Upload
cheriftidiane
View
590
Download
11
Embed Size (px)
Citation preview
1 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Module 5 :
La stabilité des réseaux
2 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Plan
I. Introduction sécurité - stabilité
II. Générateur synchrone
III. La stabilité statique
IV. La stabilité dynamique
V. La stabilité transitoire
VI. Amélioration de la sécurité : le contrôle de performances
3 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Plan
I. Introduction sécurité - stabilité
II. Générateur synchrone
III. La stabilité statique
IV. La stabilité dynamique
V. La stabilité transitoire
VI. Amélioration de la sécurité : le contrôle de performances
4 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Logique d’ expansion => logique d’ adaptation et d’ optimisation
Les enjeux de la sécurité des réseauxLes enjeux de la sécurité des réseaux
Panne => impact économique et social considérable
Réseau => infrastructure vitale et stratégique
Rupture d’alimentation de moins en moins tolérée
Système complexe , équilibre fragile , comportement chaotique
Contraintes limitant le développement / renforcement du réseau=> limites de sécurité
I. Introduction sécurité - stabilité
5 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Dérégulation
renforcementrenforcementdes moyens de production
vulnvulnéérabilitrabilit éésupplémentaire du réseau
Protocole de Kyoto(1997)
11 septembre 2001
Système électrique :fort taux de pénétration
de GED
Réseaux = infrastructures critiquesRéseaux = infrastructures critiques
Sécurité Sécurité physique et opérationnelledes réseaux
I. Introduction sécurité - stabilité
6 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Contexte actuel des réseauxContexte actuel des réseaux
Ouverture du marché de l’électricité
Croissance des échanges internationaux
Contraintes opérationnelles, environnementales
Phénomènes de congestion, flux parallèles
Limitation du transit de puissance
Diminution des marges de sécurité
Problèmes de stabilité
I. Introduction sécurité - stabilité
7 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Mutation des réseauxMutation des réseaux
I. Introduction sécurité - stabilité
8 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Services-système
Propriétaire du réseaude transport
Production classique
Régulateur
Marchés
Consommateurs
Grossistes
Comptage
Réseaux de distribution
Gestionnaires des réseaux de distribution
Environnement
Gestionnaire du réseaude transport
Producteurs indépendants
Réseau de transport
Dérégulation des systèmes électriquesDérégulation des systèmes électriques
Propriétaires des réseauxde distribution
Transport
Distribution
Consommation
Production
I. Introduction sécurité - stabilité
9 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Sécurité des réseaux électriquesSécurité des réseaux électriques
CA
@Réseaux
électriques
Réseaux de gaz naturel et de pétrole
Réseaux informatiques
Transports
Réseaux de télécommunications
StatiqueDynamiqueTransitoire
Sécurité:
I. Introduction sécurité - stabilité
10 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Qu’estQu’est --ce que la sécurité des réseaux ?ce que la sécurité des réseaux ?
stabilitétransitoire
Sécurité statique
Equilibre production-consommation
Umin < Tensions < U max
Transits < I lim ou P lim
Courant des groupes < I nom
Sécurité dynamique
stabilitédynamique
faibles perturbations fortes perturbations
Oscillations basse fréquenceOscillations basse fréquence
I. Introduction sécurité - stabilité
11 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Décomposition physiqueDécomposition physique
Stabilité statique
Stabilité dynamique
Stabilité transitoire
Décomposition justifiée par :
Nature différente des phénomènes
Échelles temporelles différentes
Modèles différents
I. Introduction sécurité - stabilité
12 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Plan
I. Introduction sécurité - stabilité
II. Générateur synchrone
III. La stabilité statique
IV. La stabilité dynamique
V. La stabilité transitoire
VI. Amélioration de la sécurité : le contrôle de performances
13 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
~Source
d’énergie primaire
Soupape
TurbineCm
Résea
uPm Pe
Imposée par lesconsommateurs
Imposée parla turbine
A l’équilibre, Pm = Pe
EquilibreEquilibre des puissancesdes puissances
II. Générateur synchrone
14 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Soit un système simple :Soit un système simple :
Un générateur synchrone connecté à un réseau par une ligne de transport
Le réseau est grand en terme de d’inertie et de puissance de court-circuit :
Le générateur synchrone ne peut pas modifier la tension et la fréquence du réseau
Le réseau est modélisé par un nœud infini
II. Générateur synchrone
15 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Soit un système simple :Soit un système simple :
~ ∞∞∞∞
Nœud infini
V et f constants
Nœud de connexion
V et f peuvent varier
Ligne de transport
Vg V∞
II. Générateur synchrone
16 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Modèle simplifiéModèle simplifié
E V∞Vg
IXs Xl
E V∞
IXeq
Avec Xeq = Xs + Xl
II. Générateur synchrone
17 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Diagramme de FresnelDiagramme de Fresnel
E V∞
IXeq
I
XeqI
E
V∞ϕ
δe
δe: angle externe
II. Générateur synchrone
18 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Rotation des vecteursRotation des vecteurs
E
V∞
δe
fg
f = 50 ou 60 Hz
f : fréquence du réseau = constante
fg : fréquence du générateur
II. Générateur synchrone
19 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
~Pm Pe
Équation des arbres tournants : RM CC
dt
dJ −=Ω
Donc : dt
dPP em
Ω≈−
Si Pm = Pe, alors Ω = Ωs
Si Pm < Pe, alors Ω
Si Pm = Pe, alors Ω
Vitesse de rotationVitesse de rotation
II. Générateur synchrone
20 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
EquationsEquations des puissancesdes puissances
E V∞
IXeq
I
XeqI
E
V∞ϕ
δ
eeqX
EVP δsin3 ∞=
)cos(3 ∞∞ −= VE
X
EVQ e
eq
δ
II. Générateur synchrone
21 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Point de fonctionnementPoint de fonctionnement
δ
P
eeqX
EVP δsin3 ∞=
Pm
pt de fonct.
πδ
II. Générateur synchrone
22 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Plan
I. Introduction sécurité - stabilité
II. Générateur synchrone
III. La stabilité statique
IV. La stabilité dynamique
V. La stabilité transitoire
VI. Amélioration de la sécurité : le contrôle de performances
23 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Retour à un point de fonctionnement à l’état d’équilibre après une perturbation
Par exemple : perte d’une ligne => quid des transits et tensions après le déclenchement ?
Problème statique !
Stabilité statiqueStabilité statique
III. La stabilité statique
24 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Stabilité statiqueStabilité statique
Stabilité de puissance Stabilité de tension
III. La stabilité statique
25 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
La stabilité de puissance
III. La stabilité statique
26 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ
P
Pm
δ
Pmax
90°
Limite de stabilitéLimite de stabilité
I
XeqI
E
V∞ϕ
δe
eeqX
EVP δsin3 ∞=
E V∞
IXeq
0≥∂∂=
δC
CSCouple synchronisant => stable
III. La stabilité statique
27 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Déclenchement D de 2 lignes
Augmentation de Xeq
Diminution de la puissance maxtransmissible
Perte de l’équilibre cinétiquedes machines A
Perte de synchronisme
Sou
rce
: Tec
hniq
ues
de l’
Ingé
nieu
r
III. La stabilité statique
28 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Amélioration de la stabilité de puissanceAmélioration de la stabilité de puissance
eeqX
EVP δsin3 ∞=
eqX
EVP ∞= 3max
Donc : Diminuer la réactance globale Xeq
Augmenter la tension d’excitation E
III. La stabilité statique
29 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Diminuer la réactance globaleDiminuer la réactance globale
δ
P
Pmax2
90°
Pmax1 Xeq1
Xeq2
Xeq2 < Xeq1
III. La stabilité statique
30 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Augmenter la tension d’excitationAugmenter la tension d’excitation
δ
P
Pmax2
90°
Pmax1 E1
E2
E2 > E1
III. La stabilité statique
31 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Comment diminuer la réactance globale ?Comment diminuer la réactance globale ?
