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RÉSUMÉ
Le courant alternatif triphasé (AC) exige des réseaux de distribution un équilibre générateur-récepteur, et notamment l'introduction de systèmes de sécurité par exemple par onduleurs. Le courant continu (DC) est aussi utilisable. Il présente de nombreux avantages, avec une plus grande simplicité des interconnexions notamment par hacheurs. Dans cet article, sont présentées les diverses possibilités de l'utilisation du réseau AC et du réseau DC, et les moyens de transmettre de la puissance d'un type de réseau à l'autre.
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Michel PINARD : Normalien, Professeur agrégé Hors Classe - Professeur au conservatoire national des arts et métiers et à l'ESIEE
INTRODUCTION
Qu'est-ce qu'un réseau de distribution électrique de puissance ? Un ensemble de lignes reliant un grand nombre de générateurs, généralement à courant alternatif triphasé, à des récepteurs (ou charges) par l'intermédiaire de transformateurs ou de convertisseurs, car le transport exige l'utilisation de la haute tension.
Au niveau de la charge (ou du consommateur) il faut impérativement :
-
que la valeur efficace de la tension soit constante ;
-
que la fréquence soit constante.
L'opérateur gestionnaire du réseau alternatif triphasé doit, à tout instant :
-
s'assurer que la production de la puissance active équilibre la consommation au niveau des charges et sur les lignes : c'est l'équilibre production-consommation ;
-
s'assurer que la production de la puissance réactive est égale à la consommation au niveau des charges et sur les lignes ;
-
que le système triphasé soit équilibré, et que les déphasages entre générateurs soient contrôlés pour la mise en parallèle ;
-
que le réseau puisse acheminer les transferts de puissance quels que soient les aléas de la consommation ;
-
faire face aux dysfonctionnements possibles dans l'acheminement de la puissance, en particulier en cas de défaut (court-circuit ou circuit ouvert) et prévoir les systèmes de sécurité en conséquence.
L'arrivée des énergies nouvelles (éoliennes, hydroliennes, photovoltaïque…) et des convertisseurs statiques de puissance (à transistors IGBT) incite les installateurs à reconsidérer l'utilisation du régime continu de courant et de tension pour le transport de l'électricité. Cette nouvelle donne amène les électriciens à réfléchir sur l'opportunité de l'utilisation de réseaux à courant continu haute tension au côté des réseaux à courant alternatif. Cette approche est maintenant dénommée réseau HVDC (High-Voltage Direct Current) ou même Smart Grid (réseau intelligent) ou Super Grid…
Parmi les avantages du courant continu (par rapport au triphasé) on constate :
-
qu'il n'y a pas de puissance réactive ;
-
que le réglage de la fréquence n'existe pas ;
-
qu'il n'y a pas de déséquilibre des phases ;
-
que le contrôle des régimes transitoires en cas de court-circuit est plus simple ;
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qu'il est possible de stocker de l'énergie dans des accumulateurs (batteries ou autres…) mais seulement pour des quantités d'énergie faibles ou moyennes ;
-
que beaucoup de générateurs issus des énergies nouvelles sont à courant continu ;
-
que le contrôle de la tension est facile grâce aux commandes numériques agissant sur les convertisseurs de puissance.
Parmi les inconvénients du courant continu on observe :
-
que le non-passage par zéro du courant rend son interruption difficile ;
-
qu'il est nécessaire de bien dimensionner un hacheur pour élever ou abaisser la tension en passant d'un réseau à l'autre ;
-
que le courant de court-circuit est plus important dans des conditions analogues, ce qui exige un disjoncteur de pouvoir de coupure plus élevé ;
-
que les installateurs de systèmes triphasés ont une longue pratique des réseaux alternatifs, aussi bien pour la régulation en tension et en fréquence des réseaux que pour leur protection ;
-
que le stockage hydraulique de l'énergie reste préférable pour des niveaux d'énergie élevé, et dans ce cas on préfère utiliser un générateur AC.
