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R eacute p u b l i q u e A l g eacute r i e n n e D eacute m o c r a t i q u e e t P o p u l a i r e
Ministegravere de l Enseignement Supeacuterieur et de la Recherche Scienti f ique
-----------------------------------------------------------
U n i v e r s i t eacute D r T a h a r M o u l a y d e Sa iuml d a
Faculteacute de Technologie
Deacutepartement d rsquoEacute lectrotechni que
Meacutemoire de Fin drsquoEacutetudes
En vue de lrsquoobtention du diplocircme de
Master (LMD)
Speacutecialiteacute SYSTEMES ENERGETIQUES
Filiegravere GENIE ELECTRIQUE
Ameacutelioration de la stabiliteacute de tension par lrsquoemplacement
optimal des dispositifs FACTS
Preacutesenteacute par
OUDAYA Mohamed Bachir
DRISSI Mohamed El Hadi
Devant le jury composeacute de
Preacutesident Pr Meziane R
Encadreur Dr Bekri OL
Examinateur Dr Bouanane A
Soutenu le 03072017
Promotion 2016-2017
Tout drsquoabord nous remercions Dieu le tout puissant
de nous avoir donneacute le courage et la patience durant
toutes ces anneacutees drsquoeacutetudes
Nous tenons agrave exprimer notre profonde
gratitude et nos reconnaissance envers
Dr BEKRIOL de nous avoir dabord proposeacute ce
thegraveme pour le suivi continuel tout le long de la
reacutealisation de ce meacutemoire et pour les conseils qursquoelle
nrsquoa cesseacute de nous donner et les remarques
Nos remercicircments vont aussi au Professeur
MEZIANER de lrsquouniversiteacute Dr Moulay el Tahar
pour avoir accepteacute de preacutesider ce jury de soutenance
et au Dr BOUANANEA drsquoavoir accepteacute
drsquoexaminer ce travail
Nos remerciements seacutetendent eacutegalement agrave tous nos
enseignants drsquoeacutelectrotechnique de lrsquouniversiteacute de
Saida durant nos anneacutees drsquoeacutetudes
Nous remercions eacutegalement Monsieur KAYED Y
chef de service eacutelectrique de la cimenterie de Saida
et ses eacuteleacutements et speacutecialement Aissa et Habib
Remerciements
Les systegravemes FACTS (Flexible AC Transmission Systems) sont pressentis pour
lrsquoameacutelioration des performances des reacuteseaux eacutelectriques de transport et drsquointerconnexion De
nombreuses eacutetudes ont eacuteteacute faites sur ces systegravemes concernant lrsquoaugmentation de la vitesse de
controcircle des paramegravetres des lignes (tension impeacutedance et deacutephasage) Les compensations
shunt et seacuterie utilisant des systegravemes drsquoeacutelectronique de puissance sont des concepts FACTS et
permettent aux reacuteseaux drsquoecirctre plus flexibles La compensation shunt reacutealise de preacutefeacuterence le
support de la tension alors que la compensation seacuterie est employeacutee pour reacuteduire lrsquoimpeacutedance
des lignes et donc pour augmenter la capaciteacute de transfert de puissance ainsi que pour
ameacuteliorer la reacutepartition des transits de puissance dans le reacuteseau aussi bien que les stabiliteacutes
statiques et dynamiques
La contribution principale de ce meacutemoire est lrsquoimpact de deux systegravemes FACTS le
STATCOM (Compensateur Statique Synchrone) et le SSSC (Static Synchronous Series
Compensator) sur lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance pour un reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds
Mots cleacutes FACTS STATCOM SSSC effondrement de tension calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance
Reacutesumeacute
من لها لما الماضية القليلة السنوات خلال سريعا تطورا شهدت التي المجالات من ( FACTS ) المرنة النقل أنظمة
قدرة
سرعة وقد تم القيام بالعديد من الدراسات على هذه الأنظمة لزيادة الكهربائية تحسين أداء شبكات النقل على كبيرة
الممانعة وزاوية الطور( الجهدالسيطرة على معاملات الخطوط )
على SSSC و STATCOMنظمة النقل المرنة أنموذجان من تأثيرھو المذكرة ھذه في ساسىى الأالهد ف
القدرة قباستخدام تقنية الحساب المستمر لتدف توترمشكلة انهيار ال
القدرة قالحساب المستمر لتدف توترال انهيار STATCOM SSSCالمرنة النقل أنظمة ةمفتاحی كلمات
ملخص
Table des matiegraveres
Contexte de lrsquoeacutetude et eacutetat de lrsquoart
I1) Introduction 13
I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique 14
I21) De la centrale aux abonneacutes 14
I 3) Fonctionnement du reacuteseau eacutelectrique 16
I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectrique 16
I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie 17
I411) Reacuteseaux drsquoutilisation 17
I412) Reacuteseaux de distribution 18
I413) Reacuteseaux de reacutepartition 18
I414) Reacuteseaux de transport 18
I42) Topologie des reacuteseaux
I421) Reacuteseaux radiaux
I422) Reacuteseaux boucleacutes
I423) Reacuteseaux mailleacutes
18
18
19
20
Liste des figures 03
Liste des tableaux 05
Liste des acronymes 06
Liste des symboles 08
Introduction geacuteneacuterale 09
Table des matiegraveres
Chapitre I
I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques 20
I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du
Maghreb Arabe
21
I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique 22
I61) Qualiteacute de la tension 22
I611) Amplitude 22
I612) Freacutequence 23
I613) Forme Drsquoonde 23
I614) Symeacutetrie 23
I62) Qualiteacute du courant 23
I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique 24
I71) Classification des perturbations eacutelectriques 24
I711) Creux de tension et coupures 24
a) Origines de creux de tension et coupures 25
I712) Harmonique 26
a) Inters harmoniques 26
b) Infra-harmoniques 26
c) Conseacutequences des harmoniques 26
d) Les principales sources drsquoharmoniques 26
I713) Surtensions 27
a) Origine ou causes des surtensions 28
I714) Variations et fluctuations de tension 28
a) Origines des variations et fluctuations de tension 28
I715) Deacuteseacutequilibres 29
a) Origines de Deacuteseacutequilibres 29
I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations 29
I72) Le system de protection 30
I8) La Stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31
I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31
I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 31
I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire) 32
I8211) Stabiliteacute Angulaire Aux Petites Perturbations 33
I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
transitoire
34
I822) Stabiliteacute de la freacutequence 35
I823) Stabiliteacute de tension 35
I8231) Instabiliteacute de la tension 35
I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension 36
I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites
perturbations
36
I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes
perturbations
36
I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension 36
I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation 37
I92) Charge appeleacutee trop importante 37
I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport 37
I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 38