Ajouter une ligne en parallèle
Ligne multi-conducteurs
Insérer un condensateur en série sur la ligne
Utiliser des systèmes FACTS
III. La stabilité statique
32 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Ligne de transport simpleLigne de transport simple
~ ∞∞∞∞
Nœud infiniNœud de connexion
Xl
Vg V∞Xs
III. La stabilité statique
33 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
E V∞Vg
IXs Xl
E V∞
IXeq
Avec Xeq = Xs + Xl
Réactance globale d’une ligne de transport simpleRéactance globale d’une ligne de transport simple
III. La stabilité statique
34 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Ligne de transport double terneLigne de transport double terne
~ ∞∞∞∞
Nœud infiniNœud de connexion
Xl
Vg V∞Xs
Xl
III. La stabilité statique
35 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Ligne de transport double terne et Ligne de transport double terne et multimulti --conducteursconducteurs
III. La stabilité statique
36 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Réactance globale d’une ligne de transport double t erneRéactance globale d’une ligne de transport double t erne
E V∞Vg
IXs Xl
E V∞
IXeq
Avec Xeq = Xs + Xl/2
Xl
III. La stabilité statique
37 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
~ ∞∞∞∞
Nœud infiniNœud de connexion
Xl
Vg V∞Xs
Insertion d’un condensateur sérieInsertion d’un condensateur série
Xc
III. La stabilité statique
38 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
E V∞Vg
IXs Xl
E V∞
IXeq
Avec Xeq = Xs + Xl - Xc
Xc
Réactance globale d’une ligne avec condensateur sér ieRéactance globale d’une ligne avec condensateur sér ie
III. La stabilité statique
39 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Exemple 1Exemple 1
Calculer la limite de stabilité statique (puissance maximum transmise au nœud infini)
~ ∞∞∞∞Xl = 0.6 pu
Xs=0.9 pu
Xl = 0.6 pu
E=1.32 pu
V∞=1 pu
III. La stabilité statique
40 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Solution 1Solution 1
~ ∞∞∞∞Xl = 0.6 pu
Xs=0.9 pu
Xl = 0.6 pu
E=1.32 pu
V∞=1 pu
puX
XX lSeq 2.13.09.0
2=+=+=
puX
VEP
eq
1.12.1
1*32.1.max ===
! Pas de « 3 » en pu
III. La stabilité statique
41 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Exemple 2Exemple 2
~ ∞∞∞∞Xl = 0.6 pu
Xs=0.9 pu
Xl = 0.6 pu
E=1.32 pu
V∞=1 pu
Calculer la limite de stabilité statique dans le cas où une ligne est déclenchée
III. La stabilité statique
42 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Solution 2Solution 2
puXXX lSeq 5.16.09.0 =+=+=
puX
VEP
eq
88.05.1
1*32.1.max ===
~ ∞∞∞∞Xl = 0.6 pu
Xs=0.9 pu
Xl = 0.6 pu
E=1.32 pu
V∞=1 pu
III. La stabilité statique
43 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Exemple 3Exemple 3
Calculer la capacité série qui permet d’augmenter la limite de stabilité statique à 1.2 pu
~ ∞∞∞∞Xc
Xl = 0.6 pu
Xs=0.9 pu
E=1.32 pu
V∞=1 pu
III. La stabilité statique
44 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Solution 3Solution 3
puXX
VEP
eqeq
2.11*32.1.
max ===
clseq XXXpuX −+== 1.1
On veut :
càd :
D’où : puXc 4.01.16.09.0 =−+=
~ ∞∞∞∞Xl = 0.6 pu
Xs=0.9 pu
E=1.32 pu
V∞=1 puXc
III. La stabilité statique
45 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Exemple 4Exemple 4
Calculer la tension d’excitation qui permet d’augmenter la puissance maximale transmise au nœud infini à 1.2 pu
~ ∞∞∞∞Xl = 0.6 pu
Xs=0.9 pu
E=1.32 pu
V∞=1 puXc=0.4pu
III. La stabilité statique
46 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
~ ∞∞∞∞Xl = 0.6 pu
Xs=0.9 pu
E=1.32 pu
V∞=1 puXc=0.4pu
Solution 4Solution 4
eqX
VEP
.max =
1.1
1*4.1
E=
puE 54.1=
III. La stabilité statique
47 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
La stabilité de tension
III. La stabilité statique
48 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
En tout point du réseau, on doit avoir : Umin < Tensions < Umax
Dégradation du plan de tension :
Augmentation forte de la charge
Perte d’une ligne avec report de charge
Déficit de production active ou réactive
Manque de réserves
Régleurs en charge THT/HT et HT/BT
Instabilité de tension !!!
Dégradation de la tensionDégradation de la tension
III. La stabilité statique
49 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Chutes de tension et puissance réactiveChutes de tension et puissance réactive
~X
V1 V2
R
(Zch,ϕ)
I
XI
V1
V2
ϕδ12
I
RIϕ ϕ ϕϕ sincos21 XIRIVVV +≈−=∆
22 V
XQ
V
XQRPV ≈+≈∆ Ligne THT R << X
Circulation de réactif => chutes de tension
III. La stabilité statique
50 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Puissance maximale transmissiblePuissance maximale transmissible
~X
V1 V2
Rch
I
X
VVVIVP
22
21
22
−==I
XI
V1
V2
δ12
2221XR
RVV
ch
ch
+=
III. La stabilité statique
51 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Puissance maximale transmissiblePuissance maximale transmissible
X
VVVP
22
21
2
−=
Sou
rce
: RT
E 2
004
02
22
21
22
21
2
=−
−=∂∂
VVX
VV
V
P
X
VP
2
21
max =
21V
Uc =Point critique =>
M
M’
Stable
Instable
M est stable, M’ est instable (régleurs en charge)
III. La stabilité statique
52 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Effets des régleurs en chargeEffets des régleurs en charge
~X
V1 V2
Zch
I
V3m
mI
I
V
V
ch
==2
32
322
1
m
Z
mIm
V
I
VZ ch
cheq =×==
I ch
Zch => V3 => m => Z2eq => I => V2 => etc.
Si augmentation de la charge, alors :
Instabilité !!!
III. La stabilité statique
53 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Source : Techniques de l’Ingénieur
Incident du 12 juillet 1987 en France
Evolution des tensions aux postes 400 kV
III. La stabilité statique
54 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Amélioration de la stabilité de tensionAmélioration de la stabilité de tension
Planification:
Dispositifs de compensation (inductances, condensateurs, FACTS,…) et de réglage (régulations, LTC,…)
En préventif:
Re-dispatching des productions (produire plus près des charges)
Réserves de réactif suffisantes
En curatif:
Blocage des régleurs en charge
Démarrage de groupes rapides
délestage
III. La stabilité statique
55 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
CONCEPT FACTSCONCEPT FACTSFlexible AC Transmission SystemFlexible AC Transmission System
• Dispositifs à base d’électronique de puissance
• Action rapide et globale sur différents paramètres du réseau
• Compensation de l’énergie réactive dans le réseau
• Augmentation des transferts de puissance
• Contrôle du transit de puissance
• Amélioration de la stabilité statique et dynamique
III. La stabilité statique
56 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
P
V1∠δ1 V2∠δ2
sinX
V1.V2P= (δ12)
Les dispositifs FACTS pour l’améliorationLes dispositifs FACTS pour l’améliorationde la stabilité statiquede la stabilité statique
III. La stabilité statique
57 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
P
V1∠δ1 V2∠δ2
V disp. FACTS shunt
FACTS shunt
V1.V2 sinX
V1.V2P= (δ12)
Les dispositifs FACTS pour l’améliorationLes dispositifs FACTS pour l’améliorationde la stabilité statiquede la stabilité statique
III. La stabilité statique
58 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
P
V1∠δ1 V2∠δ2
V disp. FACTS shunt
X disp. FACTS série
FACTS série
X
Xsin
XV1.V2
P= (δ12)
Les dispositifs FACTS pour l’améliorationLes dispositifs FACTS pour l’améliorationde la stabilité statiquede la stabilité statique
III. La stabilité statique
59 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
P
V1∠δ1 V2∠δ2
V disp. FACTS shunt
X disp. FACTS série
δ disp. FACTS déphaseur
FACTS déphaseur
δ12sinX
V1.V2P= (δ12)
Les dispositifs FACTS pour l’améliorationLes dispositifs FACTS pour l’améliorationde la stabilité statiquede la stabilité statique
III. La stabilité statique
60 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
P
V1∠δ1 V2∠δ2
V disp. FACTS shunt
X disp. FACTS série
δ disp. FACTS déphaseur
V, X et δ disp. FACTS universel
FACTS Universel
V1.V2
Xδ12sin
XV1.V2
P= (δ12)
Les dispositifs FACTS pour l’améliorationLes dispositifs FACTS pour l’améliorationde la stabilité statiquede la stabilité statique
Réseaux plus «Réseaux plus « flexiblesflexibles » !!!» !!!
