

emplacements du STATCOM

98

Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du

STATCOM

99

Figure IV29 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement 100

Figure IV30 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement 100

Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15 101

Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge15 102

Figure IV35 Profils de pertes de puissance actives avec SSSC sur la ligne 15 102

Figure IV36 Profils de pertes de puissance reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15 102

Figure IV37 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103

Figure IV38 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103

Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge 45 104

Figure IV41 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV42 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45 104

Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge48 105

Figure IV45 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV46 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48 105

Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC 106

Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents emplacements du

SSSC

106

Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS 62

Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS 63

Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme 72

Liste des tableaux

kV Kilovolt

Hz Hertz

THT Tregraves haute tension

UHT Ultra haute tension

Km Kilomegravetre

HTB Haute tension

RTE Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute

HTA Moyenne tension

BT Basse tension

SDO Socieacuteteacute de distribution de lrsquoouest

UMA Union du Maghreb Arabe

ONE Office National Marocain de lrsquoElectriciteacute

STEG Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz

Comelec Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute

IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Eacutelectriciteacute et en Eacutelectronique

CEI Commission eacutelectrotechnique internationale

119880119903119890119891 Tension de reacutefeacuterence

ms Mili-seconde

rms Root means square

pu Systegraveme de valeur relative (Per unit )

CPF Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance

GW Geacutegawatts

PSAT Power System Analysis Toolbox

AC Alternative Current (Courant altenatif)

IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Electriciteacute et en Electronique

Liste des acronymes

∆U Diffeacuterence de tension

∆T Diffeacuterence de temps

FACTS Flexible Alternating Current Transmission System

STATCOM Compensateur Statique Synchrone

SSSC

GTO

Compensateur Statique seacuterie synchrone

Gate Turn Off

119881119904 Tension de la source

119881119903 Tension de la charge

119868119898119886119909 Courant maximal

119868119898119894119899 Courant minimal

MLI Modulation par largeur dimpulsion

119881119904ℎ Tension (shunt) injecteacutee par le STATCOM

119876119904ℎ Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le STATCOM

119876119903 Puissance reacuteactive demandeacutee par la charge

119868119904ℎ Courant (shunt) injecteacute par le STATCOM

119881119904119890 Tension (seacuterie) injecteacute par le SSSC

119883119897 Reacuteactance de la ligne de transport

X Reacuteactance totale du reacuteseau

119883119890119891119891 Reacuteactance effective

V Tension de source

B Susceptance

119883119886 Reacuteactance seacuterie limitant les transitoires

119868119902 Composante du courant de la ligne sur lrsquoaxe q

119868prime119902 Composante du courant fourni par le compensateur shunt sur lrsquoaxe q

119881119904119902 Composante de la tension de la source sur lrsquoaxe q

119883119894 Angle de commutation

119868119897 Courant de ligne

λ Facteur de charge

Liste des symboles

Introduction geacuteneacuterale

INTRODUCTION GENERALE

9

Aujourdrsquohui la consommation de leacutenergie eacutelectrique et le sceacutenario des systegravemes

dalimentation est hautement complexe et interconnecteacute il y a un grand besoin

dameacuteliorer lutilisation deacutenergie eacutelectrique tout en conservant sa fiabiliteacute et sa seacutecuriteacute

Lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecoulement de puissance et la stabiliteacute dans le langage du systegraveme

eacutelectrique est la solution de leacutetat deacutequilibre des reacuteseaux Habituellement une centrale nest

pas situeacutee agrave proximiteacute du centre de charge mais elle peut ecirctre loin du centre de distribution

en raison de circonstances diverses Pour reacutepondre agrave la demande de puissance sans

cesse croissante les services publics preacutefegraverent sappuyer sur la production de

leacutelectriciteacute deacutejagrave existante au lieu de construire de nouvelles lignes de transmission qui

sont limiteacutees par des contraintes diverses

Les reacuteseaux eacutelectriques jusquagrave ces derniegraveres anneacutees sont controcircleacutes

meacutecaniquement malgreacute lutilisation de la microeacutelectronique des ordinateurs et des

moyens rapides de teacuteleacutecommunication dans le controcircle des reacuteseaux la derniegravere action dans

ces systegravemes de commande est prise avec des dispositifs meacutecaniques ayant un temps

de reacuteponse plus au moins long et avec lesquels laction damorccedilage et de reacuteamorccedilage

ne peut ecirctre reacutepeacutetitivement exeacutecuteacute agrave une freacutequence eacuteleveacutee

Les eacuteleacutements proposeacutes qui permettent drsquoameacuteliorer les systegravemes sont les dispositifs

FACTS laquo Flexible Alternating Current Transmission System raquo Les dispositifs FACTS font

en geacuteneacuteral appel agrave leacutelectronique de puissance des microprocesseurs de lautomatique des

teacuteleacutecommunications et des logiciels pour parvenir agrave controcircler les systegravemes de puissance Ce

sont des eacuteleacutements de reacuteponse rapide Ils donnent en principe un controcircle plus souple

de leacutecoulement de puissance Ils donnent aussi la possibiliteacute de charger les lignes de transit

agrave des valeurs pregraves de leur limite thermique et augmentent la capaciteacute de transfegravere de la

puissance dune reacutegion agrave une autre Ils Limitent aussi les effets des deacutefauts et

des deacutefaillances de leacutequipement et stabilisent le comportement du reacuteseau eacutelectrique

Lrsquoeacutetude du comportement de la tension dans les reacuteseaux eacutelectriques est devenue une

preacuteoccupation majeure des exploitants et planificateurs de ces systegravemes En fait plusieurs

incidents geacuteneacuteraliseacutes survenus dans le monde ont eacuteteacute associeacutes agrave des instabiliteacutes de tension Ce

mode drsquoinstabiliteacute nrsquoest pas encore bien maicirctriseacute compareacute au mode drsquoinstabiliteacute angulaire

(dynamique et transitoire) En effet le meacutecanisme causant lrsquoinstabiliteacute de tension semble lrsquoun

des plus importants problegravemes agrave clarifier Aujourdrsquohui encore il nrsquoy a pas une theacuteorie

INTRODUCTION GENERALE

10

disponible et largement accepteacutee pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension Les problegravemes lieacutes agrave

ce type drsquoinstabiliteacute constituent alors dans plusieurs pays un axe de recherche tregraves important

Des releveacutes sur les incidents survenus durant les derniegraveres deacutecennies ont montreacute que

lrsquoeffondrement de tension intervient geacuteneacuteralement suite agrave une perturbation majeure ou agrave une

augmentation importante de la charge sur un reacuteseau eacutelectrique soumis agrave de fortes contraintes

Ce reacuteseau srsquoaffaiblit et sa consommation reacuteactive srsquoaccroicirct Le pheacutenomegravene est alors

caracteacuteriseacute par une baisse progressive de la tension dans une ou plusieurs reacutegions

consommatrices et qui va en srsquoacceacuteleacuterant au bout de quelques minutes La deacutegradation de la

tension au niveau des charges est alors telle qursquoelle entraicircne des interruptions de service dont

les causes directes peuvent ecirctre

- Manque de tension

- Augmentation des pertes reacuteactive du reacuteseau

La deacutefaillance du reacuteglage de la tension au niveau des bornes des groupes a pour

conseacutequence une acceacuteleacuteration de la deacutegradation du plan de la tension qui peut aller jusqursquoagrave

des deacuteclenchements en cascade de groupes et de lignes et un effondrement geacuteneacuteral du reacuteseau

Dans cette situation les moyens classiques de controcircle des reacuteseaux (transformateur agrave

prises reacuteglables en charge transformateurs deacutephaseurs compensateurs seacuterie ou parallegravele

commuteacutes par disjoncteurs modification des consignes de production changement de

topologie du reacuteseau et action sur lexcitation des geacuteneacuterateurs) pourraient dans lavenir saveacuterer

trop lents et insuffisants pour reacutepondre efficacement aux problegravemes drsquoinstabiliteacute du reacuteseau

compte tenu notamment des nouvelles contraintes Il faudra donc compleacuteter leur action en

mettant en œuvre des dispositifs eacutelectroniques de puissance ayant des temps de reacuteponse

courts qui sont les FACTS

Le maintien de lrsquoeacutequilibre entre la production et la consommation neacutecessite alors une

surveillance permanente du systegraveme afin drsquoassurer la qualiteacute du service (problegraveme de

conduite) garantir sa seacutecuriteacute (problegraveme de protection) et sa stabiliteacute (problegraveme de reacuteglage)

Ainsi le premier chapitre de ce meacutemoire est consacreacute agrave une introduction geacuteneacuterale aux

problegravemes que rencontrent actuellement les reacuteseaux eacutelectriques Nous preacutesenterons ensuite La

INTRODUCTION GENERALE

11

stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

Dans le deuxiegraveme chapitre nous preacutesenterons le concept FACTS et plus

particuliegraverement le contexte Algeacuterien ainsi la conception et le principe de fonctionnement de

deux systegravemes FACTS qui seront retenus pour la suite de cette eacutetude

Dans le troisiegraveme chapitre nous preacutesenterons la modeacutelisation de deux systegravemes FACTS

qui sont retenus pour la simulation La modeacutelisation des eacuteleacutements des reacuteseaux sera eacutegalement

eacutevoqueacutee

Le chapitre quatre preacutesentera les reacutesultats des simulations lors de lrsquoeffondrement de

tension Ces tests concernent lrsquoimpact des dispositifs FACTS sur le pheacutenomegravene de

lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de

puissance (CPF) Nous utiliserons pour cela le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds

Lorsque tout ce qui preacutecegravede aura eacuteteacute exposeacute il ne nous restera plus qursquoagrave conclure et agrave

proposer des perspectives drsquoeacutetudes futures permettant de compleacuteter le travail reacutealiseacute tout au

long de ce meacutemoire

12

Chapitre 1

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

13

CHAPITRE I

I1) Introduction

Lrsquoeacutenergie eacutelectrique est la forme drsquoeacutenergie la plus largement reacutepandue car elle est

facilement transportable avec un rendement eacuteleveacute et un coucirct raisonnable Un reacuteseau eacutelectrique

est un ensemble dinfrastructures dont le but est dacheminer de leacutenergie eacutelectrique agrave partir de

centres de production vers les consommateurs deacutelectriciteacute (charge) Le premier reacuteseau

eacutelectrique a vu le jour aux Etats Unis en 1882 et a eacuteteacute conccedilu par Thomas

Edison Crsquoeacutetait un reacuteseau local agrave courant continu et servait agrave assurer lrsquoeacuteclairage de la reacutegion de

Manhattan La distribution de lrsquoeacutenergie eacutetait assureacutee par des cacircbles souterrains

Avec lrsquoinvention du transformateur par William Stanley en 1885 et celle du moteur agrave

courant alternatif par Nikola Tesla en 1888 les reacuteseaux agrave courant alternatif commencegraverent agrave

prendre le pas sur les reacuteseaux agrave courant continu du fait qursquoil eacutetait devenu possible drsquoacheminer

plus de puissance sur de plus grandes distances gracircce agrave des niveaux de tension plus eacuteleveacutes

Un autre avantage non neacutegligeable du courant alternatif est la suppression du collecteur

donc des problegravemes de commutation dans les alternateurs ce qui a permis de construire des

alternateurs de grande puissance agrave moyenne tension Les reacuteseaux eacutetaient drsquoabord monophaseacutes

puis triphaseacutes (23 kV en 1893) et agrave diffeacuterentes freacutequences (28Hz agrave 133Hz) Progressivement

la neacutecessiteacute de mise en fonctionnement en parallegravele et drsquointerconnexion des diffeacuterents reacuteseaux

a conduit agrave la standardisation de la freacutequence

60 Hz aux Etats Unis et au Canada

50 Hz pour la majoriteacute des pays en Afrique Asie et Europe

Les niveaux de tensions ont eux aussi eacutevolueacute graduellement jusqursquoagrave atteindre

aujourdrsquohui lrsquoUltra Haute tension 765 kV en service aux Etats Unis et ce depuis 1969Le

transport drsquoeacutenergie eacutelectrique sur de tregraves grandes distances est devenu plus avantageux en

courant continu qursquoen alternatif et ce gracircce au deacuteveloppement de lrsquoeacutelectronique de puissance

Ainsi il est plus eacuteconomique de convertir la THT ou UHT de lrsquoalternatif au continu de

transporter lrsquoeacutenergie eacutelectrique agrave lrsquoaide de deux lignes et de la reconvertir agrave lrsquoautre extreacutemiteacute

Des eacutetudes ont montreacute qursquoil eacutetait avantageux de recourir au courant continu lorsqursquoil

srsquoagissait de transporter de lrsquoeacutenergie eacutelectrique sur des distances supeacuterieures ou eacutegales agrave 500

km

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

14

CHAPITRE I

Lrsquoaccroissement eacutenorme de la demande de lrsquoeacutenergie eacutelectrique et les contraintes

eacuteconomiques de construire de nouveaux ouvrages conduisent agrave lrsquoexploitation des reacuteseaux

eacutelectriques preacutes de leurs limites de stabiliteacute et de seacutecuriteacute En effet lrsquoinstabiliteacute des reacuteseaux

eacutelectriques preacutesente un problegraveme majeur dans le bon fonctionnement de ces derniers autour du

monde Les perturbations ineacutevitables telles que les courts circuits les indisponibiliteacutes

momentaneacutees des lignes de transmission des geacuteneacuterateurs les transformateurs ainsi que les

pertes dans les lignes peuvent affecter le reacuteseau eacutelectrique agrave tout instant et lrsquoamener en dehors

de sa zone de stabiliteacute La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique est donc la proprieacuteteacute qui lui permet

de rester dans un eacutetat drsquoeacutequilibre pour des conditions de fonctionnement normales et de

retrouver un eacutetat drsquoeacutequilibre acceptable suite agrave une perturbation

I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique

Les reacuteseaux eacutelectriques (transport et distribution) ont pour rocircle drsquoacheminer lrsquoeacutenergie

des sites de production vers les lieux de consommation avec des eacutetapes de baisse du niveau

de tension dans des postes de transformation

Les reacuteseaux eacutelectriques ont pour fonction dinterconnecter les centres

de production tels que les centrales hydrauliques thermiquesetc avec les centres de

consommation (villes usines) [1]

I21) De la centrale aux abonneacutes

La tension agrave la sortie des grandes centrales est porteacutee agrave 400 000 volts (ou 400 kV) pour

limiter les pertes drsquoeacutenergies sous forme de chaleur dans les cacircbles des lignes eacutelectriques de

transport (ce sont les pertes par laquo effets de joule raquo) Ensuite la tension est progressivement

reacuteduite au plus preacutes de la consommation pour arriver aux diffeacuterents niveaux de tension

auxquels sont raccordeacutes les consommateurs (figure I1)

Centrale

De

Production

Poste de

Transformation

THT HT

Poste de

Transformation

MT BT

Poste de

Transformation

HT HT

Abonneacutes HT Abonneacutes BT Abonneacutes MT

Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique

Poste de

Transformation

HTMT

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

15

CHAPITRE I

Les reacuteseaux publics drsquoeacutelectriciteacute (figure I2) sont constitueacutes drsquoun ensemble de

conducteurs et de postes eacutelectriques permettant drsquoacheminer lrsquoeacutenergie depuis les installations

de production jusqursquoaux installations de consommation

Les conducteurs sont les lignes aeacuteriennes ou les cacircbles souterrains (ou les cacircblages

courant en faccedilades drsquoimmeubles) desservant le territoire selon un scheacutema mailleacute ou

arborescent Pour des raisons tenant agrave des calculs technico-eacuteconomiques ils sont exploiteacutes agrave

diffeacuterents niveaux de tension

Les postes eacutelectriques sont situeacutes aux nœuds du maillage ou de lrsquoarborescence des

conducteurs Ils accueillent les transformateurs (pour le changement de niveau de tension) les

organes drsquoaiguillage et de manœuvre des flux et les eacutequipements de surveillance et de seacutecuriteacute

du reacuteseau [2]

Le but premier dun reacuteseau deacutenergie est de pouvoir alimenter la demande des

consommateurs Comme on ne peut encore stocker eacuteconomiquement et en grande quantiteacute

leacutenergie eacutelectrique il faut pouvoir maintenir en permanence leacutegaliteacute [3]

(I1)

Figure I2 Reacuteseaux publiques

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

16

CHAPITRE I

Le reacuteseau eacutelectrique est exploiteacute de maniegravere agrave assurer trois principaux objectifs

bull La distribution drsquoeacutelectriciteacute doit pouvoir ecirctre garantie et ce malgreacute les aleacuteas du reacuteseau

En effet celle-ci est un enjeu agrave la fois financier et de seacutecuriteacute pour les biens mateacuteriels

et des personnes Ainsi lrsquoopeacuterateur du reacuteseau doit ecirctre capable de faire face agrave ces aleacuteas

et drsquoeacuteviter les deacutegacircts potentiels ainsi que leurs propagations Cet enjeu de sucircreteacute de

fonctionnement en reacutegime normal et en reacutegime perturbeacute est un des premiers objectifs

bull Lrsquoonde de tension fait lrsquoobjet drsquoengagement contractuel que lrsquoopeacuterateur se doit de

ternir en respectant une regravegle drsquoeacutegaliteacute cest-agrave-dire une impartialiteacute entre clients en

conservant une continuiteacute de service maximale

bull Le dernier objectif drsquoexploitation est un objectif eacuteconomique lrsquoexploitation doit ecirctre

meneacutee de maniegravere optimale dans le but de reacuteduire les pertes ainsi que les coucircts de

maintenance et drsquoinvestissement Drsquoautre part lrsquoexploitation doit favoriser lrsquoouverture

du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute

I 3) Fonctionnent du reacuteseau eacutelectrique

Lrsquoeacutelectriciteacute produite par les centrales est drsquoabord achemineacutee sur de longues distances

dans des lignes agrave haute tension (HTB) geacutereacutees par RTE (Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute)

Elle est ensuite transformeacutee en eacutelectriciteacute agrave la tension HTA pour pouvoir ecirctre

achemineacutee par le reacuteseau de distribution Cette transformation intervient dans les postes

sources

Une fois sur le reacuteseau de distribution lrsquoeacutelectriciteacute haute tension HTA alimente

directement les clients industriels Pour les autres clients (particuliers commerccedilants

artisans) elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation avant

drsquoecirctre livreacutee

Au final la qualiteacute de lrsquoalimentation en eacutelectriciteacute des utilisateurs du reacuteseau est donc le

reacutesultat de la qualiteacute de tout ce parcours [4]

I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectriques

Dans les pays doteacutes drsquoun systegraveme eacutelectrique eacutelaboreacute le reacuteseau est structureacute en plusieurs

niveaux assurant des fonctions speacutecifiques propres et caracteacuteriseacutes par des tensions adapteacutees agrave

ces fonctions

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

17

CHAPITRE I

Traditionnellement les reacuteseaux eacutelectriques sont deacutecomposeacutes en trois sous-systegravemes la

geacuteneacuteration le transport et la distribution (figure I3) Chaque sous-systegraveme est relieacute par des

postes sources chargeacutes de lrsquoadeacutequation des niveaux de tension

Dans le contexte de ce paragraphe nous allons preacutesenter la structure et la topologie du

reacuteseau eacutelectrique Algeacuterien (les informations des paragraphes ci ndashdessous sont prises lors drsquoun

stage effectueacute agrave la SDO

I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie

I411) Reacuteseaux drsquoutilisation

Ces sont les reacuteseaux de basse tension (BT) qui alimentent les maisons lrsquoeacuteclairage

public les moteurs et les appareils domestiques Ce type de reacuteseau eacutelectrique doit preacutesenter

une continuiteacute de service permanente Geacuteneacuteralement la gamme de tension est de 220 volts agrave

380 volts

Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

18

CHAPITRE I

I412) Reacuteseaux de distribution

Ce sont les reacuteseaux de moyenne tension (MT) qui fournissent aux reacuteseaux

drsquoutilisation les puissances neacutecessaires demandeacutees Ils doivent observer des distances limiteacutees

de voisinage crsquoest pour cela que ces reacuteseaux se reacutealisent en souterrain dans les villes (En

Algeacuterie le niveau de tension de distribution de lrsquoeacutenergie est fixeacute agrave 10 kV)

I413) Reacuteseaux de reacutepartition

Ce sont les reacuteseaux HTMT (3010 kV) ils fournissent les puissances neacutecessaires

aux reacuteseaux de distribution relieacutes entre eux ils facilitent le secours mutuel entre reacutegions

I414) Reacuteseaux de transport

Ils assurent lrsquoalimentation de lrsquoensemble du territoire national gracircce agrave des

transits de puissances importantes et de tensions qui sont de 60 220 et 400 kV

I42) Topologie des reacuteseaux

Les reacuteseaux doivent assurer le transit de lrsquoeacutenergie eacutelectrique avec une seacutecuriteacute

suffisante cette seacutecuriteacute drsquoalimentation est augmenteacutee soit

Par les lignes aux appareillages plus solides

Par des circuits plus nombreux

I421) Reacuteseaux radiaux

Le principe de fonctionnement de reacuteseau radial est agrave une seule voie drsquoalimentation Ceci

signifie que tout point de consommation sur une telle structure ne peut ecirctre alimenteacute que par

un seul chemin eacutelectrique possible Il est de type arborescent Cette arborescence se deacuteroule agrave

partir des points drsquoalimentation qui sont constitueacutes par les postes de distribution publique

HTBHTA ou HTAHTA (reacutepartition) Ce scheacutema (figure I4) est particuliegraverement utiliseacute pour

la distribution de la MT en milieu rural En effet il permet facilement et agrave un moindre coucirct

drsquoacceacuteder agrave des points de consommation de faible densiteacute de charge (gtgt10 kVA) et largement

reacutepartis geacuteographiquement (gtgt 100 km2)

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

19

CHAPITRE I

I422) Reacuteseaux boucleacutes

Cette topologie (Figure I5) est surtout utiliseacutee dans les reacuteseaux de reacutepartition et

distribution MT Les postes de reacutepartition HT ou MT alimenteacutes agrave partir du reacuteseau THT sont

relieacutes entre eux pour former des boucles ceci dans le but drsquoaugmenter la disponibiliteacute

Cependant il faut noter que les reacuteseaux MT ne sont pas forcement boucleacutes [23]

1 Source

2 Poste MTHT

3 Poste MTBT

4 Consommateur

Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute

Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

20

CHAPITRE I

I423) Reacuteseaux mailleacutes

Cette topologie (Figure I6) est presque la norme pour les reacuteseaux de transport Tous les

centres de production sont lieacutes entre eux par des lignes THT au niveau des postes

drsquointerconnexion ce qui forme un maillage Cette structure permet une meilleure fiabiliteacute

mais neacutecessite une surveillance agrave lrsquoeacutechelle nationale voire continentale

On obtient ainsi une meilleure seacutecuriteacute mais agrave un prix plus chers [5]

I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques [6]

Lrsquointerconnexion entre les reacuteseaux de transport drsquoeacutelectriciteacute sert agrave faire passer lrsquoeacutenergie

drsquoun pays agrave un autre Leur rocircle premier est de permettre drsquoassurer la distribution drsquoeacutelectriciteacute

en cas de deacutefaillance soudaine sur le reacuteseau national en faisant appel agrave lrsquoeacutenergie produite et

transporteacutee par les pays voisins

Lrsquointerconnexion des reacuteseaux permet de rendre solidaires les pays voisins et de

diversifier les sources de production Ce foisonnement renforce la seacutecuriteacute

drsquoapprovisionnement et diminue le risque de panne geacuteneacuteraliseacutee

Les infrastructures existantes doivent ecirctre adapteacutees afin drsquoacheminer lrsquoeacutenergie

produite par les nouvelles sources renouvelables

Les infrastructures eacutenergeacutetiques doivent permettre en augmentant les eacutechanges

interreacutegionaux de favoriser la concurrence et drsquoameacuteliorer le fonctionnement du marcheacute

Source 1 Source 2 Source 3 Source 4

Source 5 Source 6

Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

21

CHAPITRE I

I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du Maghreb Arabe

Degraves le mois de juin 1974 bien avant la constitution de lrsquoUnion du Maghreb Arabe

(UMA) en 1989 les entreprises publiques drsquoeacutelectriciteacute des trois pays lrsquoOffice National

