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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Présentation
Solutions mixtes ou hybrides
En anglais
2. Compensation au moyen de dispositifs statiques à base de IGBT (STATCOM)
2.1 Topologie CHB (Cascaded H Bridge)
Actuellement, l’évolution de la technologie fait que des solutions à base de convertisseurs à circuit intermédiaire de tension continue à base de composants blocables type IGCT et IGBT sont maintenant technico-économiquement viables pour de fortes puissances. Pour de faible et moyenne puissances des solutions à base de filtres actifs sont disponibles. Nous ne traiterons ici que les topologies utilisées en forte puissance. Ces convertisseurs sont de type CHB (Cascaded H Bridge) ou ponts en H mis en cascade ou série. La figure 34 montre la structure d’un pont élémentaire appelé sous-module (SM). Chaque sous-module peut produire une tension positive + Usm, ou une tension négative – Usm ou une tension nulle selon la commande de fermeture demandée aux interrupteurs. Entre les bornes d’un sous-module, supposant la tension DC Usm constante, le sous-module se comporte comme une source de tension à 3 niveaux.
Une phase d’un convertisseur complet consiste en la mise en série de sous-modules qui sont alors connectés au réseau au travers d’une inductance, comme indiqué dans la figure 35 où est montrée aussi la tension de sortie et son spectre harmonique d’une telle structure avec 20 sous-modules en série par phase avec une fréquence de commutation par composant de 250 Hz.
Le STATCOM (figure 36) peut être agencé en étoile ou en triangle comme le montre la figure 37. Le montage en triangle est le plus souvent utilisé car le principe de pont de Steinmetz vu plus haut peut y être plus facilement déployé.
HAUT DE PAGE2.2 Contrôle du STATCOM
De manière générale, le convertisseur se comporte comme une source de tension AC et connecté au réseau par l’intermédiaire d’une inductance, le courant est contrôlé en ajustant la tension de sortie en phase et en amplitude par rapport à la tension du réseau au point de connexion. Un tel dispositif se comporte alors comme une source de courant (figure 38). Pour générer du réactif (comportement capacitif), la tension de la...
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Compensation au moyen de dispositifs statiques à base de IGBT (STATCOM)
BIBLIOGRAPHIE
-
(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).
-
...
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
-
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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