III. La stabilité statique
61 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Contrôle duTransit de puissance
Soutiende tension
Stabilité transitoire
Stabilité dynamique
Influence
faible
moyenne
forte
SVC/STATCOM
TCSCThyristor Controlled Series Compensator
GTO-CSCGTO-ControlledSeries Compensator
TCPARThyristor ControlledPhase Angle Regulator
UPFCUnified Power Flow Controller
Sécurité statique Sécurité dynamique
III. La stabilité statique
62 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
• Le STATCOM (STATic COMpensator)
– Constitution : onduleur de tension+ transformateur de couplage
– But premier : une tension locale constante
– But supplémentaire : amortir les oscillations de puissance (boucles de contrôle de puissance supplémentaires)
– Comment ? : injection de puissance réactive sur la ligne
I
E
UrefUmin
UmaxSlope XSL
ICmax ILmax
CR
1a 2a 3a
1b 2b 3b
Vdc
E1 E2 E3Ls
Ls
Ls
Rs
Rs
Rs
I1
I2
I3
ICmax
ILmax1- τdp1+ τdp
+-
Uref
E
ISTATCOM
B
Iref
XSL *Multiplication
Kp 1 + K Ip
power system
III. La stabilité statique
63 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
• Le SVC (Static Var Compensator )
– Constitution : réactance contrôléepar thyristors en parallèle avec unecapacité
– But premier : une tension locale constante
– But supplémentaire : amortir les oscillations de puissance (boucles de contrôle de puissance supplémentaires)
– Comment ? : injection de puissance réactive sur la ligne
Correcteur
U I
U
I
III. La stabilité statique
64 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
SVC = TCR + Cf + filtres
L
Cc
ISVC
IC ITCR
VSVC
β0
Rc
Cf
Lf TCR+ Cf
RC filter
LC filter(3th)
• Le SVC (Static Var Compensator )
III. La stabilité statique
65 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble 36
UK: 27 SVCs dans le réseau
• Amélioration des capacités de transport
• Prévention des interruptions
Résultats dynamiques de testsa)Sans SVCb)Avec SVC pour le contrôle de la tensionc)Avec SVC pour amortir les oscillations
Source SIEMENS
III. La stabilité statique
66 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
TCSCTCSC FSCFSCαααα
~ ~
TCSCTCSC FSCFSCαααα
~ ~
αααα
~~~ ~~~~
• Compensation Série
• FSC (Fixed Series Compensation): augmentation de la capacité de transmission
• TCSC (Thyristor Controlled Series Compensation): amortissement des oscillations, contrôle des flux de puissance
III. La stabilité statique
67 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
• HVDC + SVC
Exemple: Mead Adelanto - USA
Système avec 2 SVC& FSCs
Amélioration des capacités de transportAmélioration de la stabilité du système
Source SIEMENS
III. La stabilité statique
68 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
• Récapitulatif des FACTS installés dans le monde (2005)
Source Commission AMPERE
2 x 100 MVA-Renforcement du réseau de transport1 (Etats-Unis)CSC
2 x 160 MVA-Renforcement du réseau de transport-Test technologie
1 (Etats-Unis)UPFC
-Compensation de puissance réactive-Contrôle de tension-Contrôle des oscillations de puissance
10 à 20 (Japon et Etats-Unis)
SVG(STATCOM)
-Test de la technologie1 (Etats-Unis)TSSC
de -50 à 50 Mvar
-Contrôle des transits de puissance-Amortissement des résonances
hyposynchrones-Contrôle des oscillations de puissance
5 (Brésil, Suède, Etats-Unis)
TCSC
de –300 à 800 Mvar
-Compensation réactive-Amortissement des résonances
hyposynchrones-Contrôle de tension-Contrôle des oscillations de puissance
Plus de 200 dans le monde
SVC
Niveau de puissance
FonctionsNombre en application
Type de FACTS
III. La stabilité statique
69 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Plan
I. Introduction sécurité - stabilité
II. Générateur synchrone
III. La stabilité statique
IV. La stabilité dynamique
V. La stabilité transitoire
VI. Amélioration de la sécurité : le contrôle de performances
70 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Echanges internationaux de puissance
Interconnexions des réseaux
Diminution de la stabilité
Augmentation des transits
Apparition d’oscillations de puissance basse fréquence
Oscillations parfois faiblement amorties et persistantes
Limitations des transits, voire instabilité !!!
Problèmes de stabilité ?Problèmes de stabilité ?
IV. La stabilité dynamique
71 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Oscillations de puissanceOscillations de puissance
• Échange d’énergie cinétique entre les machines
• Modes électromécaniques locaux et inter-régions
• modes locaux : 0.8 à 2.5 Hz
• modes inter-régions : 0.2 à 0.8 Hz
~
~
~
~
~
~
IV. La stabilité dynamique
72 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
• Les oscillations inter-régions
Définition :oscillations électromécaniques de deux groupes de machines "en phase", oscillant l'un contre l'autre, à de basses fréquences
Analogie mécanique :
Pélec
~GEN 1
GEN 2 GEN 12
GEN 11
Région 1 Région 2
~ ~
~
Pélec
~GEN 1
GEN 2 GEN 12
GEN 11
Région 1 Région 2
~ ~
~
IV. La stabilité dynamique
73 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
• Oscillations inter-régions (suite)
modes peu amortis dans réseaux aux lignes d’interconnexions faibles (réseaux interconnectés)
limitent le fonctionnement des réseaux en régime permanent peuvent causer des instabilités en régime perturbé
GEN 12
GEN 11~~GEN 1
GEN 2
Région 1 Région 2
~ ~
p
IV. La stabilité dynamique
74 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
~
~ ~GEN 1
GEN 2 GEN 12
GEN 11
10101
20 3 13
102
110120
~967MW
1767MW
P
Instabilité en régime perturbé : exemple
IV. La stabilité dynamique
75 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Instabilité en régime perturbé : exemple
IV. La stabilité dynamique
76 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Multiplication des dispositifs FACTS et des régulations
InteractionsInteractions
AVR
~
~
~
~AVR
AVR AVRRéseau de transportet d’interconnexion
PSS
FA
CT
S
Liaison HVDC
PSSF
AC
TS
AutomaticVoltage Regulator
PowerSystemStabilizer
Phénomènes d’interactions
IV. La stabilité dynamique
77 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Différents types d’interactionsDifférents types d’interactions
•Interactions harmoniques :
Amplification d’harmoniques tension ou courant
(HVDC, STATCOM, SVC, etc…)
•Résonance sous-synchrone : (qq Hz à fréq. synchronisme)
Introduction d’éléments capacitifs et inductifs (TCSC,…)
•Interactions de régulation : (1 à 35 Hz)
(FACTS, PSS, AVR, etc…)
IV. La stabilité dynamique
78 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Les interactions de régulation
• Définition :
(Actions tous les correcteurs) ≠ ∑ (Action chaque correcteur)
– (Actions tous) > (∑ Action chaque): interactions bénéfiques– (Actions tous) < (∑ Action chaque): interactions néfastes
• Interactions néfastes: - ancien mode moins bien amorti- nouveau mode peu amorti- phénomène toujours peu maîtrisé
IV. La stabilité dynamique
79 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
• Apparition de modes d’oscillation• Dégradation de l’amortissement de modes d’oscillation
InteractionsInteractions
Interactions de régulation
soutien des oscillations voire instabilité
IV. La stabilité dynamique
80 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
1989 - Brésil
1996 - Création d’une task force et d’un working group IEEE - CIGRE
∞
SVC1 SVC2 SVC3
230kV250km 220km 180km
69kV
314MW
50MW8MVAR
EXEMPLES D’INTERACTIONSEXEMPLES D’INTERACTIONS