Marocain de lrsquoElectriciteacute (ONE) la Socieacuteteacute Nationale Algeacuterienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz

(SONELGAZ) la Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz (STEG) ont deacutecideacute la creacuteation

du Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute (Comelec) immeacutediatement enteacuterineacutee par le Conseil

Permanent Consultatif Maghreacutebin (CPCM) qui regroupe les ministres de lrsquoEconomie des trois

pays

Les compagnies des deux autres pays ont rejoint le Comiteacute Sonelec (Mauritanie) en

1975 et Gecol (Libye) en 1989 apregraves la constitution de lrsquoUMA formant ainsi le groupe

speacutecialiseacute le plus ancien de lrsquoUnion dont les missions consistent agrave promouvoir et coordonner

agrave lrsquoeacutechelle maghreacutebine et vis agrave vis des institutions internationales les relations sur le plan

technique eacuteconomique commercial industriel du management de la formation et des

relations sociales Dans ce cadre des actions concregravetes et efficaces ont eacuteteacute conduites en

commun

bull Renforcement des lignes drsquointerconnexion et deacuteveloppement des eacutechanges eacutelectriques

avec pour finaliteacute drsquoassurer une solidariteacute des reacuteseaux tout en eacutevitant les risques de

propagation drsquoincidents graves

bull Programmes drsquoeacutequipement et eacutetude de projets communs diffusion drsquoun scheacutema

directeur agrave long terme du reacuteseau maghreacutebin projets de station de pompage ou mecircme de

centrale nucleacuteaire

bull Elaboration et mise agrave jour permanente drsquoune carte du reacuteseau eacutelectrique maghreacutebin y

compris le reacuteseau de distribution impliquant lrsquoalimentation des villages frontaliers agrave partir du

reacuteseau le plus proche et dans les conditions technico - eacuteconomiques les plus favorables la

premiegravere action et probablement la plus symbolique a eacuteteacute lrsquoalimentation du village tunisien

martyre de Sakiet Sidi Youcef agrave partir du reacuteseau algeacuterien ou du village marocain de Figuig agrave

partir du reacuteseau algeacuterien agrave Beni Ounif

bull Utilisation commune des structures de formation eacutelectriques et gaziegraveres

bull Promotion de lrsquointeacutegration industrielle maghreacutebine de lrsquointervention des bureaux

drsquoeacutetudes et entreprises de travaux et de fabrication de mateacuteriel eacutelectrique du Maghreb agrave

travers notamment le renforcement de la fonction engineering [7]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

22

CHAPITRE I

I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique

La qualiteacute de cette eacutenergie deacutepend de celle de la tension aux points de raccordement

toutefois cette tension subit geacuteneacuteralement beaucoup de perturbations de deux origines

distinctes drsquoune part les perturbations de courant causeacutees par le passage dans les reacuteseaux

eacutelectriques des courants perturbateurs comme les courants harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et

reacuteactifs et drsquoautre part les perturbations de tension causeacutees par des tensions perturbatrices

comme les tensions harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et les creux de tension [8]

La qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique est consideacutereacutee comme une combinaison de la qualiteacute

de la tension et de la qualiteacute du courant Nous allons donc deacutefinir ces deux notions dans la

suite de ce paragraphe

I61) Qualiteacute de la tension

Dans la pratique lrsquoeacutenergie eacutelectrique distribueacutee se preacutesente sous la forme drsquoun ensemble

de tensions constituant un systegraveme alternatif triphaseacute qui possegravede quatre caracteacuteristiques

principales amplitude freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie [9]

I611) Amplitude

Lrsquoamplitude de la tension est un facteur crucial pour la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute Elle

constitue en geacuteneacuteral le premier engagement contractuel du distributeur drsquoeacutenergie

Habituellement lrsquoamplitude de la tension doit ecirctre maintenue dans un intervalle de plusmn 10

autour de la valeur nominale

Dans le cas ideacuteal les trois tensions ont la mecircme amplitude qui est une constante

Cependant plusieurs pheacutenomegravenes perturbateurs peuvent affecter lrsquoamplitude des tensions En

fonction de la variation de lrsquoamplitude on distingue deux grandes familles de perturbations

- Les creux de tension coupures et surtensions Ces perturbations se caracteacuterisent par des

variations importantes de lrsquoamplitude Elles ont pour principale origine des courts-circuits et

peuvent avoir des conseacutequences importantes pour les eacutequipements eacutelectriques

- Les variations de tension Ces perturbations se caracteacuterisent par des variations de

lrsquoamplitude de la tension infeacuterieure agrave 10 de sa valeur nominale Elles sont geacuteneacuteralement

dues agrave des charges fluctuantes ou des modifications de la configuration du reacuteseau

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

23

CHAPITRE I

I612) Freacutequence

Dans le cas ideacuteal les trois tensions sont alternatives et sinusoiumldales drsquoune freacutequence

constante de 50 ou 60 Hz selon le pays Des variations de freacutequence peuvent ecirctre provoqueacutees

par des pertes importantes de production de lrsquoicirclotage drsquoun groupe sur ses auxiliaires ou son

passage en reacuteseau seacutepareacute ou drsquoun deacutefaut dont la chute de tension reacutesultante entraicircne une

reacuteduction de la charge [9]

I613) Forme drsquoonde

La forme drsquoonde des trois tensions formant un systegraveme triphaseacute doit ecirctre la plus proche

possible drsquoune sinusoiumlde En cas de perturbations au niveau de la forme drsquoonde la tension

nrsquoest plus sinusoiumldale et peut en geacuteneacuteral ecirctre consideacutereacutee comme une onde fondamentale agrave

50Hz associeacutee agrave des ondes de freacutequences supeacuterieures ou infeacuterieures agrave 50 Hz appeleacutees

eacutegalement harmoniques Les tensions peuvent eacutegalement contenir des signaux permanents

mais non-peacuteriodiques alors deacutenommeacutes bruits

I614) Symeacutetrie

La symeacutetrie drsquoun systegraveme triphaseacute se caracteacuterise par lrsquoeacutegaliteacute des modules des trois

tensions et celle de leurs deacutephasages relatifs La dissymeacutetrie de tels systegravemes est

communeacutement appeleacute deacuteseacutequilibre [9]

I62) Qualiteacute du courant

La qualiteacute du courant est relative agrave une deacuterive des courants de leur forme ideacuteale et se

caracteacuterise de la mecircme maniegravere que pour les tensions par quatre paramegravetres amplitude

freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie Dans le cas ideacuteal les trois courants sont drsquoamplitude et

de freacutequence constantes deacutephaseacutes de 2π3 radians entre eux et de forme purement

sinusoiumldale

Le terme laquo qualiteacute du courant raquo est rarement utiliseacute car la qualiteacute du courant est

eacutetroitement lieacutee agrave la qualiteacute de la tension et la nature des charges Pour cette raison laquo la

qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique raquo est souvent reacuteduite agrave laquo la qualiteacute de la tension raquo [10]

Crsquoest lrsquoobjectif de ce meacutemoire ougrave le terme de laquo qualiteacute de lrsquoeacutenergie raquo srsquoapplique

uniquement agrave celle de la tension [13]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

24

CHAPITRE I

I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique

Le reacuteseau eacutelectrique peut ecirctre soumis agrave de multiples perturbations Ces deacutefauts qui

peuvent ecirctre mesureacutes gracircce agrave lrsquoutilisation de centrales de mesure peuvent endommager les

machines et fragiliser toutes les installations eacutelectriques

Il existe diffeacuterents types de perturbations les creux de tension les surtensions

passagegraveres les pheacutenomegravenes transitoires les deacuteseacutequilibres les distensions harmoniques ou

encore les entailles de commutations [11]

I71) Classification des perturbations eacutelectriques

I711) Creux de tension et coupures

Un creux de tension (figure I7) est une baisse brutale de la tension en un point drsquoun

reacuteseau drsquoeacutenergie eacutelectrique agrave une valeur comprise (par convention) entre 90 et 1 (CEI

61000-2-1 CENELEC EN 50160) ou entre 90 et 10 (IEEE 1159) drsquoune tension de

reacutefeacuterence (119880119903119890119891) suivie drsquoun reacutetablissement de la tension apregraves un court laps de temps compris

entre la demi-peacuteriode fondamentale du reacuteseau (10 ms agrave 50 Hz) et une minute

La tension de reacutefeacuterence est geacuteneacuteralement la tension nominale pour les reacuteseaux BT et la

tension deacuteclareacutee pour les reacuteseaux MT et HT

Une tension de reacutefeacuterence glissante eacutegale agrave la tension avant perturbation peut aussi ecirctre

utiliseacutee sur les reacuteseaux MT et HT eacutequipeacutes de systegraveme de reacuteglage (reacutegleur en charge) de la

tension en fonction de la charge Ceci permet drsquoeacutetudier (agrave lrsquoaide de mesures simultaneacutees dans

Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

25

CHAPITRE I

chaque reacuteseau) le transfert des creux entre les diffeacuterents niveaux de tension La meacutethode

habituellement utiliseacutee pour deacutetecter et caracteacuteriser un creux de tension est le calcul de la

valeur efficace laquo rms (12) raquo du signal sur une peacuteriode du fondamental toutes les demi-

peacuteriodes (recouvrement drsquoune demi-peacuteriode)

La figure (I8) montre les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension qui sont donc

bull sa profondeur ∆U (ou son amplitude U)

bull sa dureacutee ∆T deacutefinie comme le laps de temps

a) Origines des creux de tension et coupures

Les creux de tension et les coupures bregraveves sont principalement causeacutes par des

pheacutenomegravenes conduisant agrave des courants eacuteleveacutes qui provoquent agrave travers les impeacutedances des

eacuteleacutements du reacuteseau une chute de tension drsquoamplitude drsquoautant plus faible que le point

drsquoobservation est eacutelectriquement eacuteloigneacute de la source de la perturbation

Les creux de tension et les coupures bregraveves ont diffeacuterentes causes

bull des deacutefauts sur le reacuteseau de transport (HT) de distribution (BT et MT) ou sur

lrsquoinstallation elle-mecircme [9]

Les creux de tension et les coupures bregraveves sont causeacutes par des pheacutenomegravenes aleacuteatoires

Ces pheacutenomegravenes concernent soit le reacuteseau du distributeur soit le reacuteseau de lrsquoutilisateur [12]

Figure I8 Les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12)

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

26

CHAPITRE I

I712) Harmonique

Une harmonique (figure I9) est une composante sinusoiumldale drsquoune onde peacuteriodique ou

drsquoune quantiteacute posseacutedant une freacutequence qui est multiple entier de la freacutequence fondamentale

a) Inters harmoniques

Les inter-harmoniques sont des signaux de freacutequence non multiple de la freacutequence

fondamentale

b) Infra-harmoniques

Les infra harmoniques sont des signaux de freacutequence infeacuterieure agrave celle du fondamentale

c) Conseacutequences des harmoniques

Les courants harmoniques qui se propagent dans les reacuteseaux eacutelectriques deacuteforment

lrsquoallure du courant de la source et polluent les consommateurs alimenteacutes par les mecircmes

reacuteseaux On peut classer les effets engendreacutes par les harmoniques en deux types [8]

les effets instantaneacutes

les effets agrave terme

d) Les principales sources drsquoharmoniques

Ce sont des charges qursquoil est possible de distinguer selon leurs domaines industrielles

ou domestiques

Les charges industrielles

Eacutequipements drsquoeacutelectroniques de puissance variateurs de vitesse redresseurs agrave

diodes ou agrave thyristors onduleurs alimentations agrave deacutecoupage

Charges utilisant lrsquoarc eacutelectrique fours agrave arc machines agrave souder eacuteclairage

(lampes agrave deacutecharge tubes fluorescents) Les deacutemarrages de moteurs par

deacutemarreurs eacutelectroniques et les enclenchements de transformateurs de puissance

sont aussi geacuteneacuterateurs drsquoharmoniques (temporaires) [9]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

27

CHAPITRE I

I713) Surtensions

Ce pheacutenomegravene (figure I10) se produit lorsqursquoun composant eacutelectrique posseacutedant deux

bornes reccediloit une tension supeacuterieure agrave celle de la tension normale du circuit [13]

Les surtensions sont de trois natures

bull Temporaires (agrave freacutequence industrielle)

bull De manœuvre

bull Drsquoorigine atmospheacuterique (foudre)

Elles peuvent apparaicirctre

bull en mode diffeacuterentiel (entre conducteurs actifs phph ndash phneutre)

bull en mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) [10]

Figure I9 Harmoniques

Figure I10 Exemple de surtension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

28

CHAPITRE I

a) Origine ou causes des surtensions

Les orages sont des eacuteveacutenements tregraves habituels et aussi tregraves dangereux On estime que

sur notre planegravete se produisent simultaneacutement quelques 2000 orages et quenviron 100 coups

de foudre se deacutechargent sur la terre chaque seconde Au total cela repreacutesente environ 4000

orages quotidiens et 9 millions de deacutecharges atmospheacuteriques chaque jour

Au moment de lrsquoimpact la foudre provoque une impulsion de courant qui arrive agrave

atteindre des dizaines de milliers drsquoampegraveres Cette deacutecharge geacutenegravere une surtension dans le

systegraveme eacutelectrique qui peut provoquer des incendies la destruction de machines et la mort de

personnes [14]

I714) Variations et fluctuations de tension

Des variations rapides de tension reacutepeacutetitives ou aleacuteatoires (figure I11) sont provoqueacutees

par des variations rapides de puissance absorbeacutee ou produite par des installations telles que les

soudeuses fours agrave arc eacuteoliennes etc [15]

Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations

cycliques ou aleacuteatoires de lrsquoenveloppe drsquoune tension dont les caracteacuteristiques sont la

freacutequence de la variation et lrsquoamplitude

a) Origines des variations et fluctuations de tension

bull Les variations lentes de tension sont causeacutees par la variation lente des charges

connecteacutees au reacuteseau

bull Les fluctuations de tension sont principalement dues agrave des charges industrielles

rapidement variables comme les machines agrave souder les fours agrave arc les laminoirs

Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

29

CHAPITRE I

I715) Deacuteseacutequilibres

Dans un reacuteseau triphaseacute on a ideacutealement des amplitudes eacutegales de la tension et du

courant respectivement sur chacune des trois phases et un angle de phase de 120 degreacutes

Lorsque les tensions ou les courants preacutesentent une diffeacuterence drsquoamplitude il y a deacuteseacutequilibre

(figure I12) et cela peut causer des problegravemes pour les eacutequipements triphaseacutes brancheacutes au

reacuteseau Lrsquoimpact le plus courant du deacuteseacutequilibre est la surchauffe des eacutequipements et par

conseacutequent la deacutegradation de lrsquoisolation eacutelectrique et la reacuteduction de la dureacutee de vie

a) Origines de deacuteseacutequilibres

Les deacuteseacutequilibres de tension surviennent habituellement en preacutesence drsquoun deacuteseacutequilibre

des charges et de leurs appels de courant En effet toute charge triphaseacutee doit appeler un

courant identique sur chaque phase Quant aux charges monophaseacutees brancheacutees agrave un reacuteseau

triphaseacute on doit les reacutepartir le plus uniformeacutement possible entre les trois phases

De plus certains deacuteseacutequilibres de tension reacutesultent de lrsquoexploitation et de la nature des

eacutequipements du reacuteseau eacutelectrique [16]

I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations

La figure (I13) preacutesente une classification possible des diffeacuterents types de

perturbations Il est agrave noter qursquoaucune classification ne fait actuellement reacutefeacuterence et drsquoautres

notions peuvent ecirctre parfois utiliseacutees variations rapides de tension surtensions temporaires

etc Il faut noter eacutegalement que lrsquoimpact agrave long terme de ces diffeacuterents types de perturbations

sur la dureacutee de vie des appareils eacutelectriques reste aujourdrsquohui assez meacuteconnu Preacutecisons enfin

qursquoen langage courant le terme tension fait le plus souvent reacutefeacuterence agrave la valeur efficace de

Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

30

CHAPITRE I

lrsquoonde de tension ou agrave une moyenne de la valeur efficace sur une certaine dureacutee (pour une

onde imparfaitement peacuteriodique la valeur efficace nrsquoa de sens que localement pour un

intervalle de temps suffisamment court) et non agrave la valeur instantaneacutee de la tension (qui

oscille autour de 0 V avec une peacuteriode de 20 ms)

I72) Le systegraveme de protection

A lrsquoinstar des alternateurs des transformateurs et des lignes drsquoautres dispositifs

existent pour assurer non seulement un fonctionnement normal mais aussi la protection des

eacutequipements et du personnel drsquoexploitation du reacuteseau Cela englobe les transformateurs de

mesures les disjoncteurs les interrupteurs les sectionneurs les fusibles les eacuteclateurs et sont

directement relieacutes au reacuteseau Ces dispositifs permettent drsquointerrompre volontairement et agrave

Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

31

CHAPITRE I

tout moment la fourniture drsquoeacutenergie eacutelectrique mais aussi automatiquement agrave la survenance

drsquoune quelconque perturbation (deacutefaut) Les eacutequipements de controcircle associeacutes agrave ces dispositifs

ainsi que les relais de protection sont installeacutes dans des salles de controcircle [17]

I8) La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique

La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique de HT est une proprieacuteteacute dun systegraveme de puissance

qui lui permet de rester dans un eacutetat deacutequilibre dans des conditions normales de

fonctionnement et de retrouver un eacutetat acceptable deacutequilibre apregraves avoir eacuteteacute soumis agrave

une perturbation [18]

Une perturbation sur un reacuteseau peut ecirctre une manœuvre preacutevue comme lenclenchement

dune inductance shunt ou non preacutevue comme un court-circuit causeacute par la foudre entre une

phase et la terre par exemple Lors de la perturbation lamplitude de la tension aux diffeacuterents

jeux de barres du reacuteseau peut varier ainsi que la freacutequence La variation de la freacutequence est

due aux variations de la vitesse des rotors des alternateurs [19]

I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques

La stabiliteacute peut ecirctre eacutetudieacutee en consideacuterant la topologie du reacuteseau sous

diffeacuterents angles Lrsquoeacutetat de fonctionnement drsquoun reacuteseau eacutelectrique est deacutecrit selon des

grandeurs physiques telles que lamplitude et langle de phase de la tension agrave chaque bus et la

puissance active reacuteactive circulant dans chaque ligne et la vitesse de rotation de la

geacuteneacuteratrice synchrone Si elles ne sont pas constantes le reacuteseau eacutelectrique est consideacutereacute

comme eacutetant en perturbations [16]

La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee selon la nature de la perturbation

Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor

Stabiliteacute de la freacutequence

Stabiliteacute de la tension

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

32

CHAPITRE I

La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee en petite et grande amplitude de perturbation en

fonction de lrsquoorigine et de lampleur du deacutefaut Par rapport au temps deacutevaluation la

stabiliteacute peut ecirctre agrave courte ou agrave longue dureacutee tel qursquoil est deacutecrit dans la figure (I14)

I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire)

Dans un reacuteseau eacutelectrique la stabiliteacute de lrsquoangle du rotor est deacutefinie comme la capaciteacute

drsquoun ensemble de geacuteneacuteratrices synchrones interconnecteacutees de conserver le synchronisme

dans des conditions de fonctionnement normales ou apregraves une perturbation Un systegraveme

est instable si la diffeacuterence entre les angles rotoriques des geacuteneacuterateurs augmente

indeacutefiniment ou si loscillation transitoire provoqueacutee par une perturbation nest pas

suffisamment amortie dans le temps deacutevaluation

Lrsquoinstabiliteacute angulaire se manifeste sous forme drsquoun eacutecart croissant entre les angles

rotorique Une machine qui a perdu le synchronisme sera deacutebrancheacutee par une protection de

survitesse ou par une protection de perte de synchronisme ce qui met en danger lrsquoeacutequilibre

production consommation du systegraveme

Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique [18]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

33

CHAPITRE I

I8211) Stabiliteacute angulaire aux petites perturbations

Elle concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir le synchronisme en preacutesence

de petites perturbations comme une petite variation de la charge ou de geacuteneacuteration manœuvre

drsquoeacutequipement etc Lrsquoeacutevaluation de ce type de perturbation prend quelques secondes

a) La stabiliteacute statique

Apregraves le reacutegime transitoire ducirc agrave la perturbation le systegraveme entre dans le reacutegime

permanent Dans ce cas pour eacutetudier le systegraveme il faut eacutevaluer la stabiliteacute statique du reacuteseau

Le systegraveme nest pas stable si les contraintes de fonctionnement ne sont pas respecteacutees

Cet eacutetat est appeleacute lrsquoeacutetat instable ou leacutetat durgence

Dans un reacuteseau qui est dans leacutetat durgence les opeacuterateurs du centre de controcircle ont

suffisamment de temps pour ramener le systegraveme agrave leacutetat stable ou au reacutegime normal en

apportant des modifications suppleacutementaires [20]

b) Stabiliteacute dynamique

Si une perturbation mineure est effectueacutee sur le reacuteseau agrave partir dun reacutegime permanent

stable et que le reacuteseau retrouve son mode de fonctionnement normal en reacutegime permanent le

reacuteseau est dit dynamiquement stable Pour un reacuteseau deacutenergie eacutelectrique on entend par

perturbation mineure des manœuvres ou des opeacuterations normales sur le reacuteseau comme

lenclenchement dune inductance shunt ou des variations mineures de la charge

c) Stabiliteacute transitoire

Lorsquil y a une perturbation majeure sur le reacuteseau et que le reacuteseau retrouve son mode

de fonctionnement normal apregraves la perturbation alors le reacuteseau est dit transitoirement stable

Les perturbations majeures sont les courts-circuits les pertes de lignes les bris deacutequipements

majeurs comme les transformateurs de puissance et les alternateurs peuvent ecirctre tregraves graves

pouvant mecircme conduire agrave lrsquoeffondrement total du reacuteseau Si lrsquoinstabiliteacute se manifeste

directement suite agrave la perturbation (plus preacuteciseacutement dans la premiegravere La stabiliteacute transitoire

deacutepend de la relation non-lineacuteaire couples- angles Le pheacutenomegravene de la stabiliteacute transitoire

concerne les grandes perturbations telles que [15]

Les courts-circuits affectant un eacuteleacutement du reacuteseau notamment aux bornes des

machines

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

34

CHAPITRE I

La perte drsquoun ouvrage (eg une ligne de transmissionhellip)

La perte drsquoun groupe de production

Les conseacutequences de ces deacutefauts seconde qui suit lrsquoeacutelimination du deacutefaut) elle est

appeleacutee instabiliteacute de premiegravere oscillation (en anglais First Swing Instability) (cas 1 figure

I15) et elle srsquoeacutetend sur 3 agrave 5 secondes Elle peut reacutesulter de la superposition des effets de

plusieurs modes drsquooscillation lents exciteacutes par la perturbation provoquant ainsi une variation

importante de lrsquoangle de rotor au-delagrave de la premiegravere oscillation (instabiliteacute de multi

oscillations) (cas 2 figure I15) La gamme de temps associeacutee srsquoeacutetend de 10 agrave 20 secondes

[25]

I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire

En vue de son importance dans la planification la conception et lrsquoexploitation des

reacuteseaux drsquoeacutenergie eacutelectrique lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire reste un deacutefit majeur

pour les ingeacutenieurs pour eacuteviter tous eacuteveacutenement qui peut conduire vers un black out Les

solutions envisageables drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire se basent sur [8]

bull Augmentation de la constante drsquoinertie des geacuteneacuterateurs

bull Augmentation de la puissance active

bull Installation des protections et des appareils de coupure rapides

bull Implantation des valves rapides des turbines agrave gaz

bull Installation des reacutesistances drsquoamortissement

bull Utilisation des PSS

bull Controcircle rapide et flexible de lrsquoeacutecoulement de puissance

a- Stable

b- instable

Cas 1 instabiliteacute de premiegravere oscillation Cas 2 instabiliteacute de plusieurs oscillations

Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

35

CHAPITRE I

I822) Stabiliteacute de la freacutequence

La stabiliteacute de freacutequence concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir sa freacutequence

proche de la valeur nominale suite agrave un incident seacutevegravere ayant ou non conduit agrave un

morcellement du systegraveme La stabiliteacute de freacutequence est eacutetroitement lieacutee agrave lrsquoeacutequilibre global

entre la puissance active produite et consommeacutee [20]

