Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Dans cet article sont présentés les aspects contrôle des différentes technologies de compensateurs statiques industriels de puissance réactive de charges fluctuantes. Sont considérés les compensateurs statiques à base de thyristors les « statocompensateurs » ainsi que les compensateurs statiques à base de convertisseurs à circuit intermédiaire de tension continue à base de composants blocables comme les IGBT et appelés plus communément « STATCOM ». Des parties communes peuvent être déduites mais chaque technologie ayant ses particularités, les contrôles des solutions à thyristors sera bien distinctes des solutions à IGBT. Enfin la révolution « MMC » permet d’envisager des alimentations directes de ces charges fluctuantes, permettant un rééquilibrage et un lissage de ces charges vis-à-vis du réseau.
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In this article are presented the different aspects of control of the different technologies applied for industrial reactive power compensation of fluctuating loads. Are considered the static compensator based on thyristors, the “Static Var Compensator” and the static compensator base on fully controllable power electronic component as IGBTs, more commonly called “STATCOM”. Common part on reactive power control can be deduce but as all technologies have their own particularities, two presentations are made one for the solution based on thyristor and another one for the STATCOM. Finally, the MMC revolution allows the direct feeding of these fluctuating loads, balancing and smoothing the loads seen by the grid.
Auteur(s)
-
Guillaume DE PRÉVILLE : Ingénieur Développement General Electric - Professeur associé au CNAM - General Electric Power Conversion, Villebon, France
INTRODUCTION
Cet article traite principalement des compensateurs d’énergie réactive pour les réseaux industriels et non pas pour les réseaux publics de transmission ou de distribution. Bien que les deux applications utilisent les mêmes technologies, les aspects dimensionnement et contrôle sont différents.
Les dispositifs de compensation de puissance réactive pour l’industrie sont aujourd’hui classiquement réalisés avec des thyristors d’une part et avec des composants blocables comme les IGCT (Integrated-Gate-Commutated-Thyristor) ou les IGBT (Insulated-Gate-Bipolar-Transistor) d’autre part. Ces dispositifs permettent de répondre avec satisfaction aux problèmes de la compensation des déséquilibres de charge, du réglage de la tension des réseaux vis-à-vis des fluctuations de puissance réactive et du réglage du facteur de puissance. La gamme des compensateurs de puissance réactive va de quelques mégavars à quelques centaines de mégavars. On peut dire qu’il existe deux familles de compensateurs statiques d’énergie réactive (CER) pour l’industrie : les CER à base de TCR (Thyristor Controlled Reactor) pour les fortes puissances et les CER à base de convertisseurs à circuits intermédiaire de tension à base de composants blocables comme les IGCT et les IGBT pour les petites, moyennes et fortes puissances. Leur efficacité dépend de deux éléments principaux :
-
le dimensionnement ou le rapport entre la puissance de l’équipement perturbateur et la puissance de l’équipement (puissance réactive de la batterie de condensateur et de l’absorbeur à thyristors, puissance du convertisseur à IGBT) ;
-
le dispositif de commande de l’élément de réglage dont la rapidité est un élément fondamental.
Cet aspect rapidité est fondamentalement différent entre les technologies. Bridées dans les TCR par les composants qui sont utilisés, les thyristors, les performances dynamiques obtenues avec des convertisseurs utilisant des composants blocables, comme les GTO (Gate-Turn-Off), les IGCT (Integrated Gate-Commutated Thyristor) ou les IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) de forte puissance, sont accrues dans de grandes proportions, d’autant que ces nouveaux actionneurs modernes possèdent également une fonction de filtre actif…
Le sujet compensateurs statiques de puissance réactive industriels fait l’objet de trois articles :
-
Fluctuations de tension et flicker. Évaluation et atténuation (partie 1) [D 4 315] ;
-
Fluctuations de tension et flicker. Évaluation et atténuation (partie 2) [D 4 316] ;
-
le présent article.
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres et le lecteur devra assez souvent se reporter aux autres articles.
D’autres informations peuvent aider le lecteur à comprendre cet article, ou le compléter. Le lecteur est ainsi invité à se reporter à la rubrique Électronique de puissance et aux articles suivants des Techniques de l’Ingénieur :
-
Qualité de la tension [D 4 261], [D 4 262], [D 4 263], [D 4 264],[D 4 267] ;
-
Appareillage électrique à basse tension [D 4 862] [D 4 867] ;
pour les besoins de cet article, et conformément à la spécification technique internationale CEI 61000-3-7, on désigne par réseau très haute tension (THT) un réseau de tension nominale supérieure à 230 kV. De 230 kV inclus à 50 kV, il s’agit de réseau haute tension (HT). De 50 kV inclus à 1 kV, on parle de moyenne tension (MT), contrairement à l’usage français (HTA), tandis qu’à 1 kV ou en dessous on retrouve la classique basse tension (BT).