IV. La stabilité dynamique
81 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Réseau d’étude : Réseau 4 machines - 2 zones
3 modes d’oscillation électromécaniques
• 1 mode inter-régions ( [G1-G2] [G11-G12] ≈ 0.65 Hz)très faiblement amorti
• 2 modes locaux ( [G1 G2] ≈ 1.12 Hzet [G11 G12] ≈ 1.15 Hz)
GEN 1
GEN 2 GEN 12
GEN 11
LB1 LB2 LB3 LB13 LB11LB12
~
~~
~
Région 1 Région 2
EXEMPLES D’INTERACTIONSEXEMPLES D’INTERACTIONS
IV. La stabilité dynamique
82 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
• Exemple d’interactions de régulation en régime pert urbé
• Deux correcteurs:– dimensionnés individuellement – simultanément présents
Vpss PSS
Pa
1 11
12 2
13
AVR
AVR AVR
AVR
STATCOM
120
Iline
EXEMPLES D’INTERACTIONSEXEMPLES D’INTERACTIONS
IV. La stabilité dynamique
83 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
~
~ ~GEN 1
GEN 2 GEN 12
GEN 11
10101
20 3 13
102
110120
~967MW
1767MW
P
EXEMPLES D’INTERACTIONSEXEMPLES D’INTERACTIONS
IV. La stabilité dynamique
84 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
1er correcteur seul
EXEMPLES D’INTERACTIONSEXEMPLES D’INTERACTIONS
IV. La stabilité dynamique
85 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
2ème correcteur seul
EXEMPLES D’INTERACTIONSEXEMPLES D’INTERACTIONS
IV. La stabilité dynamique
86 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Les 2 correcteurs ensembles
EXEMPLES D’INTERACTIONSEXEMPLES D’INTERACTIONS
IV. La stabilité dynamique
87 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
EXEMPLES D’INTERACTIONSEXEMPLES D’INTERACTIONS
FACTS = soutien tension
LB1 LB2 LB3 LB13 LB12 LB11
ZONE A ZONE B
G1
G2
G11
G12
FACTS
LB1 LB2 LB3 LB13 LB12 LB11
ZONE A ZONE B
G1
G2
G11
G12
FACTSFACTS
Interactions FACTS - FACTS
Réseau stable FACTS sur LB3
Ptransit(B A) / temps
Instabilité
Ptransit(B A) / temps
FACTS sur LB3 et LB13
IV. La stabilité dynamique
88 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
G1
G2 G12
G11
LB1 LB2 LB3 LB13 LB11LB12~
~~
~ FACTS sur LB13
Interaction entre PSS, FACTS et charge dynamique
EXEMPLES D’INTERACTIONSEXEMPLES D’INTERACTIONS
PSS PSS sur G1
IM Modèle dynamique de charge
(moteur à induction équivalent)
400 404 408 412 416 420
0.05
0.15
0.25
0.35
0.45
Temps (s)
Pligne (pu)
Charge statique sur LB13FACTS sur LB13 et PSS sur G1
Charge dynamique sur LB13FACTS sur LB13 et PSS sur G1
Charge dynamique sur LB13 PSS sur G1
Charge statique, FACTS et PSS
Charge dynamique, FACTS et PSS
Charge dynamique et PSS
Pligne
IV. La stabilité dynamique
89 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
GEN 11
LB13 LB11LB12
~GEN 1
GEN 2
LB1 LB2 LB3
~
~
GEN 12~
STATCOM
Temps (s)
PLigne
(pu)
400 404 408 412
0.05
0.15
0.25
0.35
0.45
Charge statiqueCharge dynamique sur LB13Charge dynamique sur LB3
STATCOM sur LB13
Oscillations bien amorties
EXEMPLES D’INTERACTIONSEXEMPLES D’INTERACTIONS
IV. La stabilité dynamique
90 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
GEN 11
LB13 LB11LB12
~GEN 1
GEN 2
LB1 LB2 LB3
~
~
GEN 12~
STATCOM
IM
Chargedynamique
Temps (s)
PLigne
(pu)
400 404 408 412
0.05
0.15
0.25
0.35
0.45
Charge statiqueCharge dynamique sur LB13Charge dynamique sur LB3
STATCOM sur LB13
Oscillations bien amorties
EXEMPLES D’INTERACTIONSEXEMPLES D’INTERACTIONS
IV. La stabilité dynamique
91 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
GEN 11
LB13 LB11LB12
~GEN 1
GEN 2
LB1 LB2 LB3
~
~
GEN 12~
STATCOM
IM
Temps (s)
PLigne
(pu)
400 404 408 412
0.05
0.15
0.25
0.35
0.45
Charge statiqueCharge dynamique sur LB13Charge dynamique sur LB3
STATCOM sur LB13
Oscillations bien amorties
Sensiblement moins amorti(facteur de 6)
EXEMPLES D’INTERACTIONSEXEMPLES D’INTERACTIONS
IV. La stabilité dynamique
92 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
• Amortir les oscillations inter-régions :boucles de contrôle de puissance supplémentairessur les correcteurs présents
• Moyens d’action :– Les boucles de contrôle de puissance PSS
(Power System Stabilizer)– Les injecteurs de puissance réactive FACTS
(Flexible AC Transmission System)
Amélioration de la stabilité dynamiqueAmélioration de la stabilité dynamique
IV. La stabilité dynamique
93 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
• Les boucles de contrôle de puissance PSS (Power System Stabilizer )
– Localisation : sur les générateurs / régulateurs de tension (Tension d’Excitation)
– But : amortir les oscillations de puissance (boucles de contrôle de puissance supplémentaires)
– Comment : couples amortisseurs sur l’arbre du générateur
– Appellation: • LFC (Local Feedback Controller): leurs entrées sont toutes locales • RFC (Remote Feedback Controller): une des entrées est lointaine
IV. La stabilité dynamique
94 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
AVRPSS
~Turbine Pmec
Cmec
Pelec
Vitesse
Tension de SortieTension d’Excitation
Régulateur de tensionRôle : garantir une tension constante
Correcteur supplémentaireRôle : amortir les oscillations
de puissance
Générateur
IV. La stabilité dynamique
95 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
IV. La stabilité dynamique
96 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
~
~ ~GEN 1
GEN 2 GEN 12
GEN 11
10101
20 313
102
110120
~967MW
1767MW
AVR
LFC
Pa GEN 12
STATCOM I
Le PSS local
IV. La stabilité dynamique
97 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
~
~ ~GEN 1
GEN 2 GEN 12
GEN 11
10101
20 3 13
102
110120
~967MW
1767MW
AVR
RFC
Pa GEN 12Pa GEN 2+ -
Le PSS avec entrée lointaine
IV. La stabilité dynamique
98 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
~
~ ~GEN 1
GEN 2GEN 12
GEN 11
10101
20 313
102
110120
~967MW
1767MW
AVR
Pa GEN 12
STATCOM
I
RFC LMI
Le PSS coordonné
IV. La stabilité dynamique
99 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
RFC => Mesures synchronisées par GPS
Bips GPS ⇒ mesures effectuées au même instant (précision µs)
– Entrées des correcteurs synchronisées par GPS
⇒ Vision + globale des phénomènes non locaux(variations d’états entre 2 régions éloignées)
– Signaux acheminés par :• satellites• lignes téléphoniques• ondes hertziennes • fibres-optiques
IV. La stabilité dynamique
100 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
αVc
Régulation detension
RESEAU
Mesure
XSL
STATCOMUref
Um
Iq
IqrefIq
U
Boucle interne de courant
Boucle externe de tension
Id
ILmax
ICmaxRégulation de
courant
Boucle supplémentaire pour l’amortissement des oscillations de puissance.
Ptr KSTGPC(p)uad
Les FACTS pour l’amortissement des Les FACTS pour l’amortissement des oscillations de puissanceoscillations de puissance
IV. La stabilité dynamique
101 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Modélisation du réseauModélisation du réseau
• Modélisation mathématiqueDifférents composants des réseaux (générateurs, lignes, charges, transformateurs, correcteurs, etc...)
→ équ. différentielles non-linéaires + équ. algébriquesu: entrées, y : sorties
~Turbine
Pmec
Cmec
Pelec
Vitesse y
EsorEexc
y
y
y
u
u
u
PSS + AVR
K(jω)
P(jω)
yu
(Correcteur)
IV. La stabilité dynamique
102 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
• Théorie des petits signaux: linéarisation
• Équations nombreuses (400) et manipulations complexes
⇒ linéariser ces équations autour d’un point de fonctionnement
+=+=
DuCxy
BuAxx.
=DC
BAPsoit
K(jω)
P(jω)
yu
.
IV. La stabilité dynamique
103 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
uDxCy
uBxAx
∆+∆⋅=∆∆⋅+∆⋅=∆
.