I823) Stabiliteacute de tension

Dans des conditions de fonctionnement normales ou suite agrave une perturbation La

stabiliteacute de tension concerne la capaciteacute dun systegraveme de puissance agrave maintenir des tensions

acceptables en tous ses nœuds En fonctionnement normal lorsque nous connectons des

eacutequipements consommateurs agrave un reacuteseau eacutelectrique la tension au point de raccordement

tombe leacutegegraverement et la puissance totale consommeacutee augmente

Selon lrsquoamplitude de la perturbation on distingue la stabiliteacute de tension de

petites perturbations et celle de grandes perturbations [20]

Lrsquoinstabiliteacute reacutesultante peut se produire sous forme de chute progressive ou eacuteleacutevation de

la tension de quelques jeux de barres Les reacutesultats possibles de lrsquoinstabiliteacute de tension sont la

perte de la charge dans un secteur ou deacuteclenchement des lignes de transmission et mecircme

drsquoautres eacuteleacutements par leurs systegravemes de protection agrave des pannes en cascades Il est deacutemontreacute

que la majoriteacute des blackouts sont causeacutes par lrsquoinstabiliteacute de tension [8]

I8231) Instabiliteacute de la tension

On deacutefinit la stabiliteacute de la tension comme la capaciteacute de maintenir une tension de barre

constamment acceptable agrave chaque nœud du reacuteseau dans des conditions normales de

fonctionnement apregraves avoir subi une perturbation Leacutetat du reacuteseau est dit instable en tension

lorsquune perturbation un accroissement de la charge ou une modification de la condition du

reacuteseau entraicircne une chute de tension progressive et incontrocirclable de la tension aboutissent en

un effondrement geacuteneacuteraliseacute de la tension [16]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

36

CHAPITRE I

I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension

Les problegravemes drsquoapparition du pheacutenomegravene drsquoeacutecroulement de tension sont toujours lieacutes agrave

la difficulteacute de reacutegler la tension au dessus drsquoune certaine valeur appeleacutee tension critique

Geacuteneacuteralement lrsquoeffondrement de tension se produit dans les reacuteseaux eacutelectriques qui sont

fortement chargeacutes court-circuiteacutes etou ont un manque de puissance reacuteactive

I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites perturbations

La stabiliteacute de tension de petites perturbations concernes la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique

agrave maintenir la tension dans les limites permise en preacutesence de perturbations telles que une

variation faible de la charge de la production etc [18]

I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes perturbations

Elle est deacutefinie comme la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique agrave maintenir les tensions des

nœuds dans les limites de fonctionnement permise en preacutesence des grandes perturbations agrave

savoir la perte drsquoun eacutequipement de transport ou de production le court circuithellipetc [18]

Dans ce meacutemoire nous nous inteacuteressons seulement agrave la stabiliteacute de tension Une eacutetude

deacutetailleacutee sera preacutesenteacutee dans la section suivante

I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension

La plupart de ces changements ont des effets significatifs sur la production la

consommation et la transmission de puissance reacuteactive ainsi sur la stabiliteacute de tension Par

conseacutequent des mesures peuvent ecirctre utiliseacutees pour ameacuteliorer la stabiliteacute de tension tels que

- Un controcircle automatique des condensateurs shunts

- Un blocage des reacutegleurs en charge automatique

- Une nouvelle reacutepartition de la geacuteneacuteration

- Une replanification du fonctionnement des geacuteneacuterateurs et des nœuds de commande

- Une reacutegulation de tension secondaire

- Un plan de deacutelestage

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

37

CHAPITRE I

I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation

Dans la plupart du temps les sources drsquoeacutenergie eacutelectrique se trouvent loin des zones de

consommation Cette situation rend le transport de lrsquoeacutenergie reacuteactive tregraves difficile agrave cause des

pertes reacuteactives tregraves eacuteleveacutees Cette difficulteacute de transport drsquoeacutenergie reacuteactive augmente la

probabiliteacute drsquoapparition drsquoune instabiliteacute ou drsquoun effondrement de tension

I92) Charge appeleacutee trop importante

Lrsquoune des causes de lrsquoinstabiliteacute de tension correspond agrave une charge eacuteleveacutee Elle est

ducirce agrave lrsquoaugmentation croissante de la demande et agrave un large transfert drsquoeacutenergie entre

compagnies Une instabiliteacute de tension peut se produire en particulier lorsque la charge eacuteleveacutee

est plus importante que celle preacutevue et le risque est drsquoautant plus grand que la consommation

reacuteactive est eacutegalement plus grande que preacutevue [18]

I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport

Les planificateurs sont de plus en plus conscients des limites dutilisation des reacuteseaux de

transport et dinterconnexion La situation actuelle dans beaucoup de pays au monde est

caracteacuteriseacutee par les tendances suivantes

1 Augmentation de la consommation deacutelectriciteacute due agrave lindustrialisation agrave

lurbanisation et agrave la croissance de la population Avec laugmentation des transits

de puissance les reacuteseaux deviennent plus compliqueacutes agrave geacuterer subissent de grandes

variations de puissance et de grandes pertes Ceci fait que leur niveau de seacutecuriteacute

diminue

2 Contraintes eacutecologiques et administratives Le respect de lenvironnement joue un

rocircle important dans la socieacuteteacute actuelle et cest principalement pourquoi il est de

plus en plus difficile dobtenir des permis de construire pour de nouvelles lignes ou

pour limplantation de nouvelles centrales Dans laffirmative cela demande

plusieurs anneacutees

3 Contraintes opeacuterationnelles La demande de puissance a une croissance constante

mais geacuteographiquement irreacuteguliegravere Les centrales qui geacutenegraverent leacutenergie sont

souvent eacuteloigneacutees des charges importantes et la localisation des nouvelles centrales

deacutepend essentiellement dautorisations administratives et du respect de

lenvironnement

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

38

CHAPITRE I

Pour satisfaire la demande deacutenergie sous ces conditions contradictoires les services

publics font de plus en plus appel pour des problegravemes eacuteconomiques et dameacutelioration de la

seacutecuriteacute aux eacutechanges internationaux de puissance ce qui demande une interconnexion entre

des systegravemes preacutevus indeacutependants au deacutepart

Laugmentation du maillage associeacute au mode de transit libre de puissance agrave travers les

reacuteseaux deacuteveloppe des boucles de puissance et des lignes en parallegravele ce qui surcharge

certaines lignes avec pour conseacutequence de deacuteteacuteriorer le profil de tension et de diminuer la

stabiliteacute du reacuteseau Consideacuterant que les reacuteseaux de transport eacutelectrique repreacutesentent une

grande valeur eacuteconomique il faut essayer daller dans les directions suivantes

Ameacuteliorer lutilisation des eacutequipements existants en augmentant leur capaciteacute de

transfert de puissance Dun point de vue financier cela peut se reacuteveacuteler avantageux

Ameacuteliorer la flexibiliteacute des reacuteseaux car pouvoir changer rapidement leur

configuration permet une meilleure reacutepartition de la puissance particuliegraverement en cas de

perturbations ou de transferts de puissance impreacutevus [21]

I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Le transport de la puissance reacuteactive par les lignes eacutelectriques cause des pertes une

diminution de la stabiliteacute du reacuteseau et une chute de tension agrave son extreacutemiteacute Afin deacuteviter cela

de la compensation de puissance reacuteactive seacuterie ou shunt selon les cas est utiliseacute pour limiter

ce transport de puissance reacuteactive

Diffeacuterents appareils eacutelectriques peuvent servir agrave reacutealiser cette compensation (figure I16)

machines synchrones batteries de condensateurs inductance ou FACTS [22]

La compensation est une technique de la gestion drsquoeacutenergie reacuteactive afin drsquoameacuteliorer la

qualiteacute eacutenergeacutetique dans les reacuteseaux eacutelectriques agrave courant alternatif Elle peut se reacutealiser de

plusieurs maniegraveres ayant pour buts

La correction du facteur de puissance

Ameacutelioration de la reacutegulation de la tension

Equilibre des charges

Lrsquoaide au retour agrave la stabiliteacute en cas de perturbation [19]

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

39

CHAPITRE I

En installant des dispositifs controcirclables comme le transport drsquoeacutenergie en courant

continu (High Voltage Direct Current HVDC) et les dispositifs FACTS (Flexible Alternating

Current Transmission System) Malgreacute le coucirct eacuteleveacute de cette solution mais vu lrsquoeacutevolution

reacutecente des reacuteseaux eacutelectriques et leurs contraintes cette solution est tregraves efficace

Lrsquoune des meacutethodes drsquoameacuteliorer la capaciteacute drsquoun systegraveme eacutelectrique agrave reacutesister contre les

grands incidents est drsquointeacutegrer des dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance (FACTS)

dans le reacuteseau de transport Lrsquoeacutetude lrsquoapport et lrsquoutilisation de ces dispositifs font lrsquoobjet de

ce meacutemoire

Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute

Compensation

traditionnelles

Les dispositifs FACTS

Compensateurs

synchrones Batteries de

condensateurs

Batteries de

condensateurs

HT et MT

Les inductances

les PSS (Power

System Stabiliser)

1er

geacuteneacuteration

2eme

geacuteneacuteration

3eme

geacuteneacuteratio

n

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

40

CHAPITRE I

I11) Conclusion

Ce chapitre nous a permis drsquoexposer des geacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriques en

mentionnant la structure et la topologie du reacuteseau ensuite on a parleacute sur lrsquointerconnexion entre

les pays du Maghreb et le reacuteseau Algeacuterien

Dans ce chapitre nous avons aussi preacutesenteacute les deacutefinitions et les caracteacuteristiques des

diffeacuterents types de stabiliteacute drsquoun systegraveme de puissance Le concept geacuteneacuteral de la stabiliteacute est

syntheacutetiseacute en trois groupes (stabiliteacute de lrsquoangle de rotor de la tension et de la freacutequence)

Les dispositifs FACTS sont capables de remplir diverses fonctions comme le maintien

de tension le controcircle des flux de puissance et aussi lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau

etc

Dans le chapitre suivant nous allons exposer le concept des FACTS le contexte

algeacuterien concernant ses dispositifs sera aussi abordeacute

CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART

41

CHAPITRE I

Chapitre 2

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

42

II1) Introduction

Avec le deacuteveloppement technologique et industriel que vie le monde entier la demande

en eacutenergie eacutelectrique est en augmentation continue et sans cesse Pour satisfaire ces besoins et

acheminer cette eacutenergie aux points de consommation disperseacutes sur un large espace

geacuteographique les reacuteseaux eacutelectriques ayant des capaciteacutes de transit limiteacute agrave cause des limites

thermique des lignes doivent seacutelargir et de nouvelles lignes dextension seront ajouteacutees Face

agrave ce problegraveme et devant les contraintes environnementale eacutecologique et eacuteconomique de

reconstructions de nouvelles lignes la compagnie ameacutericaine EPRI (Electric Power Research

Institue) a lanceacute en 1988 un projet drsquoeacutetude des systegravemes FACTS afin de mieux maicirctriser le

transit de puissance dans les lignes eacutelectriques et daugmenter leurs capaciteacutes de transfert Le

concept FACTS regroupe tous les dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance qui

permettent drsquoameacuteliorer lrsquoexploitation du reacuteseau eacutelectrique

Aussi ces reacuteseaux eacutelectriques de taille importantes seront confronteacutes par divers

problegravemes de fonctionnement agrave cause du controcircle traditionnel utilisant des systegravemes de

commande eacutelectromeacutecaniques de temps de reacuteponse lent par rapport agrave ces nouveaux systegravemes

FACTS agrave base dinterrupteurs statiques et de court temps de reacuteponse (moins dune seconde)

Aujourdhui cette technologie FACTS simpose pour les systegravemes eacutenergeacutetiques en

augmentant leurs capaciteacutes de transport en ameacuteliorant le controcircle des paramegravetres de ces

derniers donc leur assurer une flexibiliteacute du transfert de leacutenergie et ameacuteliorer sa stabiliteacute

Le concept FACTS (Flexible AC Transmission System) est neacute pour reacutepondre aux

diffeacuterentes difficulteacutes croissantes de transmission dans les reacuteseaux et surtout la maicirctrise de

transit de puissance (compensateur de puissance reacuteactive variateur de charge universelhellip)

ces dispositifs peuvent ameacuteliorer le comportement dynamique des reacuteseaux eacutelectriques [25]

II2) Le concept FACTS

Les problegravemes des reacuteseaux eacutenonceacutes ci ndashdessus devenant plus preacutesents drsquoanneacutee en

anneacutee EPRI (Electric Power Research Institute) qui repreacutesente un consortium deacutedieacute agrave la

recherche dans les reacuteseaux eacutelectriques et regroupant des compagnies drsquoeacutelectriciteacute ameacutericaines

a lanceacute en 1988 le concept FACTS (Flexible AC Transmission Systems) qui est un projet agrave

long terme La technologie FACTS utilise lrsquoeacutelectronique de puissance et plus particuliegraverement

des systegravemes agrave thyristors qui permettent drsquoobtenir des vitesses de commande nettement

supeacuterieures agrave celles des systegravemes meacutecaniques qui sont encore largement utiliseacutes et un niveau

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

43

de maintenance bien infeacuterieur car les systegravemes meacutecaniques srsquousent beaucoup plus rapidement

que les systegravemes statiques Parmi les systegravemes FACTS on cite [26]

Compensateur synchrone statique (lsquoSTATCOMrsquo Static Synchronous Compensator)

Static Synchronous Series Compensator (SSSC)

Le controcircleur de transit de puissance entre ligne IPFC (Interline Power Flow

Controller)

Face agrave la saturation des reacuteseaux de puissance les compagnies de distribution drsquoeacutenergie

eacutelectrique exploitent de plus en plus leurs reacuteseaux pregraves des limites de seacutecuriteacute (conduite aux

limites) Cette situation engendre des problegravemes drsquoexploitation notamment pour le controcircle

des flux de puissance le maintien drsquoun profil de tension acceptable la surveillance des reports

de chargehellipetc Agrave cet effet lrsquoaspect seacutecuriteacute prend une grande importance et des recherches

sont entreprises dans diffeacuterents pays pour trouver des moyens susceptibles drsquoameacuteliorer la

seacutecuriteacute et rendre lrsquoexploitation des reacuteseaux plus flexible

Ainsi plusieurs eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees pour connaitre les avantages lieacutes agrave lrsquoutilisation

des dispositifs FACTS dans les reacuteseaux pour

le support du profil de la tension

lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute statique et dynamique

lrsquoamortissement des oscillations subsynchrones

Ces avantages deacutecoulent principalement de lrsquoaugmentation des capaciteacutes de transit des

lignes existantes par un controcircle rigoureux des diffeacuterents variables du reacuteseau Pour fixer les

ideacutees nous pouvons prendre un exemple simple

Consideacuterons le transit de puissance sur une ligne agrave courant alternatif Cette ligne est

repreacutesenteacutee sur la figure (II1) les pertes eacutetant supposeacutees nulles la puissance transmise P est

fonction des amplitudes des tensions E1 et E2 aux extreacutemiteacutes de la ligne du deacutephasage 12057512

entre ces deux tensions et de lrsquoimpeacutedance x de la ligne comme le montre lrsquoeacutequation (II1)

1

Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif

x

p

1 2

119916120783

2 119916120784

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

44

119823 = 119812120783119812120784

119831 119852119842119847120517120783120784

Cette eacutequation montre que la puissance transmissible par une ligne est limiteacutee par les

paramegravetres eacutenonceacutes ci-dessus et pas forceacutement par sa limite thermique De plus il deacutecoule de

cette eacutequation que si lrsquoon peut reacutegler un deux ou les trois paramegravetres on controcircle alors le

transit de puissance dans la ligne [26]

Elle montre aussi quil est possible daugmenter la puissance transiteacutee entre deux

reacuteseaux soit en maintenant la tension des systegravemes soit en augmentant langle de transport

entre les deux systegravemes soit en reacuteduisant artificiellement limpeacutedance de la liaison En jouant

sur un ou plusieurs de ses paramegravetres les FACTS permettent un controcircle preacutecis des transits de

puissance reacuteactive une optimisation des transit de puissance active sur les installations

existantes et une ameacutelioration de la stabiliteacute dynamique du reacuteseau Ils permettent aussi aux

consommateurs industriels de reacuteduire les deacuteseacutequilibres de charges et de controcircler les

fluctuations de tensions creacuteeacutees par des variations rapides de la demande de puissance reacuteactive

et ainsi daugmenter les productions de reacuteduire les coucircts et dallonger la dureacutee de vie des

eacutequipements [27]

En effet les FACTS permettent de

ne pas transporter drsquoeacutenergie reacuteactive en la fournissant lagrave ougrave elle est demandeacutee

augmenter les puissances maximales transmissibles et donc les transferts de

puissance active

controcircler les flux de puissance pour la surcharge des lignes et le risque de

deacuteclenchement en cascade [26]

II21) Fonctionnement des FACTS

Un FACTS agit geacuteneacuteralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de

la puissance reacuteactive sur le reacuteseau Ceci a pour effet de modifier lamplitude de la tension agrave

son point de connexion et par conseacutequent la puissance active maximale transmissible

Les FACTS sont utiliseacutes aussi pour le filtrage des courants harmoniques et la

stabilisation de la tension Lordre de grandeur de la puissance dun FACTS va de

quelques MVA (Meacutega Volts Ampegraveres) agrave quelques centaines de MVA Ils sappliquent dans

deux secteurs principaux

(II1)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

45

Grand reacuteseaux de transmission

Pour ameacuteliorer le controcircle augmenter les capaciteacutes de transfert de puissance et assister

la reacutecupeacuteration du reacuteseau conseacutecutive agrave un deacutefaut dans les systegravemes de transmission AC

(Alternative Current)

Reacuteseaux Industriels

Pour ameacuteliorer la qualiteacute de la puissance fournie en un point preacutecis du reacuteseau AC en

preacutesence de fluctuations de charge eg compensation du flicker pour les fours agrave arc Gamme

de puissance infeacuterieure agrave celle dun reacuteseau de transmission

II22) Contexte algeacuterien

Depuis les anneacutees 2000 le deacuteveloppement du reacuteseau de transport drsquoeacutelectriciteacute fait partie

des prioriteacutes de lrsquoAlgeacuterie [26]

Le reacuteseau de transport algeacuterien est en phase drsquoexpansion car il doit reacutepondre agrave la forte

augmentation de la demande en eacutelectriciteacute (+ 5 agrave 7 par an) Les principaux besoins en

eacutelectriciteacute sont domestiques lieacutes

bull agrave lrsquoaccroissement de la population (celle-ci a plus que tripleacute en 50 ans et son

taux de croissance est actuellement estimeacute agrave 12 par an)

bull au changement des habitudes de consommation avec lrsquousage des appareils En

outre dans les anneacutees 90 peu drsquoinvestissements ont eacuteteacute entrepris sur le reacuteseau

eacutelectrique et celui-ci srsquoest deacutegradeacute

Au total depuis 2005 pregraves de 15 000 km de nouvelles lignes HT et THT ont eacuteteacute

reacutealiseacutes ou restent agrave construire

Le deacuteveloppement du reacuteseau de transport concerne agrave la fois le deacuteveloppement des

reacuteseaux hauts tension (60 et 220 000 Volts) et la creacuteation drsquoun reacuteseau agrave tregraves haute tension

(400 000 Volts)

Le deacuteveloppement du reacuteseau 400 000 Volts est mis en œuvre agrave la fois dans lrsquoaxe

bull Est-Ouest (interconnexions internationales avec le Maroc et la Tunisie)

bull Nord-Sud (raccordement des reacuteseaux du Sud jusqursquoalors le point trop isoleacute du reacuteseau

national)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

46

En 2002 un total de trois SVC (static var compensator) a eacuteteacute introduit dans le reacuteseau

national de la Sonelgaz un dispositif agrave la sous station de Naama et deux agrave Beacutechar (figure

II2)

Les trois SVC ont une classe identique -10+40Mvar agrave la tension 220 kV (figure II3) et

lrsquoune des plates- formes de ses trois SVC est montreacutee par la figure (II2) Le reacuteseau est

constitueacute drsquoune ligne de 500km sous une tension de 220kv Un seul circuit aeacuterien de la ligne

de transmission pour lrsquoalimentation de la charge eacuteloigneacutee dans la partie ouest du pays

Des productions locales de diesel et des turbines agrave gaz alimentent les charges locales de

Beacutechar depuis le deacutebut des anneacutees quatre vingt dix et elles ont eacuteteacute fermeacutees pendant lrsquoanneacutee

2002

Deux sous stations 22060 kV une intermeacutediaire (Naama) et une agrave la fin de la ligne

(Beacutechar) ont eacuteteacute eacutequipeacutees avec des SVC (figure II3) pour les objectifs suivants

bull Pour fournir au systegraveme de transmission le support en eacutenergie reacuteactive afin de

maintenir une tension stable pendant le fonctionnement normal et quotidien

bull Pour le rendement dynamique au cours du controcircle de la ligne 220 kV mise sous

tension ainsi pour le maintien drsquoune tension stable dans le systegraveme sous diverses

conditions drsquoexploitation En particulier pour preacutevenir lrsquoeffondrement de tension

(voltage collapse) et lrsquoinstabiliteacute du systegraveme pendant le transitoire et lrsquoeacutevolution

rapide des conditions de tension dans le systegraveme Les charges prisent hors reacuteseau

220 kV sont de lrsquoordre de 12 MVA agrave Naama et 35 MVA agrave Beacutechar

Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar [26]

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

47

II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS

La compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive au niveau des lignes de transmission permet la

reacutegulation du profil de la tension le long de ces lignes avec un bon controcircle de la puissance

active transmise Il est reconnu que la stabiliteacute peut ecirctre ameacutelioreacutee quelque soit son type si la

compensation reacuteactive du systegraveme de transmission varie rapidement Les meacutethodes de

compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive classiques se basent sur les batteries de condensateurs ou

les bobines fixes ou commandeacutees meacutecaniquement Ces meacutethodes sont non efficaces dans le

controcircle du reacuteseau eacutelectrique quand il est seacutevegraverement perturbeacute

Gracircce aux avanceacutees reacutecentes dans la technologie des IGBT et GTO le temps de reacuteaction

de ces dispositifs a diminueacute agrave quelques milli secondes Il est possible donc de reacutepondre agrave la

demande par lrsquoutilisation drsquoune compensation rapide en utilisant les dispositifs FACTS [31]

II3) Les dispositifs FACTS

Selon lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) la deacutefinition du terme

FACTS est la suivante Systegravemes de Transmission en Courant Alternatif comprenant des

dispositifs baseacutes sur leacutelectronique de puissance et dautres dispositifs statique utiliseacutes pour

accroicirctre la controcirclabiliteacute et augmenter la capaciteacute de transfert de puissance du reacuteseau

Avec leurs aptitudes agrave modifier les caracteacuteristiques apparentes des lignes les FACTS

sont capables daccroicirctre la capaciteacute du reacuteseau dans son ensemble en controcirclant les transits de

puissances Les dispositifs FACTS ne remplacent pas la construction de nouvelles lignes Ils

sont un moyen de diffeacuterer les investissements en permettant une utilisation plus efficace du

reacuteseau existant [28]

Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie [26]

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

48

II4) Classification des dispositifs FACTS

II41) Classification selon la geacuteneacuteration

Depuis les premiers compensateurs trois geacuteneacuterations de dispositifs FACTS ont vu le

jour Elles se distinguent par la technologie des semi-conducteurs et des eacuteleacutements de

puissance utiliseacutes

II411) Geacuteneacuteration I

Baseacutee sur les thyristors classiques Ceux-ci sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour enclencher

ou deacuteclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance reacuteactive dans les

transformateurs de reacuteglage

II412) Geacuteneacuteration II

Dite avanceacutee est neacutee avec lavegravenement des semi-conducteurs de puissance commander

agrave la fermeture et agrave louverture comme le thyristor GTO Ces eacuteleacutements sont assembleacutes pour

former les convertisseurs de tension ou de courant afin drsquoabsorber ou dinjecter des courants

(tensions) controcirclables dans le reacuteseau

II413) Geacuteneacuteration III

FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adapteacutee agrave chaque cas