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
IGBT | STATCOM | static compensator baser on thyristors | MMC
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2002 par Jacques COURAULT, Guillaume DE PREVILLE, Jean-Louis SANHET
DOI (Digital Object Identifier)
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Conclusion
En anglais
4. Alimentation directe
La décarbonisation impose des performances beaucoup plus exigeantes en termes de réduction de flicker que les solutions de type shunt comme le SVC ou le STATCOM ou la solution mixte ne peuvent atteindre. Alors la solution série commence à apparaître. Il y a deux types de solutions séries : la solution back-to-back et la solution UPFC/UPQC.
La solution back-to-back consiste à un convertisseur MVDC avec une conversion AC/DC suivie d’une conversion DC/AC avec circuit intermédiaire en tension continue DC moyenne tension. La technologie MMC permet d’atteindre les fortes puissances demandées avec l’avantage de la modularité, redondance intrinsèque, etc.
La solution UPFC/UPQC (figure 45) consiste à associer une solution shunt et une solution série sur un même circuit intermédiaire en moyenne tension DC. Le convertisseur shunt compense les fluctuations de puissance tandis que le convertisseur série contrôle la tension.
La solution back-to-back (figure 46) est préférée du fait de la capacité de la solution à contrôler le courant de court-circuit de manière simple ainsi que le tampon naturel entre les deux circuits AC qu’apporte le circuit intermédiaire en tension continu DC moyenne tension. La technologie back-to-back permet également de piloter en fréquence le four pour un meilleur rendement de l’arc. On parle de « Direct Feed Electrical Arc Furnace ». Ces solutions permettent d’atteindre des « réductions de flicker » très importantes (> 7). Grâce à la technologie et au circuit intermédiaire en tension continue, assurant un effet tampon, elles permettent d’isoler un réseau perturbé d’un réseau d’alimentation afin de garantir la bonne qualité d’energie de ce réseau d’alimentation. La technologie MMC est alors avantageusement utilisée dans ces montages.
-
Pour des raisons de décarbonisation, il est demandé des exigences beaucoup plus importantes en termes de qualité d’énergie avec des taux de réduction de flicker largement supérieurs à 7, difficilement atteignables avec les solutions shunt présentées.
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Les solutions mixtes shunt-séries ou alimentations directes sont alors envisagées.
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L’avantage de ces solutions séries est qu’elles apportent naturellement un effet tampon entre...
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Alimentation directe
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BOIDON (C.), BOIDIN (M.) - Reactive power static compensation and harmonic filtering in metal industry plan. - Second IFAC Symposium (1977).
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(2) - BOIDON (C.), DROUIN (G.) - Les systèmes de compensation statiques dans les réseaux industriels. - RGE (1984).
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(3) - BROUSSE (I.), CHARLES (P.) - Amérique du Sud – Trois exemples d’utilisation de compensateurs statiques. - RGE n° 8 (1986).
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(4) - CHARLES (P.), LEOST (J.F.) - Fonctionnement dynamique des réseaux : les compensateurs statiques de puissance réactive l’améliorent. - RGE n° 8 (1986).
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(5) - BERGEAL (J.), MOLLER (L.), CHARLES (P.), ROUX (A.) - Réduction du niveau de flicker : les résultats du compensateur réel sont meilleurs que la simulation. - RGE n° 8 (1986).
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...
NORMES
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Vocabulaire électrotechnique international – Chapitre 161 : Compatibilité électromagnétique (CEM). - CEI 60050-161 - 1994
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Considérations sur les impédances de référence à utiliser pour la détermination des caractéristiques de perturbation des appareils électrodomestiques et les équipements analogues. - CEI 60725 - 1981
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Flickermètre – Spécifications fonctionnelles et de conception. - et amend. - 1990
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Flickermètre. Partie 0 : Évaluation de la sévérité du flicker. - CEI 60868-0 - 1991
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Compatibilité électromagnétique (CEM) – Partie 2 : Révision (FDIS). - CEI 61000-2-2 - 1990
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Environnement – Section 2 : Niveaux de compatibilité pour les perturbations conduites à basse fréquence et la transmission de signaux sur les réseaux publics d’alimentation à basse tension. - - 2002
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Compatibilité...
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