&
• Représentation d’état d’un réseau
g Modèle non linéaire d’un réseau
),( zxfx =&
),(0 zxg=x : variables d’état différentiellesz : variables d’état algébriques
g Linéarisation
A : Matrice d’état u : signal de commande
y : vecteur de sortie
IV. La stabilité dynamique
104 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
limite d’instabilité
stable instable
I
R
Valeurs propres de A => det(A- λI) = 0 λ = σ ± jω
Fréquence d’oscillationf = ω
2π
Taux d’amortissement
Modes d’oscillation et valeurs propresModes d’oscillation et valeurs propres
22 ωσσ-ζ
+=
IV. La stabilité dynamique
105 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
• Action des correcteurs 2 critères: – Performance:
Déplacement maximal vers la gauche des valeurs propres des modes critiques (<=> ζ )
– Robustesse:Performances garanties pour une large plage de points de fonctionnement
Im
x
x
x
x
ReStablilité Instablilité
IV. La stabilité dynamique
106 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Réglage des boucles de contrôle Réglage des boucles de contrôle
– Correcteur u = K y
– Différentes structures de K selon méthodes de régla ge
– Méthodes:• linéaires: * Résidus
* LMI (Inégalité Matricielle Linéaire )• non-linéaire: Lyapunov
IV. La stabilité dynamique
107 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Méthode des résidus Méthode des résidus
|Ri|
Im
ΘΘΘΘRi
ΘΘΘΘCP
• Méthode linéaire qui cible 1 seul mode• Créée pour PSS: donner un couple amortisseur en phase
avec le mode oscillatoire ciblé
• Compensation de phase d’oscillation QCPFiltres avance/retard
IV. La stabilité dynamique
108 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Power System Stabilizer
2211
1
pApA ++
m
pT
pT
++
2
1
1
1pT
pT
w
w
+1Ptr UadKST
passe-haut
passe-bas
compensationde
phase
gain
Méthode des résidusMéthode des résidus
IV. La stabilité dynamique
109 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Exemple de PSS sous Eurostag
IV. La stabilité dynamique
110 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
• Méthode des résidus (suite)
- simple
- rapide
- ne cible qu’un unique mode
- modèle linéaire ⇒ robustesse
IV. La stabilité dynamique
111 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Structure du correcteur :correcteur dynamique par retour de sortie (K matrice carrée)
Méthode LMI :méthode itérative, non analytique, et convexe– permet de satisfaire des critères
• de performance • de robustesse (théoriquement)
nécessite une réduction d’ordrepermet un placement des valeurs propres
K tel que ( )
=
y
xK
u
x_
._
.
+=+=
DuCxy
BuAxx..
Méthode LMIMéthode LMI (Inégalité Matricielle Linéaire)
IV. La stabilité dynamique
112 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Méthode LMI (suite) : Réduction d’ordre– Modèle du réseau: 50 à 400 < taille(A)– Méthode LMI: taille(A) < 30
⇒ Réduction d’ordre– réduction par troncature des valeurs singulières :
• Réduction à des matrices de taille 10• Validation réseau réduit / diagrammes de Bode de
la fonction P(jω), pour le domaine de fréquence cible
Norme (en db)
Phase (en º)
1 Hz0.1 Hz
Modèle completModèle réduit
IV. La stabilité dynamique
113 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Le placement des valeurs propres permet de garantir:– stabilité si toutes les valeurs propres placées dans une région
plane du plan complexe
– Meilleur taux d’amortissement (de tous les modes oscillatoires) si toutes les valeurs propres placées dans une région conique du plan complexe
Im
x
x
x
x
Re
ΘΘΘΘ
x
x
x
xIm
Re
IV. La stabilité dynamique
114 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
• Méthode LMI (suite)
- prise en compte de tous les modes- solution optimale
- existence d’une solution non garantie- réduction du modèle
- modèle linéaire ⇒ robustesse
IV. La stabilité dynamique
115 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Méthode non linéaire de Méthode non linéaire de LyapunovLyapunov
• Trouver une fonction F quadratique du système telle que:d(F) / dt < 0 (correcteur minimise une “ fonction énergie ” du système)
• Exprimer F avec énergie stockée dans correcteur à dimensionner
⇒ chaque type de correcteur = F particulière⇒ hypothèses sur modèle du réseau
(ex.: lignes purement résistives)
• Structure (cas SVC):
dtdV
kB2shunt
shuntshunt −=
Correcteur
U I
Vshunt
I
IV. La stabilité dynamique
116 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Méthode nonMéthode non--linéaire de linéaire de LyapunovLyapunov (suite)(suite)
- modèle non linéaire ⇒ robustesse- loi de commande simple
- modèle + restrictif (/modèles linéaires) ⇒ performance - trouver F pour chaque correcteur
IV. La stabilité dynamique
117 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Plan
I. Introduction sécurité - stabilité
II. Générateur synchrone
III. La stabilité statique
IV. La stabilité dynamique
V. La stabilité transitoire
VI. Amélioration de la sécurité : le contrôle de performances
118 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
La perte de stabilité transitoireLa perte de stabilité transitoire
Peut être due à des changements subits comme :
• déclenchement d’une ligne
• court-circuit
• variation brusque d’une charge majeure
• déclenchement d’un groupe de production
• variation brusque de la puissance mécanique d’un groupe de production
V. La stabilité transitoire
119 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
MécanismeMécanisme
Apparition d’un défaut ou déclenchement d’une machine
Pe modifiées instantanément alors que Pm non
Déséquilibre entre couple moteur et résistant des machines
Accélérations de certaines machines
Variation du décalage angulaire de ces machines / aux autres
Si décalage > 1 tour électrique => perte de la stabilité !!!
Régime normal : décalage angulaire des machines constants (δ)
V. La stabilité transitoire
120 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Analyse de la stabilité transitoireAnalyse de la stabilité transitoire
=> Transient Stability Analysis (TSA)
La TSA est basée sur l’analyse de l’équilibre des puissances en fonction du temps à partir de l’équation des arbres tournants :
dt
dnPP em ≈−
L’objectif est de déterminer si le générateur, après une perturbation, revient à l’état d’équilibre tel que :
Pm = Pe et fg = fréseau
V. La stabilité transitoire
121 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ
P
δsins
te X
EVP =
Pm2
πδ2δ1 δ3
1
23
Pm1
Oscillations dues à un changement brusque de Oscillations dues à un changement brusque de la puissance mécaniquela puissance mécanique
V. La stabilité transitoire
122 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ
P
δsins
te X
EVP =
πδ1
1Pm1
Oscillations dues à un changement brusque de Oscillations dues à un changement brusque de la puissance mécaniquela puissance mécanique
δ1n = n s0Pm1 = Pe1
Avant la perturbation
Angle interne δVitesseAccélérationPuissancesPoint de fonctionnement
V. La stabilité transitoire
123 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ
P
δsins
te X
EVP =
πδ1
1Pm1
Oscillations dues à un changement brusque de Oscillations dues à un changement brusque de la puissance mécaniquela puissance mécanique
n > n s+Pm2 > Pe
1 vers 2Après augmentation de
Pm
Angle interne δVitesseAccélérationPuissancesPoint de fonctionnement
Pm2
δ2
2
V. La stabilité transitoire
124 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ
P
δsins
te X
EVP =
πδ1
1Pm1
Oscillations dues à un changement brusque de Oscillations dues à un changement brusque de la puissance mécaniquela puissance mécanique
δ2n > n s0Pm2 = Pe2
Angle interne δVitesseAccélérationPuissancesPoint de fonctionnement
Pm2
δ2
2
V. La stabilité transitoire
125 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ
P
δsins
te X
EVP =
π
Oscillations dues à un changement brusque de Oscillations dues à un changement brusque de la puissance mécaniquela puissance mécanique
n > n s-Pm2 < PeAprès 2
Angle interne δVitesseAccélérationPuissancesPoint de fonctionnement
δ1
1Pm1
Pm2
δ2
2
V. La stabilité transitoire
126 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ
P
δsins
te X
EVP =
π
Oscillations dues à un changement brusque de Oscillations dues à un changement brusque de la puissance mécaniquela puissance mécanique
δ3n = n s-Pm2 < Pe3
Angle interne δVitesseAccélérationPuissancesPoint de fonctionnement
δ1
1Pm1
Pm2
δ2
2
δ3
3
V. La stabilité transitoire
127 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ
P
δsins
t
X
EVP =
π
Oscillations dues à un changement brusque de Oscillations dues à un changement brusque de la puissance mécaniquela puissance mécanique
n < n s-Pm2 < Pe3 vers 2
Angle interne δVitesseAccélérationPuissancesPoint de fonctionnement
δ1
1Pm1
Pm2
δ2
2
δ3
3
V. La stabilité transitoire
128 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ
P
δsins
te X
EVP =
π
Oscillations dues à un changement brusque de Oscillations dues à un changement brusque de la puissance mécaniquela puissance mécanique
δ2n < n s0Pm2 = Pe2
Angle interne δVitesseAccélérationPuissancesPoint de fonctionnement
δ1
1Pm1
Pm2
δ2
2
δ3
3
V. La stabilité transitoire
129 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ
P
δsins
t
X
EVP =
π
Oscillations dues à un changement brusque de Oscillations dues à un changement brusque de la puissance mécaniquela puissance mécanique
n < n s+Pm2 > Pe2 vers 1
Angle interne δVitesseAccélérationPuissancesPoint de fonctionnement
δ1
1Pm1
Pm2
δ2
2
δ3
3
V. La stabilité transitoire
130 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ
P
δsins
te X
EVP =
π
Oscillations dues à un changement brusque de Oscillations dues à un changement brusque de la puissance mécaniquela puissance mécanique
δ1n = n s+Pm2 > Pe1