Contrairement aux deux premiegraveres geacuteneacuterations celle-ci nutilisent pas des dispositifs

auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le reacuteseau

II42) Classification selon la cateacutegorie

Les dispositifs FACTS peuvent ecirctre classeacutes en trois cateacutegories figure (II4)

Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie

Dispositifs FACTS

Compensateurs shunt

Compensateurs seacuteries

Compensateurs hybrides

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

49

II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS

Le but de cette section est de donner une description bregraveve et de deacutefinir diffeacuterent shunt

seacuterie et combineacutes seacuterie-shunt dispositifs FACTS nous allons utiliser les termes et les

deacutefinitions drsquoIEEE [26]

a) Dispositifs FACTS Shunt

Compensateur statique de puissance reacuteactive (Static Var Compensator- SVC)

Un geacuteneacuterateur (ou absorbeur) statique drsquoeacutenergie reacuteactive shunt dont la sortie est ajusteacutee

en courant capacitif ou inductif afin de controcircler des paramegravetres speacutecifiques du reacuteseau

eacutelectrique typiquement la tension des nœuds Les sous-ensembles du SVC sont

Inductance Controleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Reactor-

TCR)

Une inductance placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele La valeur de

lrsquoinductance est continuellement changeacutee par lrsquoamorccedilage des thyristors

Condensateur Commuteacute par Thyristors (Thyristor-Switched

Capacitor- TSC)

Un condensateur placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele Les

thyristors fonctionnent en pleine conduction

Inductance Commuteacutee par Thyristors (Thyristor-Switched Reactor-

TSR)

Une inductance commuteacutee par thyristors dans le TSR les thyristors fonctionnent en

pleine conduction

Compensateur Statique Synchrone (Static Synchronous Compensator-

STATCOM)

Un geacuteneacuterateur synchrone fonctionnant comme un compensateur parallegravele de lrsquoeacutenergie

reacuteactive dont le courant capacitif ou inductif geacuteneacutereacute peut ecirctre controcircleacute seacutepareacutement de la

tension du systegraveme agrave courant alternatif

Geacuteneacuterateur Statique Synchrone (Static Synchronous Generator- SSG)

Un convertisseur de puissance statique agrave interrupteurs auto commuteacutes alimenteacute par une

source deacutenergie eacutelectrique approprieacutee et exploiteacute pour produire un ensemble ajustables de

tensions de sortie multi phases qui peut ecirctre coupleacute agrave un systegraveme de puissance alternatif dans

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

50

le but deacutechanger indeacutependamment la puissance controcirclable active et reacuteactive

Toutefois deux dispositifs particuliers peuvent ecirctre mis en eacutevidence

Systegraveme de Stockage par Batterie (Battery Energy Storage System-

BESS)

Un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie drsquoune source de nature chimique la conversion de la

tension de source est capable drsquoajuster rapidement lrsquoeacutenergie amont qui est fournit ou absorber

drsquoun systegraveme alternatif

Systegraveme de Stockage drsquoEacutenergie par Aimant Supraconducteur

(Superconducting Magnetic Energy Storage- SMES)

Un dispositif contenant des convertisseurs eacutelectroniques que rapidement injectent et ou

absorbent la puissance active et ou reacuteactive Le SMES sert principalement au controcircle

dynamique du flux de puissance dans les systegravemes eacutelectriques

Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var Generator

or Absorber- SVG)

Un dispositif eacutelectrique statique un eacutequipement ou un systegraveme qui est capable de tracer

un courant controcircleacute capacitif et ou inductif agrave partir dun systegraveme de puissance eacutelectrique et

ainsi geacuteneacuterer ou absorber la puissance reacuteactive Geacuteneacuteralement consideacutereacute pour consister en

connexion shunt Inductance controcircleacutee par thyristors etou condensateur commuteacute par

thyristors

Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var System- SVS)

Une combinaison de diffeacuterent compensateurs de puissance reacuteactive statiques et

meacutecaniquement commuteacutes dont les sorties sont coordonneacutes

Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Braking

Resistor- TCBR)

Une reacutesistance commuteacutee par thyristors et connecteacutee en parallegravele qui est controcircleacutee pour

aider le systegraveme de puissance agrave se stabiliser ou de minimiser lacceacuteleacuteration des puissances

drsquoune uniteacute geacuteneacuteratrice lors dune perturbation

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

51

b) Dispositifs FACTS seacuteries

La compensation seacuterie peut ecirctre utiliseacutee dans les systegravemes eacutenergeacutetiques pour la

commande du flux drsquoeacutenergie en reacutegime permanent En cas de lignes de transport avec une

capaciteacute thermique suffisante la compensation peut soulager des surcharges eacuteventuelles

sur drsquoautres lignes parallegraveles

Controcircleur de transit de puissance entre lignes (Interline Power Flow Controller-

IPFC)

Une combinaison de deux ou plusieurs compensateurs statiques seacuterie synchrone qui sont

relieacute entre eux via une liaison commune agrave courant continu pour faciliter lrsquoeacutecoulement

bidirectionnel de la puissance active entre les bornes alternatives des SSSC et sont controcircleacutes

pour fournir une compensation reacuteactive indeacutependante pour lrsquoeacutecoulement de puissance ajusteacute

dans chaque ligne et maintenir la distribution de lrsquoeacutecoulement de puissance reacuteactive deacutesireacute

entre les lignes

Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (Thyristor Controlled Series

Capacitor- TCSC)

Un compensateur agrave reacuteactance capacitif qui consiste en une seacuterie de condensateurs en

parallegravele avec des inductances commandeacutees par thyristor afin de pouvoir assurer une variation

homogegravene de la reacuteactance capacitive

Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (Thyristor Switched Series

Capacitor- TSSC)

Compensateur agrave reacuteactance capacitive qui est constitueacute drsquoun banc de capaciteacute seacuterie

shunteacute par une inductance commuteacutee par thyristor pour fournir un controcircle pas agrave pas de la

reacuteactance capacitive seacuterie

Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Series

Reactor- TCSR)

Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute de lrsquoinductance seacuterie shunteacute par

une inductance commandeacutee par thyristor afin de fournir une reacuteactance inductive seacuterie

leacutegegraverement variable

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

52

Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (Thyristor Switched Series Reactor-

TSSR)

Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute drsquoune inductance seacuterie shunteacutee par

une inductance commuteacutee par thyristor afin de fournir un controcircle pas agrave pas de la reacuteactance

inductive seacuterie

Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (Static Synchronous Series

Compensator- SSSC)

Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par

lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur Le SSSC agit sur le courant de ligne en inseacuterant une

tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou inductive Un

SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une ligne voire drsquoen

inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun condensateur ou

drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait que la tension

injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC preacutesente lrsquoavantage

de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante indeacutependamment du courant

c) Dispositifs FACTS hybrides (seacuterie ndashparallegravele)

Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (Unified Power Flow Controller- UPFC)

Une combinaison entre un STATCOM et un SSSC coupleacutes via une liaison agrave courant

continu pour permettre un eacutecoulement bidirectionnel de la puissance active entre la sortie du

SSSC et celle du STATCOM

Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Phase

Shifting Transformer- TCPST)

Transformateur deacutephaseur ajusteacute par un thyristor afin de fournir un angle de phase

rapidement variable Ce dispositif est eacutegalement appeleacute reacutegulateur drsquoangle de phase

commandeacute par thyristor (TCPAR -Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)

Reacutegulateur de puissance interphases (Interphase Power Controller- IPC)

Un controcircleur de la puissance active et reacuteactive connecteacute en seacuterie et comprenant dans

chaque phase des branches inductives et capacitives soumises agrave des tensions deacutephaseacutees

seacutepareacutement Les puissances active et reacuteactive peuvent ecirctre reacutegleacute indeacutependamment en ajustant

les deacutecalages de phase et ou les impeacutedances de branche agrave laide des commutateurs

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

53

meacutecaniques ou eacutelectroniques Dans le cas particulier ougrave lrsquoimpeacutedance inductive et capacitive

forment une paire conjugueacutee chaque terminal de lIPFC est une source passive de courant

deacutependant de la tension agrave lautre borne

d) Autres dispositifs FACTS

Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled voltage

Limiter- TCVL)

Une varistance agrave oxyde meacutetallique commuteacutee par thyristor utiliseacutee pour limiter la

tension agrave ses bornes durant les conditions transitoires

Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Voltage

Regulator- TCVR)

Un Transformateur commandeacute par thyristor qui peut fournir une tension variable dans

une phase avec un control continu

La figure (II5) preacutesente les diffeacuterents dispositifs qui peuvent controcircler certains variables

du systegraveme eacutelectrique

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

54

Dans la section qui suit nous allons deacutevelopper la preacutesentation du STATCOM et du

SSSC Il srsquoagit des dispositifs FACTS qui nous inteacuteresse particuliegraverement dans cette eacutetude et

que nous devons traiter pour une meilleure compreacutehension de la suite de ce meacutemoire

II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors

a) Dispositifs FACTS Shunt

Compensateur synchrone statique(STATCOM)

Un compensateur synchrone statique est constitueacute drsquoun convertisseur agrave source de

tension drsquoun transformateur de couplage et de la commande Dans cette application la source

drsquoeacutenergie agrave courant continue peut ecirctre remplaceacutee par un condensateur agrave courant

FACTS

Shunt

Thyristors GTO

Series

Thyristors GTO

Hybrides

Serie-Shunt

Autres FACTS

TCSC

TSSSC

GCSC

TCSR

IPFC

TSSR

SSSC

STATCOM

SSG

BESS

SMES SVC

TCR

TSC

TCBR

SVS

TSR

UPFC

TCPST

IPC

TCVR

TCPAR

TCPSR

TCVL

Figure II5 Classification des dispositifs FACTS

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

55

continue de sorte que lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie en reacutegime permanent entre le compensateur

statique et le systegraveme ca peut ecirctre uniquement reacuteactif comme illustreacute par la figure (II6)

119868119902 (est le courant de sortie du convertisseur) perpendiculaire agrave la tension du convertisseur

119881119894 (Lrsquoamplitude de la tension du convertisseur) et donc la sortie reacuteactive du convertisseur

sont reacuteglables [27]

Le convertisseur STATCOM

Produit les ondes rectangulaires de tension triphaseacutee eacutequilibreacutee Un compensateur

statique pouvant geacuteneacuterer ou absorber une puissance reacuteactive Il sagit du STATCOM

(Compensateur Statique) qui a connu jusqursquoagrave preacutesent sous diffeacuterents appellations

1 ASVC (Advanced Static Var Compensator)

2 STATCON (Static Condenser)

3 SVG (Static Var Generator)

4 SVC light (ABB)

5 SVC plus (SIEMENS)

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

nrsquoest que dans les anneacutees 90 que ce type de compensateur a connu un essor important gracircce

aux deacuteveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [27]

Le STATCOM possegravede plusieurs avantages par rapport aux compensateurs

conventionnels

La vitesse de reacuteaction la reacuteponse en moins drsquoun cycle agrave des variations de la

tension

Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

56

Lorsque la tension est basse il peut produire plus de puissance reacuteactive

notamment au moment ougrave lrsquoon a besoin drsquoune puissance reacuteactive consideacuterable

pour empecirccher la chute tension

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

utiliser pour reacutesoudre ce problegraveme des compensateurs multi-niveaux agrave commande MLI ou

encore installer des filtres

Le rocircle du STATCOM est drsquoeacutechanger de lrsquoeacutenergie reacuteactive avec le reacuteseau Pour ce

faire lrsquoonduleur est coupleacute au reacuteseau par lrsquointermeacutediaire drsquoune inductance qui est en geacuteneacuteral

lrsquoinductance de fuite du transformateur de couplage

Lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie reacuteactive se fait par le controcircle de la tension de sortie de

lrsquoonduleur 119881119904ℎ dont laquelle est en phase avec la tension du reacuteseau (Figure II7) Le

fonctionnement peut ecirctre deacutecrit de la faccedilon suivante

Si la tension 119881119904ℎ est infeacuterieure agrave la tension V le courant circulant dans lrsquoinductance est

deacutephaseacute de-π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant inductif (figure

II7a)

Si la tension119881119904ℎ est supeacuterieur agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est deacutephaseacute

de +π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant capacitif (figure II7b)

Si la tension 119881119904ℎ est eacutegale agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est nul et par

conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutechange drsquoeacutenergie

Lrsquoavantage de ce dispositif est de pouvoir eacutechanger de lrsquoeacutenergie de nature inductive ou

capacitive uniquement agrave lrsquoaide drsquoune inductance Contrairement au SVC il nrsquoy a pas

drsquoeacuteleacutement capacitif qui puisse provoquer des reacutesonances avec des eacuteleacutements inductifs du

119881119904ℎ

119881119904ℎ

119868119904ℎ V

V

a) Courant inductif b) Courant capacitif

Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM

119868119904ℎ

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

57

reacuteseau La caracteacuteristique statique de ce convertisseur est donneacutee par la figure (II8) Ce

dispositif a lrsquoavantage contrairement au SVC de pouvoir fournir un courant constant

important mecircme lorsque la tension V diminue

Le STATCOM permet le mecircme controcircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce

dispositif est capable de deacutelivrer la puissance reacuteactive mecircme si la tension au jeu de barres

(nœud de connexion) est tregraves faible dapregraves sa caracteacuteristique on constate que le courant

maximal du STATCOM est indeacutependant de la tension du nœud

Pour un STATCOM ideacuteal nayant pas des pertes actives leacutequation (II2) deacutecrit le

transfert de puissance reacuteactive dans le reacuteseau eacutelectrique [5]

119876119904ℎ =|⋁ 2

119896 |

Xshminus

|Vk||Vsh|

Xshcos( 120579119896 minus 120579119904ℎ) =

|⋁ 2119896 |minus

Xsh

|Vk||Vsh|

Xsh

Si |119881119896| gt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne positive et le STATCOM absorbe la puissance reacuteactive

Si |119881119896| lt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne neacutegative et le STATCOM fournie la puissance reacuteactive

Deacutepassement

transitoire en

fonctionnement

Deacutepassement

transitoire en

fonctionnement

Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM

119868119904ℎ

119868119898119886119909 119868119898119894119899

Capacitif Inductif

V

(II2)

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

58

b) Dispositifs FACTS Seacuteries

Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC)

Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par

lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur (figure II9) Le SSSC agit sur le courant de ligne en

inseacuterant une tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou

inductive Un SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une

ligne voire drsquoen inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun

condensateur ou drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait

que la tension injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC

preacutesente lrsquoavantage de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante

indeacutependamment du courant [26]

Ce type de compensateur seacuterie (Compensateur Synchrone Statique Seacuterie) est le plus

important dispositif de cette famille Il est constitueacute drsquoun onduleur triphaseacute coupleacute en seacuterie

avec la ligne eacutelectrique agrave laide dun transformateur Ce dispositif possegravede des avantages si

lrsquoon compare avec le TCSC

Elimination des composants passifs (inductance et capaciteacutes)

Une aptitude symeacutetrique dans les deux modes (inductif et capacitif)

Son rocircle est drsquointroduire une tension triphaseacutee agrave la freacutequence du reacuteseau en seacuterie avec la

ligne de transport

Figure II9 Scheacutema de base du SSSC

Transformateur

seacuterie

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

59

Nous pouvons dans ce cas reacutegler continuellement la valeur apparente de la capaciteacute ou

de lrsquoinductance ainsi introduite dans la ligne Lrsquoavantage de ce dispositif est de ne pas

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

Cela eacutevite lapparition des oscillations dues agrave la reacutesonance avec les eacuteleacutements inductifs du

reacuteseau La caracteacuteristique statique drsquoun Compensateur Synchrone Statique Seacuterie est preacutesenteacutee

par la figure (II10)

Si lon utilise un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie le SSSC peut agrave ce moment lagrave eacutechanger

de la puissance active avec la ligne eacutelectrique Ceci peut contribuer agrave ameacuteliorer la stabiliteacute du

reacuteseau Dans ce cas la tension 119881119887 nrsquoest pas obligatoirement en quadrature avec le courant de

ligne

Principe de fonctionnement de SSSC

Le SSSC injecte en seacuterie une tension alternative avec une amplitude et un angle de

phase reacuteglable dans la ligne de transport agrave lrsquoaide drsquoun transformateur seacuterie Le SSSC peut

produire ougrave absorber de la puissance reacuteactive suivant la commande de convertisseur statique

il permet drsquoassurer une compensation shunt indeacutependante agrave la ligne de transport Il fourni ou

absorbe la puissance reacuteactive neacutecessaire localement et produit de la puissance active comme

reacutesultat de lrsquoinjection en seacuterie drsquoune tension [21]

Le principe de fonctionnement peut ecirctre expliqueacute par la figure (II11)

Figure II10 Caracteacuteristique statiques du SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

60

Le SSSC deacutelivre une tension triphaseacutee 119881119904119890 agrave la freacutequence du reacuteseau en quadrature (

90 ) avec le courant de la ligne et controcirclable afin daugmenter ou diminuer la tension agrave

travers la ligne repreacutesenteacutee par sa reacuteactance 119883119897 selon le mode de compensation capacitif ou

inductif respectivement (figure II12) mais comme la reacuteactance de la ligne ne varie pas

reacuteellement cest le courant dans la ligne qui sera affecter par cette variation et par

conseacutequence les puissances correspondante

Ideacutealement la tension 119881119904119890 est agrave 90 du courant de la ligne ce qui fait quaucun eacutechange

de la puissance active nrsquoest entre le reacuteseau et le SSSC Pratiquement il y a toujours une petite

composante de cette tension 119881119904119890 en phase avec le courant 119868119897 qui geacutenegravere une petite quantiteacute de

la puissance active pour couvrir les pertes dans le convertisseur

On peut expliquer les diffeacuterents modes de compensation capacitive et inductive en ce

reacutefeacuterant aux diagrammes vectoriels de la figure (II13) qui suit en admettant le scheacutema

eacutequivalent dun SSSC installeacute dans un reacuteseau eacutelectrique simple repreacutesenteacute sur la figure (II12)

Figure II11 Principe de fonctionnement de SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

61

bull

Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du

reacuteseau

Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du

reacuteseau (eacutetat deacutequilibre) la tension au borne de la reacuteactance effective 119881119909119890119891119891

est eacutegale agrave la tension aux bornes de la ligne de transport sans compensation

la ougrave le degreacute de compensation K est nul K = 119881119902

119881119894 x 100 avec 119883119902 =

119881119902

119868119894

Dans le mode de compensation inductif le courant de la ligne 119868119897 diminue en

augmentant le degreacute de compensation K de 0 agrave 100 Du diagramme (b)

on voit que pour maintenir 119881119904 119881119903 et constants la variation dans

lamplitude de 119881119904119890 se reacutepercute directement sur la tension 119881119897 et chaque

Figure II12 Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple

Figure II13 Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du SSSC

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

62

augmentation dans 119881119904119890 entraicircne une diminution dans 119881119897 et par conseacutequence

dans le courant 119868119897

En mode capacitif le courant dans la ligne augmente avec laugmentation du

niveau de compensation la tension 119881119904119890 injecteacutee en anti-phase avec la tension

119881119897 (- 90deg en arriegravere du courant 119868119897 ) force la tension 119881119897 agrave augmenter pour

garder langle de charge constant ainsi que les tensions aux extreacutemiteacutes de la

ligne (figure II12c) [37]

II6) Coucirct des dispositifs FACTS [29]

Mis agrave part les avantages techniques apporteacutes par les FACTS drsquoautres critegraveres lieacutes au

coucirct doivent ecirctres pris en consideacuteration dans la deacutecision drsquoinstaller un dispositif Sur le plan

eacuteconomique le critegravere geacuteneacuteralement adopteacute dans lrsquoeacutevaluation des beacuteneacutefices obtenus par un

FACTS est que lrsquoaccroissement des revenues doit exceacuteder les coucircts drsquoexploitations de

maintenance et drsquoamortissement de lrsquoinstallation

Le coucirct drsquoune installation FACTS deacutepend principalement des facteurs tels que

Les performances requises

La puissance de lrsquoinstallation

Le niveau de tension du systegraveme

La technologie du semi-conducteur utiliseacute

Controcircleurs FACTS Coucirct (US$)

Condensateur Shunt 8$Kvar

Condensateur Seacuterie 20$ Kvar

SVC 40$Kvar

TCSC 40$Kvar

STATCOM 50$Kvar

UPFC Partie Seacuterie 50$Kvar

UPFC Partie Shunt 50$Kvar

Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

63

II7) Synthegravese des dispositifs FACTS

Les diffeacuterents dispositifs FACTS preacutesenteacutes dans ce chapitre possegravedent tous leurs propres

caracteacuteristiques tant en reacutegime permanent quen reacutegime transitoire Chaque type de dispositif

sera donc utiliseacute pour reacutepondre agrave des objectifs bien deacutefinis Des consideacuterations eacuteconomiques

entreront eacutegalement dans le choix du type dinstallation agrave utiliser Le tableau (II2) syntheacutetise

les principaux beacuteneacutefices techniques des nouvelles technologies de FACTS Le nombre +

est proportionnel agrave lefficaciteacute du dispositif

II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie

des dispositifs FACTS [29]

A Les avantages des dispositifs FACTS

Controcircle le transit de la puissance active

Augmente la seacutecuriteacute des systegravemes eacutenergeacutetiques (augmentation de la limite de la

stabiliteacute transitoire amortissement des oscillations hellip)

Reacuteduit le transit de lrsquoeacutenergie reacuteactive

Optimise les puissances geacuteneacutereacutees donc reacuteduit le coucirct de production de lrsquoeacutenergie

Agir comme filtre actif

Ameacutelioreacutee lrsquointerconnexion et lrsquoeacutechange eacutenergeacutetique

Dispositif

Controcircle du

transit de

puissance

Controcircle

de la

tension

Stabiliteacute

transitoire

Stabiliteacute

statique

STATCOM + +++ ++ ++

SSSC ++ + +++ ++

IPFC +++ ++ +++ ++

Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS [14]

+ Petite ++ Moyenne +++Forte

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

64

B Les inconveacutenients

Lrsquointroduction des harmoniques du reacuteseau eacutelectrique ce qui le rend pollueacute cest-agrave- dire le

signal sera tendu et non sinusoiumldale Il rend le reacuteseau vulneacuterable agrave la surtension ducirce aux

commutations reacutepeacutetitives

C Les contraintes des dispositifs FACTS

Les dispositifs FACTS sont consideacutereacutes comme des solutions pour aider les systegravemes

eacutelectriques mais ils preacutesentent des inconveacutenients en plus qursquoils ne sont pas une solution

universelle ils existent plusieurs contraintes pour que ces dispositifs soient efficaces et

rentables [30]

o Le choix du FACTS

o Le choix du modegravele du FACTS

o Choix de la localisation des FACTS

o Protection pour les FACTS et pour le reacuteseau

o Interactions entre les dispositifs FACTS et les autres eacuteleacutements

Nous avons deacutecideacute pour la suite de notre travail de ne pas eacutetudier lrsquoimpact de chaque

cateacutegorie des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique Notre choix srsquoest porteacute sur lrsquoeacutetude du

Compensateur Statique Synchrone (STATCOM) et du Conpensateur statique seacuterie

synchrone (SSSC)Il nous a sembleacute raisonnable drsquoessayer drsquoanalyser lrsquoimpact de la

compensation shunt et de la compensation seacuterie de faccedilon seacutepareacutee avant de regrouper lrsquoeacutetude

de ces concepts FACTS agrave lrsquoaide de la compensation hybride

II9) Conclusion

Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre en premier lieu le concept FACTS ainsi nous

avons donneacute une bregraveve description et des deacutefinitions des divers types de dispositifs FACTS