Ce premier article a pour but de présenter une association complémentaire de deux réseaux, l'un triphasé, le plus souvent déjà installé, l'autre à courant continu, à installer de manière à obtenir des transferts de puissance optimaux entre eux sur les lignes vis-à-vis des consommateurs. Il s'agit d'utiliser au mieux les convertisseurs de puissance, pour gérer grâce aux signaux électroniques de commande :
-
les échanges de puissance active, selon la production des générateurs ;
-
la fourniture de puissance réactive au réseau triphasé ;
-
la réduction de certains harmoniques de courant dans le réseau alternatif ;
-
la protection en cas de court-circuit rendue rapide grâce à l'intervention des convertisseurs de puissance.
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Convertisseurs de puissance
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3. Sources à courant alternatif (AC)
3.1 Générateur synchrone
L'alternateur est la machine tournante la plus utilisée pour obtenir une source à courant alternatif. En général, les alternateurs sont triphasés, ce que l'on considère ici. Ils sont « excités » soit par un aimant permanent, soit par un bobinage inducteur parcouru par un courant continu.
Dans le cas du débit sur une ligne, un modèle de l'alternateur simple peut être celui d'un circuit ELR (figure 12).
Un autre modèle peut être présenté comme celui qui est utilisé sur le logiciel PSIM (figure 13).
On précise que :
-
la résistance R s est celle d'une phase du stator ;
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l'inductance L s est l'inductance de fuites du stator ;
-
L ds est l'inductance directe de Park au stator ;
-
L qs est l'inductance en quadrature de Park au stator ;
-
R exc est la résistance du circuit inducteur (excitation) ;
-
L exc est l'inductance du circuit inducteur (excitation) ;
-
R am_d est la résistance directe du circuit amortisseur ;
-
L am_d est l'inductance directe du circuit amortisseur ;
-
R am_q est la résistance en quadrature du circuit amortisseur ;
-
L am_d est l'inductance en quadrature du circuit amortisseur ;
-
M F est l'inductance de couplage excitation induit.
On note Φds le flux total au stator sur l'axe direct, Φqs le flux total au stator sur l'axe en quadrature, ΦF le flux total au rotor sur l'axe direct dû à l'inducteur, Φam_d le flux total au rotor sur l'axe direct dû à l'amortisseur et Φam_q le flux total au rotor sur l'axe en quadrature dû à l'amortisseur.
Ces flux ont pour expression dans un circuit magnétique non saturé, en introduisant les inductances de couplage M KD , M KQ entre induit et amortisseur, M FD , M FQ entre induit et circuit inducteur :
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Sources à courant alternatif (AC)
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DAHMANI (O.) - Évaluation de l'architecture optimale du réseau électrique d'un champ éolien offshore. - [nbsp ]
-
(2) - BERNARD (C.), SEBRAO-OLIVEIRA (C.), LAVAL (B.), VAUDOUER (C.) - Panneau photovoltaïque et algorithme MPPT à base de logique floue. - http://www.solar-fabrik.de/
-
(3) - FOCH (H.), MEYNARD (T.) - Les convertisseurs statiques. - Percées dans les applications – Révolution dans les architectures.
-
(4) - DEFAY (F.) - Commande prédictive directe d'un convertisseur multicellulaire triphasé pour une application de filtrage actif. - Université de Toulouse, déc. 2008.
-
(5) - IEA International Energy Agency - Mini réseau PV pour électrification rurale. - Rapport AEI-PVPS T9-13:2013 CLUB-ER, Publication Thématique, juil. 2013.
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
LabVIEW National Instruments France : Acquisition de données ; contrôle-commande temps réel
MATLAB/SIMULINK/DSPACE Acquisition de données ; contrôle-commande temps réel
PSIM Copyright 2001-2012 Simulation de systèmes de puissance http://www.powersimtech.com/
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Câbles sous-marins
ABB's high voltage cable unit in
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Phone : + 46 455 556 00
Fax : + 46 455 556 55
E-Mail : [email protected]
Réseau DC grid autour de l'Europe http://www.leonardo-energy.org/
ENEA Consulting 89, rue Réaumur 75002 Paris France [email protected]
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Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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