Angle interne δVitesseAccélérationPuissancesPoint de fonctionnement
δ1
1Pm1
Pm2
δ2
2
δ3
3
V. La stabilité transitoire
131 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ
P
δsins
te X
EVP =
π
Oscillations dues à un changement brusque de Oscillations dues à un changement brusque de la puissance mécaniquela puissance mécanique
n > n s+Pm2 > Pe1 vers 2
Angle interne δVitesseAccélérationPuissancesPoint de fonctionnement
δ1
1Pm1
Pm2
δ2
2
δ3
3
V. La stabilité transitoire
132 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ1n = n s0Pm1 = Pe1
Avant la perturbation
Angle interne δVitesseAccélérationPuissancesPoint de fonctionnement
n > n s+Pm2 > Pe1 vers 2
Après augmentation de Pm
δ2n > n s0Pm2 = Pe2
n > n s-Pm2 < PeAprès 2
δ3n = n s-Pm2 < Pe3
n < n s-Pm2 < Pe3 vers 2
δ2n < n s0Pm2 = Pe2
n < n s+Pm2 > Pe2 vers 1
δ1n = n s+Pm2 > Pe1
n > n s+Pm2 > Pe1 vers 2
V. La stabilité transitoire
133 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ1
δ2
δ3
δ
t
dt
dnPP em ≈−
Oscillation entretenueOscillation entretenue
V. La stabilité transitoire
134 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ1
δ2
δ3
δ
tDn
dt
dnMPP em +≈−
Oscillation amortieOscillation amortie
V. La stabilité transitoire
135 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Oscillation amortieOscillation amortie
L’amortissement est dû à plusieurs facteurs comme :
Les résistances des composants du réseaux
Les régulateurs des centrales
V. La stabilité transitoire
136 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ1
δ2
δ3
δ
tDn
dt
dnMPP em +≈− avec D<0
Oscillation divergenteOscillation divergente
V. La stabilité transitoire
137 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Critère d’Critère d’ EgalitéEgalité des Airesdes Aires
C’est une méthode de la TSA qui représente l’énergie cinétique emmagasinée ou dissipée lors des oscillations
De 1 vers 2 => stockage d’énergie cinétique (énergie d’accélération)
De 2 vers 3 => dissipation d’énergie cinétique (énergie de décélération)
Système stable => énergie d’accélération = énergie de décélération
V. La stabilité transitoire
138 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Critère d’Critère d’ EgalitéEgalité des Airesdes Aires
Soit Ec, l’énergie cinétique
Variation d’énérgie cinétique
2nEC ≈
2nEC ∆≈∆
V. La stabilité transitoire
139 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Analyse du Critère d’Analyse du Critère d’ EgalitéEgalité des Airesdes Aires
Energie cinétique d’accélération
Variation d’énérgie cinétique
Condition de stabilité
)()( 21
2212 nnEEE CCCa −≈−=∆
)()( 23
2232 nnEEE CCCd −≈−=∆
CdCa EE ∆=∆
V. La stabilité transitoire
140 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Condition de stabilitéCondition de stabilité
CdCa EE ∆=∆
)()( 23
22
21
22 nnnn −=−
Snnn == 31
V. La stabilité transitoire
141 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Critère d’Critère d’ EgalitéEgalité des Airesdes Aires
Si le système n’est pas à l’équilibre :
Alors :
em PP ≠
dtPPE e
t
t mCa )(2
12 −=∆ ∫
dtPPE m
t
t eCd )( 2
3
2
−=∆ ∫
Mais, on veut faire apparaître δ => aires sur la courbe P(δ)
V. La stabilité transitoire
142 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Critère d’Critère d’ EgalitéEgalité des Airesdes Aires
E
Vt
δ
fg ou n
f = 50 ou 60 Hz ou nS
dt
dnnn S
δ≈−=∆
Donc :
V. La stabilité transitoire
143 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Critère d’Critère d’ EgalitéEgalité des Airesdes Aires
dt
dnnn S
δ≈−=∆
δδ
δdPP
nE emCa )(
1 2
12 −
∆=∆ ∫
δδ
δdPP
nE meCd )(
12
3
2
−∆
=∆ ∫
Puisque :
Alors :
V. La stabilité transitoire
144 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Condition de stabilitéCondition de stabilité
csten =∆
CdCa EE ∆=∆
δδδ
δ
δ
δdPPdPP meem )()( 22
3
2
2
1
−=− ∫∫
da AA =
Stabilité
Donc :
Il s’agit d’aires => aire d’accélération = aire de décélération
V. La stabilité transitoire
145 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Représentation des airesReprésentation des aires
δ
P
δsins
te X
EVP =
πδ1
1Pm1
Pm2
δ2
2
δ3
3aA
dA
da AA =Système stable =>
V. La stabilité transitoire
146 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Système instableSystème instable
δ
P
δsins
te X
EVP =
πδ1
1Pm1
Pm2
δ2
2
δ3max
3maxaA
maxdA
Snn >Système instable => à 3max mPP =3
maxda AA >
et
Donc :
V. La stabilité transitoire
147 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ
P
δsins
te X
EVP =
π
Système instable : exemple précédentSystème instable : exemple précédent
δ3maxSi n > n s-Pm2 = Pe3max
Angle interne δVitesseAccélérationPuissancesPoint de fonctionnement
δ1
1Pm1
Pm2
δ2
2
δ3max
3max
V. La stabilité transitoire
148 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ
P
δsins
te X
EVP =
π
n > n s+Pm2 > Pe3max vers 4
Angle interne δVitesseAccélérationPuissancesPoint de fonctionnement
Système instable : exemple précédentSystème instable : exemple précédent
δ1
1Pm1
Pm2
δ2
2
δ3max
3max
4
V. La stabilité transitoire
149 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ1n = n s0Pm1 = Pe1
Avant la perturbation
Angle interne δVitesseAccélérationPuissancesPoint de fonctionnement
n > n s+Pm2 > Pe1 vers 2
Après augmentation de Pm
δ2n > n s0Pm2 = Pe2
n > n s-Pm2 < PeAprès 2
δ3maxSi n > n s-Pm2 = Pe3max
n > n s+Pm2 > Pe3max vers 4
Le système ne revient pas à la vitesse de synchronisme
V. La stabilité transitoire
150 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Condition générale de stabilitéCondition générale de stabilité
maxCdCa EE ∆≤∆
δδδ
δ
δ
δdPPdPP meem )()( 22
max3
2
2
1
−≤− ∫∫
maxda AA ≤
V. La stabilité transitoire
151 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Exemple 1 : calcul de l’angle d’éliminationExemple 1 : calcul de l’angle d’éliminationcritiquecritique
~ ∞∞∞∞Dj
Le disjoncteur Dj est ouvert pendant un court instant
Pm = 1 pu et Pmax = 2 pu
V. La stabilité transitoire
152 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ
δsins
te X
EVP =
πδ1
1Pm
P
δ2
2
δ3
3
En 1, Dj est ouvert => Pe = 0
En 2, Dj est refermé
aA
dA
Exemple 1Exemple 1
V. La stabilité transitoire
153 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
δ
δsins
te X
EVP =
πδ1
1Pm
P
δcr
2
δ3max
3max
maxaA
mindA
Exemple 1 : angle critique d’éliminationExemple 1 : angle critique d’élimination
δcr => système stable => Aamax = Admin
V. La stabilité transitoire
154 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
)()0()( 1max11
δδδδδ
δ
δ
δ−=−=−= ∫∫ crmmema PdPdPPA
crcr
δδδδπ
δ
δ
δdPPdPPA mmed
crcr
)sin()( maxmin
1max3 −=−= ∫∫−
[ ] )()cos)(cos(cos 11maxmax1
crmcrm PPPPcr
δδπδδπδδ δπδ −−−−−−=−−= −
)()cos(cos 11max crmcr PP δδπδδ −−−+=
Exemple 1 : angle critique d’éliminationExemple 1 : angle critique d’élimination
V. La stabilité transitoire
155 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Système stable => Aamax = Admin
Exemple 1 : angle critique d’éliminationExemple 1 : angle critique d’élimination
crmmmcrmcrm PPPPPPP δδπδδδδ ++−+=− 1max1max1 coscos
)()cos(cos)( 11max1 crmcrcrm PPP δδπδδδδ −−−+=−
111 cossin)2(cos δδδπδ −−=cr1max sinδPPm =
11max
cos)2(cos δδπδ −−=P
Pmcr
Or: =>
V. La stabilité transitoire
156 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
1max sinδPPm =
°=== 302
1arcsinarcsin
max1 P
Pmδ
[ ] °=−−= 56.79cossin)2(arccos 111 δδδπδcr
Exemple 1Exemple 1
Puisque:
Alors:
D’où:
V. La stabilité transitoire
157 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Facteurs d’influence et moyens d’actionFacteurs d’influence et moyens d’action
Action sur Pm => fermeture rapide des soupapes par le régulateur de vitesse
Problème : action lente selon les phénomènes
Dans le cas d’un court-circuit => élimination des défauts par les protections
V. La stabilité transitoire
158 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Limite de stabilité transitoireLimite de stabilité transitoire
Elle dépend d’un certain nombre de paramètres :
Caractéristique des groupes (électriques, temps de lancer, dynamique du système + régulations,…)
Type et durée des défauts
Etat initial des machines
Plan de tension du réseau
Impédances de liaison entre les machines
eeqX
EVP δsin∞=
V. La stabilité transitoire
159 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Sou
rce
: Tec
hniq
ues
de l’
Ingé
nieu
r Elimination tardive du défaut
=> la zone perd le synchronisme
Le temps maximal d’élimination du défaut a été dépassé
V. La stabilité transitoire
160 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Amélioration de la stabilité transitoireAmélioration de la stabilité transitoire
Régulateurs adaptés (fermeture rapide des soupapes sur critère d’accélération et vitesse)
+ protections performantes utilisées simultanément
Répartition des puissances sur les machines
Éventuellement, résistances de freinage pour absorber Pede l’alternateur en cas de court-circuit (Amérique du Nord)
Séparation des zones (curatif)
V. La stabilité transitoire
161 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Plan
I. Introduction sécurité - stabilité
II. Générateur synchrone
III. La stabilité statique
IV. La stabilité dynamique
V. La stabilité transitoire
VI. Amélioration de la sécurité : le contrôle de performances
162 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
IntroductionIntroduction
Sécurité des systèmes de puissance
Opérateurs de systèmes
Services - système
objectif
responsabilité
outils
Réglage U – Q
Réglage f – P
Blackstart
Amélioration de la stabilité du réseau
Réserve opérationnelle et non-opérationnelle
VI. Amélioration de la sécurité
163 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Moyens d’amélioration de la sécurité :
Services – système fournis par les unités de product ion(réglage de tension, fréquence, stabilité, etc.)