Cette description est adopteacutee comme classification universelle des systegravemes FACTS La

plupart dentre eux sont deacutejagrave en service dans la pratique Si aujourdhui les FACTS sont encore

peu utiliseacutes par rapport agrave leur potentiel les eacutevolutions techniques de leacutelectronique de

puissance vont rendre les solutions FACTS de plus en plus compeacutetitives face aux

renforcements des reacuteseaux le contexte algeacuterien a eacuteteacute abordeacute ainsi que la conception et le

fonctionnement des 2 dispositifs retenus pour cette eacutetude

LE CONCEPT DES FACTS

CHAPITRE II

65

Nous avons choisi deacutetudier le STATCOM et le SSSC comme dispositifs FACTS pour

controcircler et ameacuteliorer la tension et la puissance reacuteactive Le chapitre suivant (chapitre III) sera

deacutedieacute agrave la modeacutelisation des systegravemes FACTS

66

Chapitre 3

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

67

Dans le but drsquoeacutetudier lrsquoimpact des FACTS sur lrsquoameacutelioration de tension des reacuteseaux

eacutelectriques des modegraveles approprieacutes sont neacutecessaires agrave deacutevelopper Nous tenons agrave mentionner

que plusieurs logiciels incorporent ces modegraveles Dans ce chapitre nous allons preacutesenter les

modegraveles matheacutematiques du STATCOM et du SSSC retenus au chapitre II

III1) Introduction

Pour pouvoir observer limpact des dispositifs FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique il est

neacutecessaire de les repreacutesenter par des modegraveles Ceux-ci sont ensuite inteacutegreacutes dans des

programmes de calcul permettant de simuler leurs effets sur lensemble du systegraveme

Plusieurs modegraveles de FACTS ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes tant pour des reacutegimes de

fonctionnement stationnaire que dynamique Certains modegraveles sont speacutecifiques agrave un type de

dispositif alors que dautres plus geacuteneacuteraux sont utiliseacutes pour repreacutesenter plusieurs FACTS

Dans le cadre de ce meacutemoire et plus preacuteciseacutement le chapitre quatre cest lrsquoimpact des

dispositifs FACTS sur le reacuteseau de transport qui est eacutetudieacute Dans ce contexte nous nous

restreignons agrave leacutetude de lrsquoeffondrement de tension et plus particuliegraverement aux effets des

FACTS sur la stabiliteacute des tensions

La modeacutelisation des FACTS est effectueacutee sur la base des eacuteleacutements utiliseacutes dans les

calculs de lrsquoeacutecoulement de puissance Ce sont plus particuliegraverement les geacuteneacuterateurs les

charges les eacuteleacutements shunt ainsi que les lignes et les transformateurs

III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS [26]

III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs

Les geacuteneacuterateurs sont des eacuteleacutements qui permettent la conversion de leacutenergie (meacutecanique

photonique chimique) vers une forme eacutelectrique Ils peuvent fournir ou consommer de

leacutenergie active ou reacuteactive et ils peuvent maintenir un niveau de tension deacutesireacutee

Un geacuteneacuterateur peut ecirctre consideacutereacute comme une source de puissance active et reacuteactive qui

peut maintenir une tension de consigne Agrave cause de facteurs comme la limite thermique du

rotor celle du stator et la limite de stabiliteacute au reacutegime permanent le fonctionnement dun

geacuteneacuterateur est limiteacute en puissance active ainsi quen puissance reacuteactive Ainsi un geacuteneacuterateur

peut ecirctre modeacuteliseacute dans le calcul drsquoeacutecoulement de puissance par le scheacutema de la figure (III1)

Dans lrsquoanalyse de lrsquoeacutecoulement de puissance les geacuteneacuterateurs sont modeacuteliseacutes comme des

injecteurs de courants La puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur est reacutegleacutee agrave travers le

controcircle de la turbine qui doit ecirctre dans les limites de la capaciteacute du systegraveme turbine

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

68

geacuteneacuterateur La tension est lieacutee principalement agrave lrsquoinjection de la puissance reacuteactive au jeu de

barres de production et comme le geacuteneacuterateur doit fonctionner dans les limites de sa courbe de

capaciteacute reacuteactive il nrsquoest pas possible de reacutegler la tension en dehors de certaines limites

admissibles

Avec

Si Puissance apparente complexe

PGi Puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i

QGi Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i

V i Tension complexe au nœud i

δi Deacutephasage de la tension au nœud i

Les limites de production des geacuteneacuterateurs sont deacutefinies par

PGimin le PGi le PGimax

QGimin le QGi le QGimax

Dans les calculs de transit de puissance la puissance PGi est prise constante et la

tension V i peut ecirctre maintenue en module agrave une valeur consigne constante La phase δi et la

puissance reacuteactive quand agrave elles deacutependent de leacutetat du reacuteseau Lorsque QGi deacutepasse une de ces

limites sa valeur est fixeacutee agrave cette valeur limite et la tension ne peut plus ecirctre controcircleacutee Le

nœud nest plus consideacutereacute comme geacuteneacuterateur mais comme une charge

120575119894

119878119894 i 119881 119894

119875119866119894 119876119866119894

119876119866119894

Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur

(III1)

(III2)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

69

III22) Modegraveles des charges [26]

Les charges repreacutesentent les consommateurs connecteacutes au reacuteseau (figure III2) Elles

correspondent agrave des injections neacutegatives aux nœuds Les charges sont modeacuteliseacutees par des

puissances constantes indeacutependantes de la tension nodale

SLi = PLi + j QLi

Ougrave

SLi La puissance complexe de la charge

PLi La puissance active

QLi La puissance reacuteactive

La puissance reacuteactive QLi peut ecirctre positive ou neacutegative selon que la charge est de nature

inductive ou capacitive respectivement

III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt [26]

Dans la plupart des cas les eacuteleacutements shunt sont des dispositifs destineacutes agrave la

compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive et la tenue de la tension chaque eacuteleacutement connecteacute au

reacuteseau sera modeacuteliseacute par des admittances 1199101198940 de la forme

1199101198940 = 1198921198940 + 1198951198871198940

Le symbole geacuteneacuteral repreacutesentant un eacuteleacutement shunt est donneacute agrave la figure III3a La

susceptance 1198871198940 peut ecirctre inductive ou capacitive Dans le premier cas leacuteleacutement consomme de

la puissance reacuteactive (fig III3b) alors quil en fournit au systegraveme dans le second (fig III3c)

Les modegraveles des dispositifs FACTS preacutesenteacute dans la section suivante sont baseacutes sur une

(III3)

Figure III2 Modegravele des charges

PLi QLi

i

(III4)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

70

simple modification des eacuteleacutements approprieacutes de 119884

III24) Modegraveles de la ligne [26]

Les lignes sont deacutefinies par leur scheacutema en 120587 (figure III4) qui caracteacuterise en geacuteneacuteral les

lignes moyennes dont les paramegravetres sont la reacutesistance r la reacuteactance 119909 = 119871 ω et la

susceptance b =119862120596 Dans le cas des lignes longues on peut toujours se ramener agrave un scheacutema

eacutequivalent en 120587 Les lignes de transport sont modeacuteliseacutees par leur scheacutema en 120587 classique dans

lequel la conductance transversale est neacutegligeacutee

La matrice dadmittance nodale dune ligne reliant un nœud i agrave un nœud k est donneacute par

lrsquoeacutequation (III5)

Y = (

yik+

yik0

2

minusyik

minusyik yik + yik0

2

)

Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt a) symbole b) eacuteleacutement

inductif c) eacuteleacutement capacitif

c) eacuteleacutement capacitif

(III5)

i 119909119894119896 119903119894119896 k

119887119894119896119900

2

119887119894119896119900

2

Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

71

Ougrave ladmittance longitudinale yik vaut

yik = 1

rik + j 120013ik

Avec

rik Reacutesistance longitudinale de la ligne

120013ik Reacuteactance longitudinale de la ligne

Ladmittance transversale correspondant aux effets capacitifs seacutecrit

yik0 = j119887ik0

Avec

119887ik0 Sousceptance transversale de la ligne

III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques [32]

Chaque nœud est caracteacuteriseacute par quatre variables Pi Qi Vi θi Si on connaicirct deux des

quatre variables nous permettent de deacuteterminer les deux autres agrave partir des eacutequations

principales de leacutecoulement de puissance En pratique le problegraveme se pose autrement Pour

cela il faut classifier les nœuds du systegraveme comme suit (Tableau III1)

Nœud de charge (P-Q) Pour ce type de nœuds on associe geacuteneacuteralement les charges

Ces derniegraveres sont caracteacuteriseacutees par la consommation des puissances active et reacuteactive

On peut aussi associer des geacuteneacuterateurs avec des puissances active et reacuteactive fixeacutees

Les variables agrave deacuteterminer sont le module et la phase de la tension

Nœud geacuteneacuterateur (P-V) Pour ce type de nœuds on associe les centrales de

production On speacutecifie la puissance active et le module de la tension Les variables agrave

deacuteterminer sont la phase de la tension et la puissance reacuteactive

Nœud bilan (slack bus) Pour ce type de nœud on associe la centrale de production la

plus puissante Dans un nœud k (nœud de reacutefeacuterence ou slack bus) on speacutecifie la phase

et le module de la tension Les valeurs agrave deacuteterminer sont les puissances actives et

reacuteactives

(III6)

(III7)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

72

III26) Modegraveles du transformateur

Les transformateurs sont repreacutesenteacutes par leur impeacutedance connecteacutee en seacuterie avec un

transformateur ideacuteal (figure III5) Le rapport de transformation est reacuteel pour un

transformateur classique alors quil est complexe dans le cas dun transformateur deacutephaseur

De maniegravere geacuteneacuterale le rapport de transformation complexe μik

est deacutefini par

μik

=Ui

Um

avec

Ui Tension complexe au nœud i

Um Tension complexe au nœud m

III27) Modegraveles de la machine synchrone

Nœuds Puissances actives Puissances reacuteactives Module de Tension Lrsquoangle de phase

Nœud (PQ) Connue Connue Inconnue Inconnue

Nœud (PV) Connue Inconnue Connue Inconnue

Nœud (slack

bus)

Inconnue Inconnue Connue Connue

Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme

(III8)

Si i

Ii Im

Um

119898

119903119894119896 Ik

Uk

119909119894119896

Ui μik 1

119896

Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

73

(III10)

La fem de la machine synchrone est donneacutee par la relation suivante

Ersquo = 119881119904+119903119886119868119904+j119883119889119868119904

Ersquo fem transitoire de la machine synchrone

119881119904 Tension aux bornes de la machine

119868119904 courant de la machine

119903119886 Reacutesistance statorique de la machine

119883119889 Reacuteactance transitoire de la machine

La repreacutesentation de la machine synchrone utiliseacutee pour la solution du reacuteseau et le diagramme

de phase sont scheacutematiseacutes dans la figure suivante

Les composantes de la tension 119881119904 aux bornes de la machine suivant les axes d-q sont

119881119889 = 119864prime119889 minus 119903119868119889 minus 119883prime

119902 119868prime119902

119881119902 = 119864prime119902 minus 119903119868119902 + 119883prime119889 119868prime119889

III28) Modeacutelisation du STATCOM

(III9)

Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone

(III11)

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

74

(III12)

(III13)

Le STATCOM appartient agrave la deuxiegraveme geacuteneacuteration des dispositifs FACTS Selon

lIEEE Le STATCOM est un moyen de compensation dynamique connecteacute en parallegravele au

systegraveme eacutelectrique il est baseacute sur lrsquoinjection drsquoun courant AC controcircleacute agrave travers un

transformateur de couplage La structure de base drsquoun STATCOM ayant le scheacutema qui est

montreacute par la figure (III7) [33]

En geacuteneacuteral la tension du STATCOM 119881119904ℎest injecteacutee en phase avec la tension 119881119903 de la

ligne et dans ce cas il n y a pas deacutechange de leacutenergie active avec le reacuteseau mais seulement la

puissance reacuteactive qui sera injecteacutee (ou absorbeacutee) par le STATCOM Le STATCOM a le

mecircme rocircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce dispositif capable de deacutelivrer la

puissance reacuteactive mecircme si la tension de jeu de barre de connexion est faible Avec

lhypothegravese dun STATCOM ideacuteal (convertisseur sans pertes) la contrainte de fonctionnement

que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas eacutechanger la puissance active avec le reacuteseau

La tension du STATCOM est donneacute par

119864119904ℎ = 119881119904ℎ(119888119900119904120575119904ℎ + 119895119904119894119899120575119904ℎ)

Le courant injecteacutee par le STATCOM est donneacute par

119868119904ℎ =119881119904ℎ minus 119881119894

119895119883119894

Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

75

(III14)

(III15)

(III16)

(III17)

La puissance de transmission entre les deux systegravemes peut ecirctre repreacutesenteacutee par

La puissance active transmis

119875 = 119881119894119881119904ℎ

119883 119904119894119899(120575119894minus120575119904ℎ)

La puissance reacuteactive transmis

119876 =119881119894

2

119883minus

119881119894119881119904ℎ

119883 cos (120575119894120575119904ℎ)

Ougrave 119881119894119881119904ℎ est la tension aux nœuds (120575119894120575119904ℎ) lrsquoangle entre la tension et X impeacutedance de la

ligne Apregraves lrsquoexeacutecution de quelques opeacuterations complexes les eacutequations de puissance active

et reacuteactive sont obtenues comme suit

119875119904ℎ = 1198811198942119892119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ) + 119887119904ℎ119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ))

119876119904ℎ = minus1198811198942119887119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ) minus 119887119904ℎ119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ))

Avec 119892119904ℎ + 119895119887119904ℎ = 1119885119904ℎ

frasl

119892119904ℎ Conductance eacutequivalente du STATCOM

119887119904ℎ Susceptance eacutequivalente du STATCOM

119885119904ℎ Impedance eacutequivalente du STATCOM

III29) Modeacutelisation du SSSC

Le SSSC peut acqueacuterir un eacuteleacutement de stockage drsquoeacutenergie pour une compensation de la

puissance active momentaneacutement qui reacutesulte dans un maintien efficace de la stabiliteacute du

reacuteseau eacutelectrique Un SSSC est donc modeacuteliseacute comme une source de tension en seacuterie la figure

(III8) montre un SSSC inseacutereacute dans un reacuteseau agrave deux machines et son diagramme vectoriel des

tensions [33]

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

76

(III18)

(III19)

(III20)

(III21)

(III22)

(III23)

A partir du diagramme vectoriel on peut voir que la tension injecteacutee en seacuterie controcircle

directement la tension agrave travers lrsquoinductance X de la ligne qui en la augmentant reacutesulte en

une augmentation dans la valeur du courant et par conseacutequence une augmentation dans la

puissance transmissible agrave travers la ligne Ce fonctionnement est similaire agrave une compensation

seacuterie par un condensateur Si on eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant

de la ligne on obtient le mecircme reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un

condensateur

119880= -j119883119862 119868

Avec 119883119862 qui repreacutesente la reacuteactance capacitive du condensateur Mais comme le SSSC

est une source de tension il peut alors maintenir une tension constante puisque il controcircle

indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC peut augmenter ou diminuer le

flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant la tension injecteacutee en seacuterie agrave la

ligne Comme le SSSC est une source reacuteactive la tension geacuteneacutereacutee est perpendiculaire au

courant de la ligne ce courant est

119868 =1198801minus119880119902minus1198802

119895119883

119920 =120783

119947119935(( 119880120783 minus 119880120784) minus 119880119954

(119880120783minus119880120784)

|119880120783minus119880120784|)

119920 =119947(119880120783minus119880120784)

119935(120783 minus

119880119954

|119880120783minus119880120784|)

Cette eacutequation montre qursquoagrave lrsquoabsence du SSSC la chute de tension agrave travers X

est ( 1198801

minus 1198802

) Si on prend 1198802 Comme reacutefeacuterence du SSSC

1198802

= U2

et

Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

77

(III24)

(III25)

1198801=1198801(119888119900119904120575 + 119895119904119894119899120575)

Si on prend par consideacuteration que

|119880120783

minus 119880120784

| = radic119880120783120784 + 119932120784

120784 minus 120784119932120783119932120784119940119952119956120633

Ce qui nous donne la puissance agrave travers la ligne

P = 11988011198802119904119894119899120575

119883(1 minus

119880119902

radic11988012+1198802

2minus211988011198802119888119900119904120575

)

Par conseacutequent la puissance transmise P est une fonction de la tension injecteacutee La

puissance transmise en fonction de lrsquoangle δ

MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET

CHAPITRE III

78

III3) Conclusion

Dans ce chapitre nous avons modeacuteliseacute les diffeacuterents composants du reacuteseau eacutelectrique agrave

savoir les lignes de transport les transformateurs et les charge les machines

synchroneshellipetc

Des modegraveles simplifieacutes de deux diffeacuterents types de FACTS agrave savoir le STATCOM et le

SSSC baseacute sur la modification de la matrice admittance 119884 et suitable pour lrsquoeacutetude du controcircle

du power flow et la reacutegulation de la tension ont eacuteteacute deacutemontreacutees dans ce chapitre Les deux

modegraveles ont eacuteteacute observeacutes dans la litteacuterature Agrave cet effet une bregraveve preacutesentation des approches

existantes agrave des modegraveles de ces deux dispositifs FACTS ont eacuteteacute fournis Les modegraveles

seacutelectionneacutes sont faciles agrave impleacutementer dans les logiciels du power flow comme le PSAT Au

chapitre suivant crsquoest lrsquoimpact du STATCOM et du SSSC sur lrsquoeffondrement de tension qui

sera analyseacute

79

Chapitre 4

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

80

IV1) Introduction

Le transfert de puissance au travers drsquoun reacuteseau eacutelectrique srsquoaccompagne de chutes de

tension entre les points de production et ceux de consommation Dans des conditions

normales de fonctionnement ces chutes de tension sont de lrsquoordre de quelque pour cents de la

tension nominale Une des preacuteoccupations des planificateurs et des exploitants est de srsquoassurer

que les tensions aux diffeacuterents jeux de barres du reacuteseau demeurent malgreacute tout dans des

limites prescrites speacutecialement dans des conditions de forte charge etou suite agrave des incidents

plausibles Dans certaines circonstances cependant dans les secondes ou dans les minutes qui

suivent lrsquoapparition drsquoune perturbation les tensions peuvent deacutecroitre de maniegravere

catastrophique agrave tel point que la puissance ne peut plus ecirctre achemineacutee correctement aux

consommateurs et que lrsquointeacutegriteacute du systegraveme peut ecirctre mise en danger

Le meacutecanisme qui sous-tend cet affaissement des tensions est lrsquoinstabiliteacute de tension et

la catastrophe qui en reacutesulte est lrsquoeffondrement de tension [34]

En termes simples lrsquoinstabiliteacute de la tension provient drsquoun comportement des charges

qui tend agrave ramener la consommation de puissance de celles-ci au-delagrave de ce que peuvent

fournir ensemble le reacuteseau de transport et les geacuteneacuterateurs

Dans de nombreux reacuteseaux agrave travers le monde lrsquoinstabiliteacute de tension est consideacutereacutee

comme une source majeure de deacutefaillance au moins aussi importante que les surcharges

thermiques drsquoeacutequipements (et le risque associeacute de deacuteclenchements en cascade) ou lrsquoinstabiliteacute

angulaire (perte de synchronisme entre geacuteneacuterateurs) connues depuis plus longtemps

Plusieurs facteurs contribuent agrave cet eacutetat de fait

- comme on le sait la construction de nouvelles lignes eacutelectriques est de

plus en plus difficile souvent retardeacutee et parfois impossible

- la concentration de la production dans ces centrales de plus en plus

puissantes a diminueacute le nombre de points tenus en tension dans le reacuteseau et

augmenteacute les distances eacutelectriques entre centres de production et de consommation

Certes lrsquoeacutemergence de la production deacutecentraliseacutee va quelque peu inverser cette

tendance en rapprochant producteurs et consommateurs Encore faut ndashil que ces

sources drsquoeacutenergie fournissent les services auxiliaires que sont la reacutegulation de

tension et la mise agrave disposition drsquoune reacuteserve de puissance reacuteactive

- lrsquousage massif de condensateurs shunt pour soutenir le profil de tension

permet de transporter de plus grandes quantiteacutes de puissance mais rapproche le point

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

81

drsquoinstabiliteacute des plages de fonctionnement normal

- lrsquoinstabiliteacute de tension est souvent deacuteclencheacutee par la perte

drsquoeacutequipements de transport et ou de production incidents dont la probabiliteacute

drsquoapparition est relativement eacuteleveacutee (compareacutee par exemple agrave celle du court-circuit

triphaseacute consideacutereacute en stabiliteacute transitoire angulaire)

- lrsquoouverture du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute incite agrave faire fonctionner les

reacuteseaux plus pregraves de leurs limites physiques pour des raisons de rentabiliteacute

eacuteconomique Plus encore que par le passeacute il est donc neacutecessaire drsquoeacutevaluer ces

limites en particulier vis ndashagrave vis du risque drsquoinstabiliteacute de tension

IV2) Outils de simulation

Plusieurs outils de simulation ont eacuteteacute utiliseacutes dans lrsquoanalyse et lrsquoeacutetude des reacuteseaux

eacutelectriques tels que (Matlab EMTP Etap PowerWorld PSAThellip etc) Ces logiciels

permettent de nous renseigner sur les diffeacuterents facteurs drsquoun reacuteseau eacutelectrique et agrave simuler les

diffeacuterents cas pour avoir les paramegravetres du reacuteseau Ces derniers utilisent les mecircmes

concepts Dans ce meacutemoire le logiciel PSAT est utiliseacute pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de

tension drsquoun reacuteseau de transport

PSAT est un logiciel librement distribueacutes conccedilu par Federico Milano baseacute sur

MATLAB pour lanalyse et lrsquooptimisation des reacuteseaux eacutelectriques Lrsquointerface graphique

interactive du PSAT permet agrave lrsquoutilisateur drsquoeffectuer les fonctions statiques et dynamiques

suivantes [35]

Calcul drsquoeacutecoulement de puissance (Power Flow- PF)

Calcul drsquoeacutecoulement de puissance Optimal (Optimal Power Flow- OPF)

Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation Power Flow- CPF)

Analyse de la stabiliteacute de petites perturbations (Small Signal Stability Analysis-

SSSA)

Simulation temporelle (Time Domaine Simulation- TDS)

Analyse transitoire drsquoeacutelectromagneacutetique (Electro Magnetic Transient Analysis-

EMT)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

82

Interface graphique (Graphical User Interface- GUI)

Eacutediteur de reacuteseau graphique (Graphical Network Editor- GNE)

Toutes les opeacuterations de PSAT peuvent ecirctre reacuteparties en deux genres drsquoanalyse

- La premiegravere analyse est de reacutesoudre les problegravemes de lrsquoeacutecoulement de puissance

Cette application srsquoeffectue dans une page de commande ou un eacutediteur comme

montre la figure (IV1)

- La seconde analyse est drsquoimplanter le reacuteseau agrave eacutetudier en utilisant une bibliothegraveque

de Simulink qui contient de nombreux modegraveles pour lrsquoimplantation des systegravemes

eacutelectriques comme montreacute dans la figure (IV2)

IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques

La deacutefinition et les types de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques sont repreacutesenteacutes dans le

chapitre I

Durant les derniegraveres deacutecennies la stabiliteacute de tension dans les systegravemes dalimentation

est devenue un vaste champ de recherches Les pheacutenomegravenes dinstabiliteacute en tension peuvent

srsquoeacutetendre dans une plage de temps allant de quelques secondes agrave quelques heures et ont eacuteteacute

eacutetudieacutes en utilisant une varieacuteteacute de modegraveles statiques et dynamiques y compris les reacutegulateurs

et les dispositifs eacutelectroniques de puissance

Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

83

Les sujets pertinents pour le marcheacute de leacutelectriciteacute et pour les techniques optimales

deacutecoulement de puissance sont geacuteneacuteralement les pheacutenomegravenes drsquoeffondrement de tension

reacutesultant des variations de charge et des opeacuterations de commutation Lrsquoeffondrement de

tension est geacuteneacuteralement la conseacutequence de laugmentation de la charge dans les systegravemes

caracteacuteriseacutes par des conditions de chargement lourd et ou lorsque survient une modification

dans le systegraveme comme une ligne hors service Le reacutesultat est geacuteneacuteralement que le point de

fonctionnement actuel qui est stable laquodisparaicirctraquo et le systegraveme transitoire suivant conduit agrave

une rapide irreacutecupeacuterable baisse de tension

IV31) Facteur de charge et les directions de puissance [34]

