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RÉSUMÉ
Cet article décrit les composants élémentaires des liaisons à courant continu de deux technologies à thyristors et à convertisseur source de tension. L’énergie est aujourd’hui transportée et distribuée en courant alternatif pour des raisons de simplicité de production, de facilité de changement de niveau de tension et de coupure de courant. Pour autant, ce mode de transport pose de sérieux problèmes, notamment de répartition des transits d’énergie. Pour ces raisons, le courant continu se montre dans certaines situations de transferts d’énergie plus intéressant que le courant alternatif.
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Eric JONCQUEL : Ingénieur ENSEEIHT - Ingénieur-Chercheur au département Technologies et Économie des Systèmes Électriques – EDF Recherche et Développement.
INTRODUCTION
Une liaison à courant continu est constituée d’une ligne à courant continu reliant au moins deux réseaux alternatifs par l’intermédiaire de stations de conversion.
L’énergie électrique est aujourd’hui produite, transportée et distribuée en courant alternatif. Ce choix tient à quelques raisons majeures : simplicité de production (les alternateurs sont plus simples et plus fiables que les génératrices à courant continu), facilité de changer de niveau de tension à l’aide de transformateurs, facilité de couper le courant car il s’annule naturellement deux fois par période.
Cependant, la maîtrise des transferts d’énergie en courant alternatif pose, dans les réseaux denses, des problèmes de plus en plus ardus à résoudre :
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la répartition des transits d’énergie dans les diverses branches des réseaux maillés se fait suivant des lois physiques et ne peuvent pas être maîtrisés facilement ;
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la puissance réactive doit être compensée au plus près de sa consommation afin de limiter les pertes et les chutes de tension ;
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les réglages de la fréquence et de la phase des alternateurs interconnectés doivent être coordonnés.
Le courant continu pose d’autres problèmes : sa production nécessite le redressement des ondes de courant alternatif et le changement de tension ne peut se concevoir qu’au moyen de dispositifs complexes. Dans l’un et l’autre cas, le recours à une électronique de puissance très coûteuse s’avère nécessaire. Le problème de la coupure du courant continu est techniquement résolu mais au prix de procédés sophistiqués et chers.
Il y a toutefois des situations dans lesquelles le courant continu est plus intéressant que le courant alternatif, voire obligatoire.
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Conception des stations de conversion source de tension
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2. Conception des stations de conversion à thyristors
2.1 Schéma général
Schématiquement, l’énergie, sous forme de tensions et de courants alternatifs à fréquence industrielle, est convertie dans les unités de conversion en énergie sous forme de tension(s) et de courant redressés. Ce processus s’effectue avec un rendement très proche de l’unité, au prix toutefois de la génération de deux sous-produits gênants :
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la puissance réactive absorbée par les unités de conversion doit être compensée sur place ;
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les harmoniques générés par les commutations internes aux unités doivent être filtrés pour ne pas pénétrer dans le réseau alternatif avec une amplitude intolérable.
La figure 1 présente le schéma général d’une station de conversion. Elle comporte un poste à courant alternatif tout à fait conventionnel dont la fonction est de raccorder les unités de conversion au réseau alternatif. Le poste est organisé en jeux de barres et en travées ou cellules, de façon à pouvoir effectuer différentes combinaisons de connexions entre les lignes et les unités de conversion. Cela a pour but d’augmenter la fiabilité de l’alimentation, une portion défaillante du poste ou du réseau pouvant ainsi être isolée au moyen de disjoncteurs (élimination très rapide et automatique d’une portion en défaut) et de sectionneurs (reconfiguration d’un nouveau schéma d’exploitation). Le poste peut aussi comporter d’autres transformateurs, s’il assure une fonction annexe de changement de tension, par exemple, pour alimenter une zone de consommation.
Les filtres d’harmonique, les bancs de compensation de puissance réactive et les unités de conversion sont raccordés au même jeu de barres.
Des réducteurs de mesure (transformateurs de courant et transformateurs ou réducteurs de tension) délivrent des signaux nécessaires au comptage de l’énergie, aux protections et aux dispositifs de contrôle-commande.
Un poste à courant continu complète le schéma. Il comporte un système de lissage du courant continu et de filtrage de la tension redressée, et tout l’appareillage nécessaire aux mesures de la tension et du courant ainsi qu’aux connexions des unités de conversion à la ligne à courant continu.
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