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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 à thyristors
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1. Domaine d’application du transport en courant continu
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Liaisons longues souterraines ou sous-marines
Le transport à très haute tension par câbles sous-marins ou souterrains constitue une solution toujours très onéreuse à laquelle on n’a recours que lorsque le transport par lignes aériennes s’avère impossible. C’est le cas des liaisons sous-marines (alimentation d’île, raccordement d’une centrale éolienne off-shore, interconnexion de deux réseaux séparés par la mer) et des liaisons souterraines dans les zones fortement urbanisées, protégées ou dans lesquelles l’opinion publique s’oppose à la construction de nouveaux ouvrages de transport aériens.
Le transport en courant continu permet de réduire notablement le coût des câbles (il y a un ou deux conducteurs au lieu de trois, la tenue de tension est entièrement exploitée, la capacité de transit est exploitée à 100 % grâce à la maîtrise du flux de puissance...).
Le courant continu permet de s’affranchir des problèmes de puissance réactive générée par les câbles en courant alternatif qui conduisent à un surdimensionnement, voire à une impossibilité technique ; en effet, pour les grandes longueurs, il est nécessaire d’absorber cette puissance parasite dans des postes intermédiaires le long du câble, ce qui est fréquemment impossible, en particulier dans les liaisons sous-marines.
Ainsi, à partir d’une certaine valeur du couple longueur – puissance (ex : 1 000 MW sur 40 km, 200 MW sur 200 km), le transport à courant continu devient compétitif avec le transport en courant alternatif.
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Lignes aériennes de grande longueur
L’exploitation de certaines ressources énergétiques naturelles (typiquement l’hydraulique) nécessite un transport d’énergie sur de grandes distances vers les centres de consommation. Lorsque la distance est importante (au-delà d’environ 600 km), le transport à courant continu est souvent la solution la plus économique car le gain réalisé sur le coût des lignes et des installations de compensation de puissance réactive dépasse le coût des stations de conversion aux extrémités.
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Interconnexions transfrontalières
Lorsque cela est possible (proximité géographique, règles d’exploitation communes), les réseaux de transports sont interconnectés...
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