Loutil analytique le plus accepteacute pour lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes de lrsquoeffondrement de

tension est la theacuteorie de la bifurcation qui est une theacuteorie matheacutematique geacuteneacuterale capable de

classer les instabiliteacutes drsquoeacutetudier le comportement du systegraveme dans le voisinage

drsquoeffondrement ou des points instables et de donner une information quantitative sur les

actions correctives pour eacuteviter les conditions critiques

Dans la theacuteorie de la bifurcation il est supposeacute que les eacutequations du systegraveme deacutependent

dun ensemble de paramegravetres avec des variables deacutetat comme suit

0 = 119891 (120013 λ)

avec

119891 Eacutequation de lrsquoeacutecoulement de puissance

120013 Variables deacutependantes

120582 Facteur de charge

Alors les proprieacuteteacutes de la stabiliteacute instabiliteacute sont eacutevalueacutees en variant lsquolsquolentementrsquorsquo les

paramegravetres Dans ce meacutemoire le paramegravetre utiliseacute pour eacutetudier la proximiteacute du systegraveme de

lrsquoeffondrement de tension est le soi-disant facteur de charge 120582 (120582 isin ℛ) ce qui modifie les

puissances du geacuteneacuterateur et la charge comme suit

(IV1)

1198751198661 = (1 + 120582)(1198751198660 + 119875119878)

1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)

1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)

(IV2)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

84

Avec

1198751198660 Puissance active du geacuteneacuterateur

1198751198710 Puissance active de la charge

119875119878 Fourniture de lrsquooffre (Supply bids)

119875119863 Demande drsquooffre (Demand bids)

Les puissances qui multiplient λ sont appeleacutees les puissances de direction Les eacutequations

(IV2) diffegraverent du modegravele geacuteneacuteralement utiliseacute dans lanalyse du calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) cest-agrave-dire

Ougrave le facteur de charge touche uniquement les variables puissances PS et PD Dans les

diagrammes typiques de bifurcation les tensions sont traceacutees en fonction de λ cest agrave dire la

mesure de la capaciteacute de charge du systegraveme obtenant ainsi les courbes V(p)

Les indices 0 1 et 2 deacutenotent le cas de base le premier point et le deuxiegraveme point de

directions des puissances respectivement

IV 32) Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation

power flow- CPF) [34]

Les techniques du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance sont largement

reconnues comme un outil preacutecieux pour deacuteterminer les courbes V(P) du systegraveme de

puissance et permettent destimer les conditions de chargement maximal et des solutions

laquocritiquesraquo (par exemple saddle-node et limites induites de points de bifurcation) Malgreacute que

les grands systegravemes neacutecessitent un calcul numeacuterique exigeant le CPF nest pas affecteacutee par

des instabiliteacutes numeacuteriques En fait il est capable de deacuteterminer la partie stable et instable des

courbes V(p) et peut fournir des informations suppleacutementaires telles que les facteurs de

sensibiliteacute de la solution actuelle agrave leacutegard des paramegravetres pertinents

Dun point de vue matheacutematique le CPF est une technique dhomotopie et permet

dexplorer la stabiliteacute des eacutequations du systegraveme eacutelectrique en faisant varier un paramegravetre du

systegraveme qui dans les eacutetudes de stabiliteacute statique et dynamique typique de tension est le

paramegravetre de charge λ De maniegravere geacuteneacuterale le CPF consiste en un pas preacutedicteur reacutealiseacute par

le calcul du vecteur tangent et un pas correcteur qui peut ecirctre obtenu soit par lintermeacutediaire

PG2 = (PG0 + λPS)

PL2 = (PL0 + λPD)

PL2 = (PL0 + λPD)

(IV3)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

85

dun parameacutetrage local ou agrave une intersection perpendiculaire

a) Pas preacutedicteur

Au point deacutequilibre geacuteneacuterique p la relation suivante sapplique

Et le vecteur tangent peut ecirctre approximeacute par

Agrave partir de lrsquoeacutequation (IV4) et (IV5) on a

Agrave ce point un pas de grandeur k de controcircle doit ecirctre choisi pour deacuteterminer la quantiteacute Δ120013119901

et Δ120582119901 avec une normalisation afin deacuteviter de grands pas quand 120591119901 est grand

Δ120582119901 ≜ 119896

120591119901 Δ120013119901 ≜

119896 120591119901

120591119901

Ougrave ∙ est la norme euclidienne et 119896 = plusmn1 Le signe de k deacutetermine lrsquoaugmentation ou la

diminution de 120582 La figure (IV3) preacutesente une repreacutesentation graphique du pas preacutedicteur

119891(120013 p λp) = 0 rArr d119891

dλ|

p= D120013 119891|p

d120013

dλ|

p+

d119891

dλ|

p= 0 (IV4)

120591p = d120013

dλ|

p asymp

Δ 120013 p

∆λp

(IV5)

120591119901 = minus D120013 119891|pminus1

part119891

partλ|

p

∆120013p = 120591119901 ∆λp

(IV6)

(IV7)

(120013119901 120582119901)

120591119901

119891(120013 120582) = 0

(120013119875 + ∆120013119875 120582119875 + ∆120582119875)

Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance

pas preacutedicteur obtenu par les moyens de la tangente

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

86

b) Pas correcteur

Pour le pas correcteur lrsquoensemble des eacutequations n+1 est reacutesolu

119891(120013 λ) = 0

120578(120013 λ) = 0

Ougrave la solution de 119891 doit ecirctre dans le collecteur de bifurcation et 120578 est une eacutequation

additionnelle pour garantir un ensemble non singulier au point de bifurcation Pour le choix de

120578 il yrsquoa deux options lrsquointersection perpendiculaire et la parameacutetrisation locale

Dans le cas de lrsquointersection perpendiculaire dont la repreacutesentation est donneacutee par la figure

(IV2) lrsquoexpression de 120578 devient (eacutequation IV9)

Tandis que pour la parameacutetrisation locale soit le paramegravetre 120582 soit la variable 120013119894 est forceacutee

drsquoecirctre une valeur fixe

(120013119901 120582119901)

119891(120013 120582) = 0

(120013119888 120582119888)

(120013119888 minus (120013119875 + ∆120013119875 ) 120582119888 minus (120582119875 + Δ120582119901 ) )

120578 (120013 λ) = [Δ120013p

Δλp]

T

[120013c minus (120013p + Δ120013p)

λc minus (λp minus Δλp)] = 0

ppcx )(

(IV8)

(IV9)

(IV10)

Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas

correcteur obtenu par les moyens dintersection perpendiculaire

P

900

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

87

Ou

pipici xxxx )(

Le choix pour que la variable soit fixe deacutepend du collecteur de bifurcation de 119891 comme

crsquoest preacutesenteacute agrave la figure (IV5)

IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE 39 nœuds

IV41) Preacutesentation du reacuteseau

Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds est un reacuteseau de transport standard IEEE New England

39 nœuds sera utiliseacute pour les diffeacuterents sceacutenarios de nos simulations Ce reacuteseau repreacutesente

une simplification du reacuteseau de transport de la reacutegion Nouvelle Angleterre (nord-est des Etats-

Unis) Il srsquoagit donc drsquoune partie drsquoun reacuteseau reacuteel ameacutericain Ce reacuteseau fonctionne agrave 100

kV et comporte 10 geacuteneacuterateurs (119875119866119905119900119905119886119897119890= 619 Gw 119876119866119905119900119905119886119897119890= 113 Gvar) et 39 nœuds dont

19 nœuds de charge et 48 lignes Un scheacutema complet de ce reacuteseau est preacutesenteacute par la figure

IV6) [36]

Les donneacutees des jeux de barres ainsi que les caracteacuteristiques des branches sont

indiqueacutees dans lrsquoannexe A1

Le reacuteseau de transport IEEE-39 nœuds est constitueacute de 3 reacutegions (figure IV7) Chaque

reacutegion contient des nœuds PV et des nœuds PQ ainsi des geacuteneacuterateurs synchrones

(IV11)

Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas

correcteur obtenu par les moyens de la parameacutetrisation locale

λ

Correcteur

Correcteur

x

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

88

En utilisant la technique du CPF la stabiliteacute de tension est eacutetudieacutee Le comportement du

systegraveme test consideacutereacute avec et sans les dispositifs FACTS sous diffeacuterentes conditions de

charge est eacutetudieacute Lrsquoemplacement des FACTS est deacutetermineacute agrave travers le CPF

Un modegravele classique PQ est utiliseacute pour les charges Les limites des geacuteneacuterateurs sont

ignoreacutees Lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension est effectueacutee en commenccedilant agrave partir dun point

de fonctionnement stable initiale et en augmentant ensuite les charges par le facteur 120582 jusqursquoagrave

atteindre le point de singulariteacute de la lineacutearisation de lrsquoeacutecoulement de puissance

Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

89

Lorganigramme de la stabiliteacute de tension avec les FACTS en utilisant la meacutethode CPF

est illustreacute par la figure (IV8)

De la figure (IV8) on peut observer que les eacutequations des dispositifs FACTS sont

ajouteacutees dans les eacutequations de lrsquoeacutecoulement de puissance Les nouvelles eacutequations de

lrsquoeacutecoulement de puissance sont ensuite utiliseacutees dans le pas correcteur du processus CPF

Zone I

Noeuds (PQ) 4 5 6

7 8 910 11 12 13

14

Noeuds (PV) 31 32 39

Zone II

Noeuds(PQ) 1 2 3 17 18 25 26

27

Noeuds(PV) 3037

Zone III

Noeuds (PQ) 15 16 19 20 21 22 23 24

28 29

Noeuds (PV) 3334353638

Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds

Reacuteseau IEEE 39-nœuds

Geacuteneacuterateurs synchrones

30 31323334353637

3839

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

90

IV5) Emplacement du STATCOM

Fixer le nombre des points du CPF

Reacutesoudre les eacutequations de

lrsquoeacutecoulement de puissance de

charge avec les FACTS

Reacutesoudre les eacutequations de

lrsquoeacutecroulement de charge avec les

FACTS

Nombres des points de CPF

Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS

Lire les donneacutees

Pas preacutedicteur dans la meacutethode

CPF

Creacuteer les eacutequations de lrsquoeacutecoulement

de puissance avec les eacutequations du

FACTS

La courbe PV

complegravete

Fin

Deacutebut

Pas correcteur dans la meacutethode

CPF

Non

Oui

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

91

IV5) Emplacement du STATCOM

Drsquoapregraves le profil de tension (figure IV9) ainsi une preacutesentation des nœuds critiques sur

la figure (IV10) et leurs courbes V(p) obtenues par la meacutethode du CPF illustreacutee aux figures

(IV11 IV12 IV13) nous implanterons le STATCOM sur le nœud de charge le plus fragile

du reacuteseau de transport Le point de chargement maximal ou le point de bifurcation quand la

matrice jacobienne est singuliegravere survient agrave 120640=22806 pu

Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone

Reacuteseau IEEE 39-nœuds

Zone I

Les noeuds fragiles

875641214

le noeud le plus critique 8

Zone II

Les noeuds fragiles

3181727

le noeud le plus critique 3

Zone III

Les noeuds fragiles

1516242128

le noeud le plus critique 15

Figure IV9 Profil des tensions du reacuteseau IEEE 39-nœuds

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

92

Le calcul du CPF sur le reacuteseau seul (crsquoest ndash agrave dire sans y inseacuterer le STATCOM) a

montreacute que le nœud concerneacute est le nœud 8 de la zone 1

IV51) Impact du STATCOM

Apregraves la deacutetermination du nœud fragile du reacuteseau consideacutereacute et qui a besoin drsquoecirctre

soutenus les valeurs nominales (the ratings) du STATCOM doivent ecirctre choisies il est agrave

Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de

base)

0 05 1 15 2 25

065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

X 228

Y 07822

Lambda(pu)

Tensio

ns(pu)

Zone 3

V15

V16

V21

V24

V28

Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme

(eacutetat de base)

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

115

12

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu

)

Zone 2

V3

V17

V18

V27

Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1

du systegraveme (eacutetat de base)

0 05 1 15 2 250

02

04

06

08

1

12

14

X 228

Y 06766

Lambda (pu)

Tensio

ns(p

u)

Zone 1

V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

93

preacutevoir que par lintroduction du STATCOM aux nœuds critiques le profil de tension sera

plat et le facteur de charge du systegraveme va augmenter

Les gestionnaires des reacuteseaux eacutelectriques imposent une toleacuterance de plusmn 5 sur la tension

du reacuteseau de transport pour garantir une qualiteacute de distribution de lrsquoeacutelectriciteacute Nous

prendrons donc 119880119898119894119899 = 095pu et 119880119898119886119909 = 105 pu (soit respectivement 95KV et 105 KV

pour notre reacuteseau de transport de 100KV nominal) On obtient les valeurs nominales de la

puissance reacuteactive du STATCOM par [21]

119876119898119886119909 = 119868119871119898119886119909 lowast 119880119898119886119909

Et

119876119898119898119894119899 = 119868119888119898119886119909 lowast 119880119898119894119899

Drsquoougrave 119883119878119871 = 119880max minus 119880119898119894119899

119868119871119898119886119909minus 119868119888119898119886119909

Avec

119868119871119898119886119909 Courant inductif maximum

119868119888119898119886119909 Courant capacitif maximum

119880119898119886119909 119880119898119894119899 tension limites en reacutegulation

119883119878119871 ∶ Pente de la caracteacuteristique statique dans la zone de fonctionnement en reacutegulation

Quand le STATCOM est connecteacute au nœud 8 on observe drsquoapregraves la figure (IV14) que

les nœuds les plus fragiles de la zone 1 ont un profil de tension plus plat que lrsquoeacutetat de base et

introduire le STATCOM va augmenter le facteur de charge agrave la valeur maximale Comme

attendu le point de bifurcation pour le STATCOM placeacute au nœud 8 survient agrave une valeur de

charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 231 pu Sa puissance reacuteactive capacitive calculeacutee drsquoapregraves les

eacutequations IV12 et IV13 est de ndash 380 Mvar + 420 Mvar pour une puissance de base de

100MVA

(IV12)

(IV13)

(IV14)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

94

IV511) Profils des tensions et les pertes de puissances dans le

systegraveme

Les profils des tensions du cas de base et du systegraveme avec le STATCOM sont illustreacutes

agrave la figure (IV15) Il est eacutevident agrave partir de cette figure que le STATCOM fournit un meilleur

profil de tension au point drsquoeffondrement de tension compareacute agrave lrsquoeacutetat de base Cela est ducirc au

fait que le STATCOM est installeacute au nœud le plus faible

Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV16)

et la figure (IV17) respectivement Lrsquoaugmentation des pertes au voisinage du point

drsquoeffondrement est faible dans le cas du STATCOM placeacute au nœud 8

Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Ten

sion

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 8

Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

X 2315

Y 07441

Lambda(pu)

Tensio

ns(p

u

Zone STATCOM au 8

V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

95

La figure (IV18) illustre le paramegravetre de charge pour diffeacuterents emplacements du

STATCOM sur les nœuds les plus critiques des 3 zones selon les courbes V(p) des figures

(IV11 IV12 et IV13)

Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives

avec STATCOM au nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Zone 1 avec STATCOM au noeud 8

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 8

Figure IV17 Profils de pertes de

puissances reacuteactives avec STATCOM au

nœud 8

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 1 avec STATCOM au noeud 8

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 8

Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM

[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

225

226

227

228

229

23

231

232

233

234

Base STATACOM aunœud 08

STATACOM aunœud 03

STATACOM aunœud 15

22806

23164232

234

Paramegravetre de charge(pu)

Paramegravetre decharge(pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

96

Puisque notre but agrave travers la recherche de lrsquoemplacement ideacuteal du dispositif

STATCOM est drsquoaugmenter la stabiliteacute de tension c-agrave-d maximiser le facteur de charge 120582 du

systegraveme tous en controcirclant la tension et minimisant les pertes des puissances actives et

reacuteactives nous placcedilons le mecircme STATCOM sur ces diffeacuterents nœuds fragiles et nous

observons lrsquoimpact qursquoil peut apporter

Le STATCOM placeacute sur le nœud 3 de la zone 2 et le nœud 15 de la zone 3 offre le

maximum du facteur de charge (voir figure IV18)

Les courbes V(p) avec le STATCOM sur les nœuds 3 et 15 sont illustreacutes sur les figures

(IV19) et (IV20) ainsi leurs profils des tensions sont illustreacutes sur les figures (IV21) et

(IV22)

Drsquoapregraves ces figures on constate une leacutegegravere ameacutelioration de tension sur les nœuds 2 3 et

4 pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3

Pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 15 on remarque sur les profils des

tensions une leacutegegravere baisse de tension sur les nœuds 5 6 7 8 9 11 et 13 et une ameacutelioration

pour les nœuds 15 16 17 18 et 20

Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au

nœud 03

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

115

12

Lambda(pu)

Tensio

n (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

X 2325

Y 08385

V3

V17

V18

V27

Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au

nœud 15

0 05 1 15 2 2507

075

08

085

09

095

1

105

11

X 234

Y 07461

Lambda(pu)

Tensio

ns(p

u)

Zone 3 avec STATCOM au noeud 15

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

97

Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV23)

et la figure (IV24) respectivement pour le STATCOM au nœud 3 et les figures (IV25) et

(IV26) pour le STATCOM au nœud 15 Lrsquoaugmentation des pertes actives et reacuteactives au

voisinage du point drsquoeffondrement est grande dans le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3

et 15 presque pour tous les nœuds

Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme

avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 3

Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme

avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns(p

u)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec STATCOM au noeud 15

Figure IV23 Profils de pertes de puissances

actives avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 03

Figure IV24 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec STATCOM au nœud 3

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 2 avec STATCOM au noeud 3

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 03

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

98

IV512) Synthegravese

Les diffeacuterents emplacements du STATCOM preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE

39 nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV27) et

(IV28) syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du STATCOM Notre choix du nœud 8

comme un nœud fragile qui avait besoin drsquoecirctre soutenu est raisonnable vu lrsquoapport qursquoil a

fourni (figure IV28)

Figure IV25 Profils de pertes de puissance actives

avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec STATCOM au 15

Figure IV26 Profils de pertes de puissance

reacuteactives avec STATCOM au nœud 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Zone 3 avec STATCOM au noeud 15

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec STATCOM au 15

Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les

diffeacuterents emplacements du STATCOM [Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

0

20

40

60

80

100

Base STATCOMau 08

STATCOMau 03

STATCOMau 15

404 354 418 415

895298

738

9261 9249

Pertes de puissancesactives (pu)

Pertes de puissancesreacuteactives (pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

99

IV6) Emplacement du SSSC

Comme nous lrsquoavons deacutejagrave signaleacute dans le chapitre 2 Un SSSC fonctionne sans la

preacutesence drsquoune source de tension externe Il opegravere comme une source de tension en seacuterie agrave la

ligne Cette source geacutenegravere une tension en quadrature avec et controcircleacutee seacutepareacutement du courant

qui passe agrave travers la ligne dont le but drsquoaugmenter ou de diminuer la tension injecteacute en seacuterie

dans la ligne et par conseacutequence controcircler le flux de puissance qui passe agrave travers la ligne

Son fonctionnement est similaire agrave une compensation seacuterie par un condensateur Si on

eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant de la ligne on obtient le mecircme

reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un condensateur

119880119902 = minus119895 119883119888119868

Avec

119883119888 Reacuteactance capacitive du condensateur

(IV15)

Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du STATCOM

[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]

07846081614

073999

0

02

04

06

08

1

12

1 5 10 15 20 25 30 35

Zone 1 (08)

Zone 2 (03)

Zone 3 (15)

Base

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

100

Mais comme le SSSC est une source de tension il peut alors maintenir une tension

constante puisque il la controcircle indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC

peut augmenter ou diminuer le flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant

la tension injecteacutee en seacuterie agrave la ligne

Dans nos simulations nous avons reacutegleacute la tension injecteacutee entre ses limites ainsi le taux de

compensation du SSSC

IV61) Impact du SSSC

Drsquoapregraves la figure (IV6) et la figure (IV9) le nœud 8 le plus fragile est alimenteacute par trois

lignes 8-5 8-7 et 8-9 Donc pour seacutelectionner lrsquoemplacement du SSSC nous allons nous baser

sur lrsquoaugmentation maximale de la puissance au point de lrsquoeffondrement [34] Les figures

(IV29) et (IV30) montrent clairement que les puissances actives et reacuteactives sur la ligne 15

(8-9) sont maximales au point de lrsquoeffondrement de tension

Apregraves lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 15 les figures (IV31) (IV32) et (IV33)

montrent les courbes V(p) des 3 zones le point de bifurcation pour le SSSC inseacutereacutee sur la

ligne 15 survient agrave une valeur de charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 239 pu Nous pouvons

remarquer que les courbes V(p) gardent toujours la partie infeacuterieure (partie instable) de la

courbe

Figure IV29 Puissances actives

maximales au point drsquoeffondrement

0 05 1 15 2-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Lambda (pu)

Puis

sance a

ctives (

pu

X 228

Y -08897

X 228

Y 4079

X 228

Y 7041

PBUS05 BUS08

PBUS07 BUS08

PBUS08 BUS09

Figure IV30 Puissances reacuteactives

maximales au point drsquoeffondrement

0 05 1 15 2-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

Lambda (pu)

Puis

sances r

eacuteactives(p

u)

X 228

Y 1762

X 228

Y -05669

X 228

Y -4221

QBUS05 BUS08

QBUS07 BUS08

QBUS08 BUS09

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

101

Les profils des tensions des pertes actives et reacuteactives sont illustreacutes sur les figures

(IV34) (IV35) (IV36) respectivement

Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC

sur la ligne 15

0 05 1 15 2 25065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

115

X 239

Y 07389

Lambda (pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 2 avec SSSS sur la ligne 15

V3

V17

V18

V27

Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec

SSSC sur la ligne 15

0 05 1 15 2 250

02

04

06

08

1

12

14

X 239

Y 06732

Lambda(pu)

Tensio

n(p

u)

Zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 V4

V5

V6

V7

V8

V12

V14

Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15

0 05 1 15 2 2505

06

07

08

09

1

11

12

X 239

Y 06487

Lambda (pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 avec SSSC sur la ligne 15

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

102

Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tens

ions

(pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 15

Figure IV35 Profils de pertes de

puissances actives avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Noeuds

Pert

es a

ctives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 15

Figure IV36 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

103

Drsquoapregraves ces reacutesultats nous pouvons conclure que le SSSC inseacutereacute sur la ligne 15 de la

zone 1 nrsquoa pas ameacutelioreacute les profils de tension les pertes actives et reacuteactives au point

drsquoeffondrement de tension

Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion pour le SSSC nous allons le placeacute dans

la zone 3 ougrave se trouve le 2egraveme nœud fragile drsquoapregraves la courbe de la figure IV9 qui est le nœud

15

Nos simulations nous en permettent de trouver 2 situations critiques lors de

lrsquoeffondrement de tension sur la ligne 45 (22- 35) et la ligne 48 (29- 38) leurs puissances

actives et reacuteactives au point drsquoeffondrement sont illustreacutees par les figures (IV37) et (IV38)

IV611) SSSC inseacutereacute sur la ligne 45

Nous avons inseacutereacute le SSSC sur la ligne 45 entre le nœud 22 et le nœud 35 la courbe

V(p) de la zone 3 (zone drsquoinsertion du SSSC) les profils de tensions les pertes actives et

reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV39) (IV40) (IV41) et (IV42) respectivement

Figure IV37 Puissances actives

maximales au point drsquoeffondrement de la

zone 3

0 05 1 15 2-20

-15

-10

-5

0

5

X 228

Y -1513

Lambda (pu)

Puis

sances a

ctives (

pu)

Zone 3 Etat de base

X 228

Y -1895

PBUS22 BUS35

PBUS29 BUS38

Figure IV38 Puissances reacuteactives

maximales au point drsquoeffondrement de la

zone 3

0 05 1 15 2-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

X 2281

Y -3841

Lambda (pu)

puis

sances r

eacuteactives (

pu)

Zone 3 Etat de base

X 2281

Y -945Q

BUS22 BUS35

QBUS29 BUS38

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

104

Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 45 les profils des tensions sont meilleurs par apport

agrave ceux du SSSC sur la ligne 15 de la zone 1

IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48

Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion du SSSC sur notre reacuteseau de transport

nous allons lrsquoinseacutereacute sur la ligne 48 entre le nœud 29 et le nœud 38 la courbe V(p) les profils

de tensions les pertes actives et reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV43) (IV44)

(IV45) et (IV46) respectivement

Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme

avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV41 Profils de pertes de puissances

actives avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV42 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pert

es r

eacuteactives (

pu)