Problèmes :
Les quantités de services – système sont-elles suffi santes ?
La qualité des services – système est-elle satisfais ante ?
Solution:
Contrôle de performances
Contrôle de performances desContrôle de performances desproducteurs indépendantsproducteurs indépendants
VI. Amélioration de la sécurité
164 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Moyens actuels de contrôle(selon les performances):
Analyse de réponses aux instructions de dispatchingAnalyse a posteriori de mesures Mesures et/ou essais physiques sur site… Aucun moyen !
De plus, chaque performance est décrite par un paramètre de réglage
Contrôle de performancesestimation de paramètrespar des mesures externes
Thèse S. Sterpu 2005
VI. Amélioration de la sécurité
165 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Contrôle de performances
Contrôle initial Contrôle en exploitation…
…à caractère continu...à caractère non continu1èremise en service
Comportement en situations
normales et perturbées
Mesures physiquesEssais physiques
Simulations
Fin travauxSuite d’incidentsNon-conformités
PérennitéÎlotage
Restauration
Mesures physiquesEssais physiques
Simulations
Sans arrêter la centrale ni prévenir le producteur
Réglage de URéglage de f
Stabilité
VI. Amélioration de la sécurité
166 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
~
+ RSTQVS
Réglage secondaire
REGLAGE DE TENSION
réserve primaire de puissance réactive
réserve secondairede puissance réactive
MOYENS ACTUELS DE CONTRÔLE DE PERFORMANCES
Analyse de réponses aux instructions de dispatching
Analyse a posteriori de mesures
V0
-
+
Vbus
AVR
Q
Réglage primaire
VI. Amélioration de la sécurité
167 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Intérêt pour un producteur de diminuer sa réserve de réactif ?
Prescriptions techniques européennes => Réserve Q = 45% de Pmax
=> Diagramme ABCD, point de fonctionnement M
Le producteur déplace le point de fonctionnement en N pour pouvoir vendre plus de puissance active sur le marché spot
=> La réserve de réactif diminue !!!
VI. Amélioration de la sécurité
168 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
REGLAGE DE FREQUENCE
réserve primairede puissance active
statismede vitesse
réserve secondairede puissance active
MOYENS ACTUELS DE CONTRÔLE DE PERFORMANCES
~TurbinePm
Pe
Analyse de réponses aux instructions de dispatching
Analyse a posteriori de mesures
Mesures sur site
f
RSFP
Pt
+
Réglage secondaire
RV
Pe0
_
Réglage primaire
+
VI. Amélioration de la sécurité
169 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Intérêt pour un producteur de modifier son statisme ?
Augmentation du statisme :
=> diminution de la participation au réglage de fréquence
=> diminution de la réserve active
=> plus de puissance à vendre sur le marché spot !!!
VI. Amélioration de la sécurité
170 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
V0
-
+
~Vbus
AVR
Q
PSS
VPSS
Pei ωi δi
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU
amortissement (gain)du PSS
MOYENS DE CONTRÔLE DE PERFORMANCESKPSS= 1 (valeur pas bien choisie)
KPSS= 4 (valeur bien choisie)
x Mode critique pour KPSS= 4o Mode critique pour KPSS= 1
VI. Amélioration de la sécurité
171 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
...liées à la dynamique du producteur
...liées aux imperfections constructives des régulateurs
MOYENS ACTUELS DE CONTRÔLE DE PERFORMANCES
Mesures
Essais physiques
AUTRES PERFORMANCES...
sec
MW
temps
P [M
W]
sec
MV
Ar
temps
Q [M
VA
r]
VI. Amélioration de la sécurité
172 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Etat de l’art sur le contrôle de performances- Analyse des réponses aux instructions de dispatchi ng -
RESERVES DE PUISSANCE ACTIVE
Marché « J - 1 »
Marché « d’ajustement »
Réserve totale prevue
Réserve utilisée à l’instant
« t »
Puissance totale
RESERVES DE PUISSANCE REACTIVE
Réserve totale
prevue
Réserve utilisée à l’instant
« t »
VI. Amélioration de la sécurité
173 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Etat de l’art sur le contrôle de performances- Analyse à posteriori de mesures -
~
~~
~ ~BD
RESERVES DE PUISSANCES ACTIVES ET REACTIVES
Marché « la veille »
Marché « services - système »
Marché « d’ajustement »
mes
ures
GRT
VI. Amélioration de la sécurité
174 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Efd
Efdmax
Efdmin
Q = f(Efd) linéaire
Qabsmax
Qgenmax
Q
Efd
Efdmin Efd
maxEfdoper
QoperRéserve de puissance réactive
0
V0
-
+Vg
CORRECTEUR
Identification de performancesCONTRÔLE DE TENSION
Réserves de QRéserves de QdQ/dtdQ/dt
Le correcteur assure les performances liées à la dynamique
Les limitations de Efd assurent la réserve de Q
VI. Amélioration de la sécurité
175 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
S1ω
Pref
+_CORRECTEUR
Pmax
ω1 Γm
Pmin
Identification de performancesCONTRÔLE DE FREQUENCE
dP/dtdP/dtStatismeStatisme Réserve de PRéserve de P
Bande morteBande morte
Le correcteur assure les performances liées à la dynamique
Les limitations de P assurent la réserve de P
Le statisme et la bande morte apparaissent explicitement
P
Pmax
Poper
Pmin
Disponibilité de diminution de la
production
Disponibilité d’augmentation de la
production
VI. Amélioration de la sécurité
176 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
KPSSωi
Pa
δi
VPSS
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU
AmortissementAmortissement
L’amortissement du PSS apparaît explicitement
1+s·T1
1+s·T2
1+s·T3
1+s·T4
s·TW
1+s·TW
A+s·B+s2⋅C
D+s·E+s2⋅F
Identification de performances
VI. Amélioration de la sécurité
177 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
CONCLUSIONS
Le contrôle de performances est nécessaire
Chaque performance est décrite par un paramètre de réglage
Techniques consacrées au contrôle de performances peu
efficaces, voire inexistante
Le contrôle de performances efficace est équivalent à
l’estimation de paramètres
VI. Amélioration de la sécurité
178 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Estimation de paramètres
Système à identifier (θ)Système à identifier (θ)
Modèle ajustableModèle ajustable
Algorithme d’estimation paramétrique
(minimisation du critère)
Algorithme d’estimation paramétrique
(minimisation du critère)
Paramètres du modèle
u(t)
e(t)
+-(t)y
y(t)
PRINCIPE THEORIQUE DE BASE
Identification de systèmes dynamiques
VI. Amélioration de la sécurité
179 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
ymes(t)
( )
( )uxgy
uxfy
x
,
,
=
=∂∂
~
+
_
u(t)
ε(t)
APPLICATION SUR LES RESEAUX ELECTRIQUESSystème à identifier (θ)