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45

Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec

SSSC sur la ligne 45

0 05 1 15 2 25065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

115

X 234

Y 07265

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 SSSC sur la ligne 45

V15

V16

V21

V24

V28

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

105

Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 les profils des tensions ne sont pas meilleurs

par apport au cas du SSSC sur la ligne 45 mais pour les pertes reacuteactives lrsquoinsertion sur la

ligne 48 est meilleure que pour lrsquoinsertion sur la ligne 45

Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec

SSSC sur la ligne 48

0 05 1 15 2 25

065

07

075

08

085

09

095

1

105

11

X 2306

Y 0704

Lambda(pu)

Tensio

ns (

pu)

Zone 3 avec SSSC sur la ligne 48

V15

V16

V21

V24

V28

Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme

avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 400

02

04

06

08

1

12

Noeuds

Tensio

ns (

pu)

105pu

095 pu

Tension de base

Tension avec SSSC sur la ligne 48

Figure IV46 Profils de pertes de puissances

reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 40-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Petes reacuteactiv

es (pu)

Pertes reacuteactives de base

Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48

Figure IV45 Profils de pertes de puissances

actives avec SSSC sur la ligne 48

Figure (IV45) Profils de pertes de puissance

actives avec SSSC sur la ligne 48

0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Noeuds

Pertes activ

es (pu)

Pertes actives de base

Pertes actives avec SSSC sur la ligne 48

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

106

IV613) Synthegravese

Les diffeacuterents emplacements du SSSC preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE 39

nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV47) et (IV48)

syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du SSSC

Lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 45 de la zone 3 nous a fourni des meilleurs reacutesultats au

point drsquoeffondrement

Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC

[Extrait de lrsquoannexe B1 B3]

222

224

226

228

23

232

234

236

238

24

Base SSSC agrave laligne 15

SSSC agrave laligne 45

SSSC agrave laligne 48

22806

239

234

23

Paramegravetre de charge(pu)

Paramegravetre de charge(pu)

Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents

emplacements du SSSC [Extrait de lrsquoannexe B1 B3]

0

20

40

60

80

100

120

Base SSSC agrave laligne 15

SSSC agrave laligne 45

SSSC agrave laligne 48

404 466 402 363

89529810482

8381 8211

Pertes Actives (pu)

Pertes Reactives (pu)

AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS

CHAPITRE IV

107

IV7) Conclusion

Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre une eacutetude de lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute des

reacuteseaux eacutelectriques en y inseacuterant deux systegravemes FACTS le STATCOM (Static Synchronous

Compensator) et le SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Le reacuteseau utiliseacute pour

les simulations est le reacuteseau de transport IEEE_39 nœuds Lrsquoanalyse des performances du

reacuteseau porte sur le support du profil de tension lrsquoaugmentation de la stabiliteacute en tension et la

diminution des pertes actives et reacuteactives et ce pour lrsquoeffondrement de tension Le

programme utiliseacute est un logiciel de calcul drsquoeacutecoulement de puissance (PF) et le calcul

continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) [PSAT]

Les tests effectueacutes ont montreacute plusieurs reacutesultats inteacuteressants Tout drsquoabord le systegraveme

FACTS shunt (le STATCOM) assure une stabilisation globale du reacuteseau En effet dans tous

les cas le STATCOM tend soit agrave stabiliser tous les nœuds soit en agrave stabiliser certains sans

affecter les autres En tout eacutetat de cause ce systegraveme nrsquoa jamais deacutestabiliseacute un nœud quel qursquoil

soit En fait le STATCOM ameacuteliore les performances du reacuteseau eacutelectrique (surtout en termes

de stabiliteacute et de soutien de tension) en fournissant de la puissance reacuteactive dans la zone de

charge Ceci doit ecirctre nuanceacute en ce qui concerne le compensateur seacuterie Si celui ndashci peut avoir

un bon comportement local crsquoest-agrave-dire dans la zone ougrave il est implanteacute en augmentant le

paramegravetre de charge il peut deacutestabiliser certains nœuds du reacuteseau Cette deacutestabilisation risque

drsquoecirctre importante Pour ecirctre efficace un SSSC doit ecirctre implanteacute sur une ligne preacutesentant des

puissances maximales au point drsquoeffondrement

Les reacutesultats obtenus pour la stabiliteacute de tension restent valables pour le support du

profil de tension On peut toutefois noter que la stabiliteacute drsquoun nœud ne deacutepend pas

uniquement de son niveau de tension crsquoest-agrave-dire qursquoun nœud agrave tension eacuteleveacutee peut malgreacute

tout ecirctre instable

Gracircce agrave lrsquoinsertion de ces deux systegravemes FACTS on pourra suivant les cas eacuteviter un

effondrement de tension du reacuteseau Les FACTS ont donc un apport beacuteneacutefique en termes de

seacutecuriteacute du reacuteseau

108

Conclusion geacuteneacuterale

Conclusion geacuteneacuterale

109

Le deacuteveloppement de leacutelectronique de puissance a permet dameacuteliorer la gestion des

reacuteseaux eacutelectriques en introduisant un nouveau concept par les systegravemes de transmission de

leacutenergie agrave courant alternatif flexible appeleacutee FACTS avec lesquels le controcircle du flux de

puissance active et reacuteactive ainsi que laugmentation des capaciteacutes de charge des lignes sont

atteints et performeacutes par linjection des tension (ou courant) des convertisseur conccedilus avec des

interrupteurs statiques modernes commandeacutees en ouverture et en fermeture tels que les GTO

IGBT concernant la nouvelle geacuteneacuteration de ces systegravemes FACTS

Dans le contexte de lrsquoinsertion des systegravemes FACTS dans les reacuteseaux eacutelectriques nous

avons orienteacute nos travaux vers lrsquoeacutetude de la stabiliteacute de tension en reacutegime statique

speacutecialement lrsquoemplacement optimal des dispositifs FACTS en utilisant le calcul continu de

lrsquoeacutecoulement de puissance

Nous avons dans ce cadre choisi drsquoeacutetudier le comportement de deux dispositifs FACTS

qui sont

le Compensateur Statique Synchrone le STATCOM (Static Synchronous

Compensator)

le Conpensateur statique seacuterie synchrone le SSSC (Static Synchronous Series

Compensator

Ces dispositifs ont eacuteteacute choisis comme base de deacutepart en vue de lrsquoeacutetude ulteacuterieure de

systegravemes FACTS plus complexes

Lrsquoimpact des systegravemes FACTS sur lrsquoeffondrement de tension a eacuteteacute meneacute agrave bien agrave lrsquoaide

de deux logiciels le PSAT et le MATLAB et deux modegraveles FACTS ont eacuteteacute utiliseacutes Pour les

simulations statiques nous avons utiliseacute le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds le facteur de

charge a eacuteteacute calculeacute par la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF)

Cette technique a montreacute ses capaciteacutes agrave surmonter les problegravemes de la singulariteacute de la

matrice jacobienne rencontreacutes dans les algorithmes standards de calcul de lrsquoeacutecoulement de

puissance

Les simulations statiques ont montreacute lrsquoapport incontestable des FACTS dans

lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute de tension Le systegraveme FACTS shunt le STATCOM stabilise le

reacuteseau de faccedilon globale alors que le SSSC a un meilleur comportement local Lrsquoimplantation

Conclusion geacuteneacuterale

110

du SSSC doit ecirctre faite sur une ligne preacutesentant des puissances maximales au point de

lrsquoeffondrement Ces reacutesultats sont eacutegalement valables en ce qui concerne le support du profil

de tension Les FACTS ameacuteliorent le niveau de seacutecuriteacute du reacuteseau car on pourra gracircce agrave leur

insertion et suivant les cas eacuteviter lrsquoeffondrement de tension

Nous pouvons maintenant eacutenoncer quelques perspectives ayant pour objectif de

compleacuteter ce que nous avons preacutesenteacute dans ce rapport de meacutemoire

bull Comparaison entre tous les types des FACTS et leur impact sur le pheacutenomegravene de

lrsquoeffondrement de tension

bull Lorsque les compensations shunt et seacuterie seront bien connues nous pourrons alors nous

inteacuteresser aux deacutephaseurs commandeacutes par thyristors et agrave lrsquoUPFC le compensateur

universel qui reacuteunit agrave lui seul les fonctions FACTS de compensation shunt et seacuterie et de

deacutephasage

bull Pour les besoins de la deacutetermination de lrsquoemplacement optimal des FACTS nous

proposons pour un futur travail de deacutevelopper un programme baseacute sur les meacutethodes

heuristiques qui simule lrsquoemplacement optimal des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique

bull Le raccordement des eacutenergies renouvelables aux reacuteseaux intelligents dits laquosmart

gridsraquo lrsquoun des deacutefis des eacutenergies renouvelables telles que lrsquoeacuteolien ou le solaire reacuteside

dans le risque drsquointerruption de leur production dont la stabiliteacute est menaceacutee par leur

caractegravere aleacuteatoire Les systegravemes FACTS apportent une solution agrave ce problegraveme de

capaciteacute et de stabiliteacute du reacuteseau lequel integravegre une part croissante deacutenergie

renouvelable

111

Bibliographie

112

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13 Juin 2009

115

Annexes

116

117

A Donneacutees du reacuteseau IEEE 39 nœuds

Lines Power

rating

(MVA)

Voltage

Rating

(kV)

Frequence

rating

(Hz)

Trnasfo-

magnitude

Resistance

(pu)

Reactance

(pu)

Supstance

1-2 100 100 60 000000 000350 004110 069870

1-39 100 100 60 000000 00010 002500 075000

1-39 100 100 60 000000 000200 005000 037500

2-3 100 100 60 000000 000130 001510 025720

2-25 100 100 60 000000 000700 000860 014600

3-4 100 100 60 000000 000130 002130 022140

3-18 100 100 60 000000 000110 001330 021380

4-15 100 100 60 000000 000080 001280 013420

4-14 100 100 60 000000 000080 001290 013820

5-6 100 100 60 000000 000020 000260 004340

5-8 100 100 60 000000 000080 001120 014760

6-7 100 100 60 000000 000060 000920 011300

6-11 100 100 60 000000 000070 000820 013890

7-8 100 100 60 000000 000040 000460 007800

8-9 100 100 60 000000 000230 003630 038040

9-39 100 100 60 000000 000100 002500 120000

10-11 100 100 60 000000 000040 000430 007290

10-13 100 100 60 000000 000040 000430 007290

13-14 100 100 60 000000 000090 001010 017230

14-15 100 100 60 000000 000180 002170 036600

15-16 100 100 60 000000 000090 000940 017100

16-17 100 100 60 000000 000070 000890 013420

16-19 100 100 60 000000 000160 001950 030400

16-21 100 100 60 000000 000080 001350 025480

16-24 100 100 60 000000 000030 000590 006800

17-18 100 100 60 000000 000070 000820 013190

17-27 100 100 60 000000 000130 001730 032160

21-22 100 100 60 000000 000080 001400 025650

22-23 100 100 60 000000 000060 000960 018460

23-24 100 100 60 000000 000220 003500 036100

25-26 100 100 60 000000 000320 003230 051300

26-27 100 100 60 000000 000140 001470 023960

26-28 100 100 60 000000 000430 004740 078020

26-29 100 100 60 000000 000570 006250 102900

28-29 100 100 60 000000 000140 001510 024900

2-30 100 100 60 102500 000000 001810 000000

6-31 100 100 60 107000 000000 002500 000000

6-31 100 100 60 107000 000000 005000 000000

10-32 100 100 60 107000 000000 002000 000000

12-11 100 100 60 100600 000160 004350 000000

12-13 100 100 60 100600 000160 004350 000000

19-20 100 100 60 106000 000070 001380 000000

19-33 100 100 60 107000 000070 001420 000000

20-34 100 100 60 100900 000090 001800 000000

22-35 100 100 60 102500 000000 001430 000000

23-36 100 100 60 100000 000050 002720 000000

25-37 100 100 60 102500 000060 002320 000000

29-38 100 100 60 102500 000080 001560 000000

118

Ndeg du geacuteneacuterateur

H (sec)

119877119886 119883prime119889 119883prime119902 119883119889 119883119902 119879prime119889119900 119879prime119902119900 119883119897

1 50000 0 00006 0008 002 0019 7 07 0003

2 303 0 00697 0170 0295 0282 656 15 0035

3 353 0 00531 00876 02495 0237 57 15 00304

4 286 0 00436 0166 0262 0258 569 15 00295

5 260 0 0132 0166 067 062 54 044 0054

6 348 0 005 00814 0254 0241 73 04 00224

7 264 0 0049 0186 0295 0292 566 15 00322

8 243 0 0057 00911 02920 0280 67 041 0028

9 345 0 0057 00587 02106 0205 479 196 00298

10 420 0 0031 0008 01 0069 102 0 00125

Ndeg du geacuteneacuterateur

119870119860 119879119860 119881119877119872119868119873 119881119877119872119860119883 119870119864 119879119864 119870119865 119879119865 1198621 1198622

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2 62 005 -10 10 -0633 0405 057 05 066 088

3 50 006 -10 10 -00198 05 008 10 013 034

4 50 006 -10 10 -00525 05 008 10 008 0314

5 400 002 -100 -100 -10 0785 003 10 007 091

6 50 002 -10 10 -00419 0417 00754 1246 0064 0251

7 400 002 -65 65 -10 073 003 10 053 074

8 50 002 -10 10 -0047 0528 00854 126 0072 0282

9 400 002 -105 105 -10 14 003 10 062 085

10 50 006 -10 10 -00485 025 004 1 008 026

Annexe A1 Donneacutees du reacuteseau IEEE 39-nœud

119

B Reacutesultats du power flow avec le PSAT

POWER FLOW REPORT

P S A T 219

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail federicomilanoucdie

website faraday1ucdiepsathtml

File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeb_d_Ieee39

Date 09-Jun-2017 153332

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 337

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

120

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 098837 -066635 0 0 0 0

BUS02 091007 -052232 0 0 0 0

BUS03 077924 -068701 0 0 73428 005473

BUS04 065385 -074122 0 0 114019 41959

BUS05 066496 -062088 0 0 0 -044217

BUS06 067682 -055724 0 0 0 0

BUS07 063518 -07578 0 0 53315 19155

BUS08 063731 -080455 0 0 119035 40135

BUS09 088016 -076257 0 0 0 0

BUS10 072414 -036303 0 0 0 0

BUS11 070043 -042663 0 0 0 0

BUS12 063569 -043042 0 0 019383 20067

BUS13 070204 -042245 0 0 0 0

BUS14 067659 -057193 0 0 0 0

BUS15 069422 -062942 0 0 72972 3489

BUS16 076104 -052743 0 0 75116 073656

BUS17 076356 -060644 0 0 0 0

BUS18 076264 -066831 0 0 3603 068411

BUS19 091709 -024485 0 0 0 0

BUS20 089167 -031561 0 0 155065 23488

BUS21 077199 -035331 0 0 62482 26224

BUS22 088171 -006877 0 0 0 0

BUS23 086321 -008056 0 0 56439 19292

BUS24 07756 -051796 0 0 70372 -21025

BUS25 093695 -045068 0 0 5108 10763

BUS26 083005 -050209 0 0 31697 038766

121

BUS27 077377 -062834 0 0 64079 17217

BUS28 086833 -029065 0 0 46976 062938

BUS29 090865 -013955 0 0 64649 061342

BUS30 10475 -04087 58254 95686 0 0

BUS31 098193 0 133488 175863 020979 01049

BUS32 098303 010972 151461 187014 0 0

BUS33 099716 -000678 147267 10807 0 0

BUS34 10123 -008336 118373 79733 0 0

BUS35 10492 017356 151459 157144 0 0

BUS36 10635 031043 13049 101381 0 0

BUS37 10278 -013919 125829 6659 0 0

BUS38 10265 018789 193404 113176 0 0

BUS39 103 -074024 233017 127501 251753 57009

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -07402

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 000039

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098206

e1d_Syn_2 000015

delta_Syn_3 011009

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098313

e1d_Syn_3 000028

delta_Syn_4 -00064

omega_Syn_4 1

122

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000032

delta_Syn_5 -008265

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000057

delta_Syn_6 017388

omega_Syn_6 1

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 031077

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 00003

delta_Syn_8 -013886

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000027

delta_Syn_9 018826

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000028

delta_Syn_10 -040867

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

123

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098193

vr1_Exc_2 10001

vr2_Exc_2 -1179

vf_Exc_2 098246

vm_Exc_3 098303

vr1_Exc_3 10012

vr2_Exc_3 -07868

vf_Exc_3 09835

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079795

vf_Exc_4 099744

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030385

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10492

vr1_Exc_6 10706

vr2_Exc_6 -067176

vf_Exc_6 10496

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10855

vr2_Exc_7 -031913

vf_Exc_7 10638

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073425

vf_Exc_8 1028

124

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57287

tg2_Tg_2 57287

tg3_Tg_2 43538

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

125

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

tg3_Tg_10 19

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 233017

p_Syn_1 233017

q_Syn_1 127501

vf_Syn_2 098246

pm_Syn_2 133489

p_Syn_2 133488

q_Syn_2 175863

vf_Syn_3 09835

pm_Syn_3 151461

p_Syn_3 151461

q_Syn_3 187014

vf_Syn_4 099744

pm_Syn_4 147267

p_Syn_4 147267

q_Syn_4 10807

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 118373

126

p_Syn_5 118373

q_Syn_5 79733

vf_Syn_6 10496

pm_Syn_6 151462

p_Syn_6 151459

q_Syn_6 157144

vf_Syn_7 10638

pm_Syn_7 13049

p_Syn_7 13049

q_Syn_7 101381

vf_Syn_8 1028

pm_Syn_8 125829

p_Syn_8 125829

q_Syn_8 6659

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 193404

p_Syn_9 193404

q_Syn_9 113176

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 58254

p_Syn_10 58254

q_Syn_10 95686

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

127

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -29402 20187 005093 -003257

BUS01 BUS39 2 14701 -10093 000582 -023653

BUS01 BUS39 3 14701 -10093 000582 -023653

BUS02 BUS03 4 83713 76933 020549 22022

BUS02 BUS25 5 -5537 18564 029017 023195

BUS03 BUS04 6 15723 44591 004916 069085

BUS03 BUS18 7 -07493 097723 000298 -0091

BUS04 BUS05 8 -40818 -009527 003119 044062

BUS04 BUS14 9 -57969 -033235 006305 095555

BUS05 BUS06 10 -111502 -18364 005774 073114

128

BUS05 BUS08 11 70371 17427 00953 12716

BUS06 BUS07 12 95297 33531 01339 20045

BUS06 BUS11 13 -75986 -083911 008922 097932

BUS07 BUS08 14 40642 -056691 001668 016022

BUS08 BUS09 15 -091415 -42695 010425 14208

BUS09 BUS39 16 -10184 -56903 003659 -018671

BUS10 BUS11 17 7823 34845 005605 056551

BUS10 BUS13 18 73231 32305 004896 048928

BUS13 BUS14 19 71513 16135 00984 10223

BUS14 BUS15 20 1193 -069671 000707 -008669

BUS15 BUS16 21 -61113 -4099 010049 095887

BUS16 BUS17 22 51209 -045295 00319 032762

BUS16 BUS19 23 -102938 -39142 033316 38445

BUS16 BUS21 24 -75106 041206 007824 11706

BUS16 BUS24 25 -10399 -18394 000228 00046

BUS17 BUS18 26 43783 -019098 002304 019313

BUS17 BUS27 27 071071 -058958 000167 -016774

BUS21 BUS22 28 -13837 -3381 027167 4578

BUS22 BUS23 29 10372 15681 000291 -009404

BUS23 BUS24 30 83187 33043 023923 35628

BUS25 BUS26 31 15326 27558 004095 001147

BUS26 BUS27 32 57848 2892 008598 07485

BUS26 BUS28 33 -3195 -031065 006372 013951

BUS26 BUS29 34 -42678 -022476 015083 087458

BUS28 BUS29 35 -79563 -10795 011934 10905

BUS02 BUS30 36 -58254 -74984 0 20702

BUS06 BUS31 37 -65695 -25408 0 61999

BUS06 BUS31 38 -65695 -25408 0 61999

BUS10 BUS32 39 -151461 -6715 0 119864

129

BUS12 BUS11 40 -007516 -099262 000397 010795

BUS12 BUS13 41 -011868 -10141 000418 011357

BUS19 BUS20 42 38649 -17168 001672 032972

BUS19 BUS33 43 -144918 -60419 02349 47652

BUS20 BUS34 44 -116584 -43953 01789 3578

BUS22 BUS35 45 -151459 -95271 0 61873

BUS23 BUS36 46 -129283 -35713 012071 65668

BUS25 BUS37 47 -124678 -22077 011512 44514

BUS29 BUS38 48 -189592 -38828 038127 74347

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 29911 -20513 005093 -003257

BUS39 BUS01 2 -14643 077281 000582 -023653

BUS39 BUS01 3 -14643 077281 000582 -023653

BUS03 BUS02 4 -81658 -54911 020549 22022

BUS25 BUS02 5 58272 -16244 029017 023195

BUS04 BUS03 6 -15231 -37683 004916 069085

BUS18 BUS03 7 075229 -10682 000298 -0091

BUS05 BUS04 8 4113 053589 003119 044062

BUS14 BUS04 9 58599 12879 006305 095555

BUS06 BUS05 10 112079 25676 005774 073114

BUS08 BUS05 11 -69418 -047112 00953 12716

BUS07 BUS06 12 -93958 -13486 01339 20045

BUS11 BUS06 13 76878 18184 008922 097932

BUS08 BUS07 14 -40476 072713 001668 016022

130

BUS09 BUS08 15 10184 56903 010425 14208

BUS39 BUS09 16 1055 55035 003659 -018671

BUS11 BUS10 17 -77669 -2919 005605 056551

BUS13 BUS10 18 -72742 -27412 004896 048928

BUS14 BUS13 19 -70529 -059119 00984 10223

BUS15 BUS14 20 -11859 061002 000707 -008669

BUS16 BUS15 21 62118 50579 010049 095887

BUS17 BUS16 22 -5089 078056 00319 032762

BUS19 BUS16 23 106269 77587 033316 38445

BUS21 BUS16 24 75888 075852 007824 11706

BUS24 BUS16 25 10422 1844 000228 00046

BUS18 BUS17 26 -43553 038412 002304 019313

BUS27 BUS17 27 -070903 042184 000167 -016774

BUS22 BUS21 28 141087 7959 027167 4578

BUS23 BUS22 29 -10343 -16621 000291 -009404

BUS24 BUS23 30 -80794 025853 023923 35628

BUS26 BUS25 31 -14917 -27443 004095 001147

BUS27 BUS26 32 -56988 -21435 008598 07485

BUS28 BUS26 33 32587 045016 006372 013951

BUS29 BUS26 34 44187 10993 015083 087458

BUS29 BUS28 35 80756 21701 011934 10905

BUS30 BUS02 36 58254 95686 0 20702

BUS31 BUS06 37 65695 87407 0 61999

BUS31 BUS06 38 65695 87407 0 61999

BUS32 BUS10 39 151461 187014 0 119864

BUS11 BUS12 40 007913 11006 000397 010795

BUS13 BUS12 41 012285 11277 000418 011357

BUS20 BUS19 42 -38482 20465 001672 032972

BUS33 BUS19 43 147267 10807 02349 47652

131

BUS34 BUS20 44 118373 79733 01789 3578

BUS35 BUS22 45 151459 157144 0 61873

BUS36 BUS23 46 13049 101381 012071 65668

BUS37 BUS25 47 125829 6659 011512 44514

BUS38 BUS29 48 193404 113176 038127 74347

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1443043

REACTIVE POWER [pu] 1212158

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1402543

REACTIVE POWER [pu] 31686

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 405

REACTIVE POWER [pu] 895298

Annexe B1 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds (eacutetat de base)

132

CONTINUATION POWER FLOW REPORT

P S A T 218

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail FedericoMilanouclmes

website httpwwwuclmesareagseeWebFederico

File Cworkworkpsat 216psat 218psattestsPFE _2017PFE_SEVersion 2PFE_SESimulation

STATCOM_version 2b_d_Ieee39satatcomN08

Date 18-Jun-2017 183446

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 500

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

133

BUS01 09982 -053682 0 0 0 0

BUS02 093356 -040526 0 0 0 0

BUS03 083248 -056145 0 0 74588 005559

BUS04 075506 -060782 0 0 115819 42622

BUS05 078731 -051917 0 0 0 -061985

BUS06 079546 -047221 0 0 0 0

BUS07 07767 -061636 0 0 54157 19458

BUS08 07846 -06495 0 1e-005 120915 093843

BUS09 094102 -062322 0 0 0 0

BUS10 081535 -031761 0 0 0 0

BUS11 080223 -03697 0 0 0 0

BUS12 074304 -037112 0 0 019689 20384

BUS13 079549 -036353 0 0 0 0

BUS14 076855 -047744 0 0 0 0

BUS15 075482 -05163 0 0 74124 35441

BUS16 080356 -042235 0 0 76302 074819

BUS17 080696 -049169 0 0 0 0

BUS18 08103 -054653 0 0 36599 069492

BUS19 093308 -015476 0 0 0 0

BUS20 089997 -022503 0 0 157514 23859

BUS21 080567 -026193 0 0 63469 26638

BUS22 090079 000883 0 0 0 0

BUS23 088298 -000265 0 0 57331 19597

BUS24 081562 -041378 0 0 71484 -21357

BUS25 095503 -033343 0 0 51887 10933

BUS26 085531 -038802 0 0 32198 039379

BUS27 080829 -050935 0 0 6509 17489

BUS28 08815 -018388 0 0 47718 063932

134

BUS29 091752 -003447 0 0 6567 062311

BUS30 10475 -029318 58951 82418 0 0

BUS31 098195 0 134949 126708 021311 010655

BUS32 098304 0104 153273 141443 0 0

BUS33 099716 008297 149029 9774 0 0

BUS34 10123 000838 119789 75294 0 0

BUS35 10493 024882 153272 14353 0 0

BUS36 10635 038446 132051 93699 0 0

BUS37 10278 -002369 127335 58893 0 0

BUS38 10265 029432 195718 107923 0 0

BUS39 103 -06063 235805 99174 255729 5791

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -060625

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 000039

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098204

e1d_Syn_2 000015

delta_Syn_3 010437

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098312

e1d_Syn_3 000029

delta_Syn_4 008336

omega_Syn_4 1

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000032

135

delta_Syn_5 000911

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000058

delta_Syn_6 024915

omega_Syn_6 1

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 03848

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 00003

delta_Syn_8 -002336

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000028

delta_Syn_9 02947

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000028

delta_Syn_10 -029314

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098195

136

vr1_Exc_2 099998

vr2_Exc_2 -11788

vf_Exc_2 098233

vm_Exc_3 098304

vr1_Exc_3 10011

vr2_Exc_3 -078672

vf_Exc_3 09834

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079793

vf_Exc_4 099742

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030384

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10493

vr1_Exc_6 10705

vr2_Exc_6 -067175

vf_Exc_6 10496

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10855

vr2_Exc_7 -031913

vf_Exc_7 10638

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073424

vf_Exc_8 10279

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

137

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57229

tg2_Tg_2 57229

tg3_Tg_2 43494

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

138

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

tg3_Tg_10 19

ist_Statcom_1 4

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 235805

p_Syn_1 235805

q_Syn_1 99174

vf_Syn_2 098233

pm_Syn_2 13495

p_Syn_2 134949

q_Syn_2 126708

vf_Syn_3 09834

pm_Syn_3 153273

p_Syn_3 153273

q_Syn_3 141443

vf_Syn_4 099742

pm_Syn_4 149029

p_Syn_4 149029

q_Syn_4 9774

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 119789

139

p_Syn_5 119789

q_Syn_5 75294

vf_Syn_6 10496

pm_Syn_6 153274

p_Syn_6 153272

q_Syn_6 14353

vf_Syn_7 10638

pm_Syn_7 132051

p_Syn_7 132051

q_Syn_7 93699

vf_Syn_8 10279

pm_Syn_8 127335

p_Syn_8 127335

q_Syn_8 58893

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 195718

p_Syn_9 195718

q_Syn_9 107923

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 58951

p_Syn_10 58951

q_Syn_10 82418

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

140

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

vref_Statcom_1 1087

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -28037 16564 004173 -016258

BUS01 BUS39 2 14018 -082822 000477 -026649

BUS01 BUS39 3 14018 -082822 000477 -026649

BUS02 BUS03 4 85352 60288 016491 17143

BUS02 BUS25 5 -54854 23382 028801 022363

BUS03 BUS04 6 15487 28864 002097 020373

BUS03 BUS18 7 -063723 13726 000397 -009632

BUS04 BUS05 8 -4203 -14955 002777 036443

BUS04 BUS14 9 -58512 -008406 004804 069451

141

BUS05 BUS06 10 -114092 -13397 004257 05262

BUS05 BUS08 11 71784 009964 006653 084029

BUS06 BUS07 12 97568 16469 009295 13554

BUS06 BUS11 13 -79267 038477 006971 0728

BUS07 BUS08 14 42481 -16543 001373 011035

BUS08 BUS09 15 -074523 -34437 004342 03998

BUS09 BUS39 16 -078866 -38435 001309 -084056

BUS10 BUS11 17 81006 19153 004175 040109

BUS10 BUS13 18 72267 32265 003778 035886

BUS13 BUS14 19 70483 18322 007572 074431

BUS14 BUS15 20 10733 030933 000404 -016363

BUS15 BUS16 21 -63432 -30711 007799 071062

BUS16 BUS17 22 50068 -056869 002747 02623

BUS16 BUS19 23 -10422 -32119 029317 33425

BUS16 BUS21 24 -76042 085882 007274 10625

BUS16 BUS24 25 -10319 -16082 000166 -001185

BUS17 BUS18 26 43215 -062084 002043 015313

BUS17 BUS27 27 06578 -021016 000089 -019797

BUS21 BUS22 28 -140238 -28675 025194 42217

BUS22 BUS23 29 10514 15365 000274 -010306

BUS23 BUS24 30 84048 27448 022283 32842

BUS25 BUS26 31 16596 25876 003759 -004213

BUS26 BUS27 32 59316 24294 007946 066838

BUS26 BUS28 33 -32111 -013633 006074 008103

BUS26 BUS29 34 -43183 -005718 014609 079232

BUS28 BUS29 35 -80436 -085668 011761 1067

BUS02 BUS30 36 -58951 -6548 0 16938

BUS06 BUS31 37 -66409 -19488 0 43334

BUS06 BUS31 38 -66409 -19488 0 43334

142

BUS10 BUS32 39 -153273 -51418 0 90025

BUS12 BUS11 40 -005903 -1078 000342 009294

BUS12 BUS13 41 -013786 -096038 000276 007506

BUS19 BUS20 42 39641 -13164 001576 031072

BUS19 BUS33 43 -146793 -52379 022361 4536

BUS20 BUS34 44 -118031 -4013 017582 35164

BUS22 BUS35 45 -153272 -86257 0 57273

BUS23 BUS36 46 -130892 -30649 01159 63049

BUS25 BUS37 47 -126217 -15664 01118 43229

BUS29 BUS38 48 -191925 -33962 037929 73961

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 28454 -1819 004173 -016258

BUS39 BUS01 2 -13971 056173 000477 -026649

BUS39 BUS01 3 -13971 056173 000477 -026649

BUS03 BUS02 4 -83702 -43145 016491 17143

BUS25 BUS02 5 57734 -21145 028801 022363

BUS04 BUS03 6 -15277 -26826 002097 020373

BUS18 BUS03 7 06412 -14689 000397 -009632

BUS05 BUS04 8 42307 18599 002777 036443

BUS14 BUS04 9 58993 077857 004804 069451

BUS06 BUS05 10 114517 18659 004257 05262

BUS08 BUS05 11 -71119 074065 006653 084029

BUS07 BUS06 12 -96638 -029146 009295 13554

BUS11 BUS06 13 79964 034323 006971 0728

143

BUS08 BUS07 14 -42344 17647 001373 011035

BUS09 BUS08 15 078866 38435 004342 03998

BUS39 BUS09 16 080175 3003 001309 -084056

BUS11 BUS10 17 -80589 -15142 004175 040109

BUS13 BUS10 18 -71889 -28677 003778 035886

BUS14 BUS13 19 -69726 -10879 007572 074431

BUS15 BUS14 20 -10693 -047297 000404 -016363

BUS16 BUS15 21 64212 37817 007799 071062

BUS17 BUS16 22 -49793 083099 002747 02623

BUS19 BUS16 23 107152 65544 029317 33425

BUS21 BUS16 24 76769 020366 007274 10625

BUS24 BUS16 25 10336 15963 000166 -001185

BUS18 BUS17 26 -43011 077397 002043 015313

BUS27 BUS17 27 -065692 001218 000089 -019797

BUS22 BUS21 28 142758 70892 025194 42217

BUS23 BUS22 29 -10486 -16395 000274 -010306

BUS24 BUS23 30 -8182 053938 022283 32842

BUS26 BUS25 31 -1622 -26297 003759 -004213

BUS27 BUS26 32 -58521 -17611 007946 066838

BUS28 BUS26 33 32719 021736 006074 008103

BUS29 BUS26 34 44644 08495 014609 079232

BUS29 BUS28 35 81612 19236 011761 1067

BUS30 BUS02 36 58951 82418 0 16938

BUS31 BUS06 37 66409 62821 0 43334

BUS31 BUS06 38 66409 62821 0 43334

BUS32 BUS10 39 153273 141443 0 90025

BUS11 BUS12 40 006245 1171 000342 009294

BUS13 BUS12 41 014062 10354 000276 007506

BUS20 BUS19 42 -39483 16271 001576 031072

144

BUS33 BUS19 43 149029 9774 022361 4536

BUS34 BUS20 44 119789 75294 017582 35164

BUS35 BUS22 45 153272 14353 0 57273

BUS36 BUS23 46 132051 93699 01159 63049

BUS37 BUS25 47 127335 58893 01118 43229

BUS38 BUS29 48 195718 107923 037929 73961

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1460172

REACTIVE POWER [pu] 102682

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1424692

REACTIVE POWER [pu] 288773

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 35479

REACTIVE POWER [pu] 738047

Annexe B2 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du

STATCOM au nœud 8 (Zone 1)

145

POWER FLOW REPORT

P S A T 219

Author Federico Milano (c) 2002-2013

e-mail federicomilanoucdie

website faraday1ucdiepsathtml

File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeteste ssscb_d00

Date 09-Jun-2017 153006

NETWORK STATISTICS

Buses 39

Lines 48

Generators 10

Loads 19

SOLUTION STATISTICS

Number of Iterations 336

Maximum P mismatch [pu] 0

Maximum Q mismatch [pu] 0

Power rate [MVA] 100

POWER FLOW RESULTS

Bus V phase P gen Q gen P load Q load

[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 099097 -068975 0 0 0 0

BUS02 091781 -05429 0 0 0 0

BUS03 079734 -070717 0 0 75617 005636

BUS04 066326 -076185 0 0 117417 43209

BUS05 066473 -064183 0 0 0 -044187

146

BUS06 067567 -057647 0 0 0 0

BUS07 063172 -078416 0 0 54904 19726

BUS08 063378 -083261 0 0 122583 41331

BUS09 087869 -078891 0 0 0 0

BUS10 072734 -037936 0 0 0 0

BUS11 070208 -044367 0 0 0 0

BUS12 063793 -044818 0 0 019961 20665

BUS13 070846 -044069 0 0 0 0

BUS14 069215 -059233 0 0 0 0

BUS15 07407 -064955 0 0 75147 3593

BUS16 081822 -05593 0 0 77354 075851

BUS17 080501 -063045 0 0 0 0

BUS18 079536 -068866 0 0 37104 07045

BUS19 093754 -029105 0 0 0 0

BUS20 090167 -036109 0 0 159687 24188

BUS21 087 -041123 0 0 64345 27006

BUS22 10049 -018383 0 0 0 0

BUS23 095617 -018974 0 0 58121 19867

BUS24 084024 -055252 0 0 7247 -21652

BUS25 094412 -04701 0 0 52603 11084

BUS26 08466 -05244 0 0 32642 039922

BUS27 0802 -06492 0 0 65988 1773

BUS28 087316 -031212 0 0 48376 064814

BUS29 091081 -015774 0 0 66575 06317

BUS30 10475 -042699 5993 9148 0 0

BUS31 098193 0 137349 178813 021605 010802

BUS32 098303 010582 155818 187617 0 0

BUS33 099716 -005013 151503 95238 0 0

BUS34 10123 -012399 121778 74705 0 0

147

BUS35 10492 -014155 155816 166126 0 0

BUS36 10635 017417 134243 63977 0 0

BUS37 10278 -015159 129449 64436 0 0

BUS38 10265 017894 198968 113339 0 0

BUS39 103 -076593 23972 128843 259257 58709

STATE VARIABLES

delta_Syn_1 -076589

omega_Syn_1 1

e1q_Syn_1 103

delta_Syn_2 00004

omega_Syn_2 1

e1q_Syn_2 098206

e1d_Syn_2 000016

delta_Syn_3 01062

omega_Syn_3 1

e1q_Syn_3 098313

e1d_Syn_3 000029

delta_Syn_4 -004973

omega_Syn_4 1

e1q_Syn_4 09972

e1d_Syn_4 000033

delta_Syn_5 -012326

omega_Syn_5 1

e1q_Syn_5 10124

e1d_Syn_5 000059

delta_Syn_6 -014122

omega_Syn_6 1

148

e1q_Syn_6 10493

e1d_Syn_6 000028

delta_Syn_7 017452

omega_Syn_7 1

e1q_Syn_7 10635

e1d_Syn_7 000031

delta_Syn_8 -015125

omega_Syn_8 1

e1q_Syn_8 10278

e1d_Syn_8 000028

delta_Syn_9 017933

omega_Syn_9 1

e1q_Syn_9 10265

e1d_Syn_9 000029

delta_Syn_10 -042696

omega_Syn_10 1

e1q_Syn_10 10475

e1d_Syn_10 2e-005

vm_Exc_1 103

vr1_Exc_1 105

vr2_Exc_1 -030901

vf_Exc_1 103

vm_Exc_2 098193

vr1_Exc_2 10001

vr2_Exc_2 -1179

vf_Exc_2 098247

vm_Exc_3 098303

vr1_Exc_3 10012

vr2_Exc_3 -07868

149

vf_Exc_3 09835

vm_Exc_4 099716

vr1_Exc_4 10158

vr2_Exc_4 -079793

vf_Exc_4 099741

vm_Exc_5 10123

vr1_Exc_5 10319

vr2_Exc_5 -030384

vf_Exc_5 10128

vm_Exc_6 10492

vr1_Exc_6 10706

vr2_Exc_6 -067177

vf_Exc_6 10497

vm_Exc_7 10635

vr1_Exc_7 10854

vr2_Exc_7 -03191

vf_Exc_7 10637

vm_Exc_8 10278

vr1_Exc_8 10478

vr2_Exc_8 -073425

vf_Exc_8 1028

vm_Exc_9 10265

vr1_Exc_9 10465

vr2_Exc_9 -030801

vf_Exc_9 10267

vm_Exc_10 10475

vr1_Exc_10 10684

vr2_Exc_10 -041903

vf_Exc_10 10476

150

tg1_Tg_1 10

tg2_Tg_1 10

tg3_Tg_1 76

tg1_Tg_2 57296

tg2_Tg_2 57296

tg3_Tg_2 43545

tg1_Tg_3 65

tg2_Tg_3 65

tg3_Tg_3 494

tg1_Tg_4 632

tg2_Tg_4 632

tg3_Tg_4 48032

tg1_Tg_5 508

tg2_Tg_5 508

tg3_Tg_5 38608

tg1_Tg_6 65

tg2_Tg_6 65

tg3_Tg_6 494

tg1_Tg_7 56

tg2_Tg_7 56

tg3_Tg_7 4256

tg1_Tg_8 54

tg2_Tg_8 54

tg3_Tg_8 4104

tg1_Tg_9 83

tg2_Tg_9 83

tg3_Tg_9 6308

tg1_Tg_10 25

tg2_Tg_10 25

151

tg3_Tg_10 19

vcs_Sssc_1 024834

OTHER ALGEBRAIC VARIABLES

vf_Syn_1 103

pm_Syn_1 23972

p_Syn_1 23972

q_Syn_1 128843

vf_Syn_2 098247

pm_Syn_2 137351

p_Syn_2 137349

q_Syn_2 178813

vf_Syn_3 09835

pm_Syn_3 155818

p_Syn_3 155818

q_Syn_3 187617

vf_Syn_4 099741

pm_Syn_4 151503

p_Syn_4 151503

q_Syn_4 95238

vf_Syn_5 10128

pm_Syn_5 121778

p_Syn_5 121778

q_Syn_5 74705

vf_Syn_6 10497

pm_Syn_6 155819

p_Syn_6 155816

q_Syn_6 166126

152

vf_Syn_7 10637

pm_Syn_7 134243

p_Syn_7 134243

q_Syn_7 63977

vf_Syn_8 1028

pm_Syn_8 129449

p_Syn_8 129449

q_Syn_8 64436

vf_Syn_9 10267

pm_Syn_9 198968

p_Syn_9 198968

q_Syn_9 113339

vf_Syn_10 10476

pm_Syn_10 5993

p_Syn_10 5993

q_Syn_10 9148

vref_Exc_1 10563

vref_Exc_2 11432

vref_Exc_3 11833

vref_Exc_4 12003

vref_Exc_5 10381

vref_Exc_6 12634

vref_Exc_7 10906

vref_Exc_8 12373

vref_Exc_9 12358

vref_Exc_10 12612

wref_Tg_1 1

wref_Tg_2 1

wref_Tg_3 1

153

wref_Tg_4 1

wref_Tg_5 1

wref_Tg_6 1

wref_Tg_7 1

wref_Tg_8 1

wref_Tg_9 1

wref_Tg_10 1

v0_Sssc_1 024834

pref_Sssc_1 -65

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS01 BUS02 1 -30454 19186 005128 -003514

BUS01 BUS39 2 15227 -095928 000595 -023441

BUS01 BUS39 3 15227 -095928 000595 -023441

BUS02 BUS03 4 85484 71305 019364 20591

BUS02 BUS25 5 -56521 19983 030072 02429

BUS03 BUS04 6 16592 48844 005583 079567

BUS03 BUS18 7 -086611 013058 000137 -011907

BUS04 BUS05 8 -40971 039838 003086 043458

BUS04 BUS14 9 -60412 -063061 006702 10172

BUS05 BUS06 10 -114034 -15612 005995 075982

BUS05 BUS08 11 72754 19668 010307 13807

BUS06 BUS07 12 98009 356 014314 21465

BUS06 BUS11 13 -77454 -1037 009353 10297

BUS07 BUS08 14 41674 -055909 00177 017236

154

BUS08 BUS09 15 -093637 -42784 010612 14517

BUS09 BUS39 16 -10425 -57301 003733 -016642

BUS10 BUS11 17 79843 37573 005898 059683

BUS10 BUS13 18 75975 26941 004921 049144

BUS13 BUS14 19 74265 099622 010083 10471

BUS14 BUS15 20 12175 -16987 001532 -000336

BUS15 BUS16 21 -63125 -52883 011043 10493

BUS16 BUS17 22 53385 093664 003081 030328

BUS16 BUS19 23 -106504 -28279 028885 3285

BUS16 BUS21 24 -79033 -21786 007988 11662

BUS16 BUS24 25 -094316 -30262 000444 004057

BUS17 BUS18 26 46012 064426 002338 018941

BUS17 BUS27 27 07065 -001089 000102 -019408

BUS21 BUS22 28 -144177 -60454 02571 42727

BUS22 BUS23 29 090684 49468 001558 007174

BUS23 BUS24 30 84057 39679 021112 30663

BUS25 BUS26 31 16131 24983 003604 -004873

BUS26 BUS27 32 59739 2273 008058 068314

BUS26 BUS28 33 -32701 -010726 006433 013216

BUS26 BUS29 34 -4391 -001791 015431 089643

BUS28 BUS29 35 -81721 -088757 012378 11369

BUS02 BUS30 36 -5993 -71751 0 1973

BUS06 BUS31 37 -67594 -2422 0 64646

BUS06 BUS31 38 -67594 -2422 0 64646

BUS10 BUS32 39 -155818 -64515 0 123103

BUS12 BUS11 40 -008249 -098751 000391 010623

BUS12 BUS13 41 -011712 -1079 000469 012744

BUS19 BUS20 42 39856 -11624 001542 030405

BUS19 BUS33 43 -149249 -49505 022544 45733

155

BUS20 BUS34 44 -119985 -38853 017926 35853

BUS22 BUS35 45 -155816 -15265 0 13477

BUS23 BUS36 46 -133266 -10795 009776 53183

BUS25 BUS37 47 -128261 -18513 011877 45923

BUS29 BUS38 48 -194987 -35705 039812 77634

LINE FLOWS

From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss

[pu] [pu] [pu] [pu]

BUS02 BUS01 1 30966 -19537 005128 -003514

BUS39 BUS01 2 -15167 072488 000595 -023441

BUS39 BUS01 3 -15167 072488 000595 -023441

BUS03 BUS02 4 -83548 -50713 019364 20591

BUS25 BUS02 5 59528 -17554 030072 02429

BUS04 BUS03 6 -16034 -40887 005583 079567

BUS18 BUS03 7 086747 -024965 000137 -011907

BUS05 BUS04 8 4128 003621 003086 043458

BUS14 BUS04 9 61082 16479 006702 10172

BUS06 BUS05 10 114633 2321 005995 075982

BUS08 BUS05 11 -71723 -058609 010307 13807

BUS07 BUS06 12 -96578 -14135 014314 21465

BUS11 BUS06 13 78389 20668 009353 10297

BUS08 BUS07 14 -41497 073145 00177 017236

BUS09 BUS08 15 10425 57301 010612 14517

BUS39 BUS09 16 10798 55637 003733 -016642

BUS11 BUS10 17 -79253 -31605 005898 059683

BUS13 BUS10 18 -75483 -22027 004921 049144

156

BUS14 BUS13 19 -73257 005086 010083 10471

BUS15 BUS14 20 -12022 16953 001532 -000336

BUS16 BUS15 21 64229 63376 011043 10493

BUS17 BUS16 22 -53077 -063336 003081 030328

BUS19 BUS16 23 109393 61129 028885 3285

BUS21 BUS16 24 79832 33448 007988 11662

BUS24 BUS16 25 09476 30668 000444 004057

BUS18 BUS17 26 -45779 -045485 002338 018941

BUS27 BUS17 27 -070548 -018318 000102 -019408

BUS22 BUS21 28 146748 103181 02571 42727

BUS23 BUS22 29 -089126 -48751 001558 007174

BUS24 BUS23 30 -81946 -090159 021112 30663

BUS26 BUS25 31 -1577 -2547 003604 -004873

BUS27 BUS26 32 -58934 -15898 008058 068314

BUS28 BUS26 33 33345 023942 006433 013216

BUS29 BUS26 34 45453 091434 015431 089643

BUS29 BUS28 35 82958 20245 012378 11369

BUS30 BUS02 36 5993 9148 0 1973

BUS31 BUS06 37 67594 88866 0 64646

BUS31 BUS06 38 67594 88866 0 64646

BUS32 BUS10 39 155818 187617 0 123103

BUS11 BUS12 40 00864 10937 000391 010623

BUS13 BUS12 41 012181 12065 000469 012744

BUS20 BUS19 42 -39702 14665 001542 030405

BUS33 BUS19 43 151503 95238 022544 45733

BUS34 BUS20 44 121778 74705 017926 35853

BUS35 BUS22 45 155816 166126 0 13477

BUS36 BUS23 46 134243 63977 009776 53183

BUS37 BUS25 47 129449 64436 011877 45923

157

BUS38 BUS29 48 198968 113339 039812 77634

GLOBAL SUMMARY REPORT

TOTAL GENERATION

REAL POWER [pu] 1484574

REACTIVE POWER [pu] 1164575

TOTAL LOAD

REAL POWER [pu] 1444346

REACTIVE POWER [pu] 326439

TOTAL LOSSES

REAL POWER [pu] 40229

REACTIVE POWER [pu] 838136

Annexe B3 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du

SSSC agrave la linge 45 (Zone 3)

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