Modèle ajustable
Algorithme d’estimationparamétrique
(minimisation du critère)
Paramètresdu modèle
u(t)
ε(t)
+_(t)y
y(t)
P
t
t
ymod(t,P)
Pnouv
VI. Amélioration de la sécurité
180 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
MESURE
ymes(t)
+u(t)
t
ε(t)
P
Pnouv
( )( )uxgy
uxft
x
,
,
=
=∂∂
~
_
t
ymod(t,P)
u(t)
t
ymes(t)
Perturbation connue (commutation, court-circuit, variation brusque de charge)
Mesures faites du côté réseau (éventuellement à l’insu du producteur)
On peut mesurer n’importe quelle grandeur électrique
mesure
VI. Amélioration de la sécurité
181 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
MODELE
ε(t)
P
Pnouv
ymes(t)
+u(t)
t
~
_
t
ymod(t,P)
u(t)
Pnouv
Modèle connu du réseau et de producteurs
Les non-conformités contractuelles sont rares
L’opérateur n’a pas accès aux installations dans un 1er temps
( )
( )uxgy
uxfy
x
,
,
=
=∂∂
VI. Amélioration de la sécurité
182 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
MODELE
Extraction des donnéesExtraction des données
t = t + ∆∆∆∆t
Simulation dynamiqueSimulation dynamique
u(t)
Pnouv
Modèle réseauModèle réseau
( )( )uxgy
uxfx
,
,
==
•
Eurostag
VI. Amélioration de la sécurité
183 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
MINIMISATION DU CRITERE
[MIN] ε(t) = f(t,P)
Pmin ≤P ≤Pmax
ε(t)
Pnouv
ymes(t)
~
+
_
u(t)P
t
t
ymod(t,P)
( )
( )uxgy
uxfy
x
,
,
=
=∂∂
Méthodes stochastiques (algorithme génétique, Monte Carlo)
Méthode de gradient (Newton)
VI. Amélioration de la sécurité
184 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
VI. Amélioration de la sécurité
185 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Robustesse de la méthode aux facteurs externes
ROBUSTESSE A L’IMPRECISION DE MESURE
Traitement de mesures
Réseau
Transmission de données
GRT
Transformateur de mesure
Conversion analogique -numérique
VI. Amélioration de la sécurité
186 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Robustesse de la méthode aux facteurs externes
ROBUSTESSE A L’IMPRECISION DES PARAMETRES
Paramètre = Paramètre ·[1+ random(-10 % ,10 %)]
~
~ ~
1020 3 101 13
102
110120
G12G2
G11
C1 C2
~
~
~
~
G1
Approximations
Hypothèses
Effets climatiquesEffet de peau
Effet de proximité
Paramètres du modèle du réseau
Statiques (branches, charges)
Dynamiques (générateurs)
Avant: Après:10
20 3 101 13
102
110120
G12G2
G11
C1 C2
~
~
~
~
G1
Modèle idéal Modèle réaliste
VI. Amélioration de la sécurité
187 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
30
39
1
225
37
29
17
26
9
3
38
16
5
4
18
2728
3624
35
22
21
20
34
23
19
33
1011
13
14
15
831
126
32
7
Réseau test : IEEE 39 noeuds
Producteur contrôléProducteur contrôlé
Point de mesurePoint de mesure
PerturbationPerturbation
~
Paramètre contrôlé = DROOP (statisme de vitesse)
Cas du modèle réaliste et mesures à 0.15% près
± 10de 0.0583 à 0.07210.0650.04
Plage d’erreurs d’estimation [%]
Plage de valeurs estimées du DROOP
DROOPopérationnel
DROOPcontracté
∆∆∆∆f
∆∆∆∆P
f [Hz]
P[MW]
∆∆∆∆P’
Courbe contactée (DROOP = 4%)Courbe réelle (DROOP = 6.5%)
Exemple de résultat 1
VI. Amélioration de la sécurité
188 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Contrôle de la libération de puissance active en réglage primaire de fréquence (performance correspondante à une constante de temps )
± 11[%]4.454 – 5.5625 MW/s10 MW/s
Plage d’erreurs d’estimationτ éstiméτ opérationnelτ contracté
CAS DU MODÈLE RÉALISTE ET MESURES À 0.15% PRÈS
ω1/DROOP
ε ∆P
τs
K
+1
Pm 1/ωΓm
ω02
1
1
1
sT
sTK
++
Pmax
Pmin
Estimation de la réserve primaire de puissance active (performance correspondante à un seuil)
De 0 à 150 %de 2 à 5 (% Pn)2% Pn (régulateur
non en butée)5 % Pn
± 10[%]de 1.788 à 2.210 (% Pn)2% Pn (régulateur en
butée)5 % Pn
Plage d’erreurs d’estimationRéserve estiméeRéserve opérationnelleRéserve contracté
1020 3 101 13
102
110120
G12G2
G11
C1 C2
~
~
~
~
G1
Exemple de résultat 2
VI. Amélioration de la sécurité
189 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
GainCte de temps
Seuil
Réserve de PRéserve de Q
StatismeAmortissement PSS
Libération de PLibération de Q
...
~~
Méthode quasi-systématique
CONCLUSION
VI. Amélioration de la sécurité
190 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Algorithme de contrôle continu d’un producteur
Boucle qui vérifie s’il existe des non-conformités contractuelles
en ce qui concerne la performance contrôlée
Boucle qui vérifie s’il existe des non-conformités contractuelles
en ce qui concerne la performance contrôlée OUI
NONBoucle qui estime la valeur
du paramètre correspondantà la performance contrôlée
Boucle qui estime la valeurdu paramètre correspondantà la performance contrôlée
Performance contrôléePerformance contrôléeParamètre associéà la performance
Paramètre associéà la performance
?
503⋅∆⋅∆⋅∆⋅∆T502⋅∆⋅∆⋅∆⋅∆T501⋅∆⋅∆⋅∆⋅∆T500⋅∆⋅∆⋅∆⋅∆T…3⋅∆⋅∆⋅∆⋅∆T2⋅∆⋅∆⋅∆⋅∆T∆∆∆∆TInstant d’estimation
~ 10Erreur d’estimation [%]
0.9410.0450.1083.683…3.3443.2473.400Valeur estimée de KPSS
03.35Valeur opérationnelle de KPSS
3.35Valeur contractuelle de KPSS
VI. Amélioration de la sécurité
191 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
VI. Amélioration de la sécurité
192 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
Industrie d’électricité dérégulée
Structure actuelle des systèmes de puissance
Utilisation des équipements de mesure et contrôle existants sur le marché
Bonne connaissance de la structure fonctionnelle des producteurs
Les non-conformités contractuelles sont rares
Perturbation connue
Dans les hypothèses considérées…
VI. Amélioration de la sécurité
193 Yvon Bésanger – Institut National Polytechnique de Grenoble
El Sharkawi M.A. , Damborg M. “Electric Energy for Engineers” Université de Washington-AREVA Cours de formation continue pour les ingénieurs
Références
Y. Bésanger “Vers l’amélioration de la sécurité des réseaux électriques de puissance” Habilitation àDiriger les Recherches INPG – décembre 2006
Techniques de l‘Ingénieur: D4092 “Réseaux d‘interconnexion et de transport : réglage et stabilité“
RTE: « Memento sûreté » 2004
P. Petitclair, Y. Bésanger, S. Bacha, N. Hadjsaid “FACTS modelling and control : application to the insertionof a STATCOM on power system“ IEEE IAS 1997
S. Bacha, I. Exteberria and al. “Using SVC for voltage regulation in railways network” High VoltageBooster European Project
SIEMENS: « Bottlenecks in Transmission Systems, Blackouts USA & Europe: Consequencesand Countermeasures »
Michel CRAPPE, « Rapport Commission Ampère »
Eurostag “Manuel de l‘utilisateur“ EDF-Tractebel 2004