I11) Conclusion 40
Le concept des FACTS
II1) Introduction 42
II2) Le concept FACTS 42
II21) Fonctionnement des FACTS
II22) Contexte algeacuterien
44
45
II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS 47
II3) Les dispositifs FACTS 47
II4) Classification des dispositifs FACTS 48
II41) Classification selon la geacuteneacuteration 48
II411) Geacuteneacuteration I 48
II412) Geacuteneacuteration II 48
II413) Geacuteneacuteration III 48
II42) Classification selon la cateacutegorie 48
II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS 49
a) Dispositifs FACTS Shunt 49
Compensateur statique de puissance reacuteactive (SVC) 49
Compensateur statique synchrone ( STATCOM) 49
Geacuteneacuterateur statique synchrone (SSG) 49
Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (SVG) 50
Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (SVS) 50
Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (TCBR) 50
b) Dispositifs FACTS seacuteries 51
Controcircleur de transit de puissance entre lignes (IPFC) 51
Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (TCSC) 51
Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (TSSC) 51
Chapitre II
Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (TCSR) 51
Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (TSSR) 52
Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (SSSC) 52
c) Dispositifs FACTS hybrides 52
Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (UPFC) 52
Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (TCPST) 52
Reacutegulateur de puissance interphases (IPC) 52
d) Autres dispositifs FACTS 53
Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVL) 53
Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVR) 53
II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors 54
Compensateur synchrone statique(STATCOM) 54
Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC) 58
II6) Coucirct des dispositifs FACTS 62
II7) Synthegravese des dispositifs FACTS 63
II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie des
dispositifs FACTS
63
II9) Conclusion 64
Modeacutelisation du systegraveme eacutetudieacute de la charge au reacuteseau complet
III1) Introduction 67
III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS 67
III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs 67
III22) Modegraveles des charges 69
III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt 69
III24) Modegraveles de la ligne 70
Chapitre III
III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques 71
III26) Modegraveles du transformateur 72
III27) Modeacutelisation de la machine synchrone 73
III28) Modeacutelisation du STATCOM 74
III29) Modeacutelisation du SSSC 75
III3) Conclusion 78
IV1) Introduction 80
IV2) Outils de simulation 81
IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 82
IV31) Facteur de charger et les directions de puissance 83
IV32) Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance 84
IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE39 nœuds 87
IV41) Preacutesentation du reacuteseau 87
IV5) Emplacement du STATCOM 91
IV51) Impact du STATCOM 92
IV511) Profils des tensions et les pertes de puissance dans le
systegraveme
94
IV512) Synthegravese 98
IV6) Emplacement du SSSC 99
IV61) Impact du SSSC 100
IV611) SSSC inseacutereacute sur la linge 45 103
IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 104
IV613) Synthegravese 106
IV7) Conclusion 107
Chapitre IV
Ameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau de transport par les FACTS
Conclusion geacuteneacuterale 109
Bibliographies 112
Annexes 116
Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique 14
Figure I2 Reacuteseaux publique 15
Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique 17
Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial 19
Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute 19
Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute 20
Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension 24
Figure I8 Paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12) 25
Figure I9 Harmoniques 27
Figure I10 Exemple de surtension 27
Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension 28
Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension 29
Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques 30
Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique 32
Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps 34
Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 39
Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif 43
Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar 46
Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie 47
Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie 48
Figure II5 Classification des dispositifs FACTS 54
Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM 55
Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM 56
Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM 57
Liste des figures
Figure II9 Scheacutema de base du SSSC 58
Figure II10
Figure II11
Figure II12
Figure II13
Caracteacuteristique statiques du SSSC
Principe de fonctionnement de SSSC
Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple
Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du
SSSC
59
60
61
61
Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur 68
Figure III2 Modegravele des charges 69
Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt 70
Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport 70
Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur 72
Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone 73
Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM 74
Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation 76
Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT 82
Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink 82
Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas preacutedicteur) 85
Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas correcteur) 86
Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas correcteur obtenu
par les moyens de la parameacutetrisation locale
87
Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds 88
Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds 89
Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS 90
Figure IV9 Profile de tension du reacuteseau IEEE 39-nœuds 91
Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone 91
Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1 du systegraveme (eacutetat de base) 92
Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme (eacutetat de base) 92
Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de base 92
Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8 94
Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8 94
Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 8 95
Figure IV17 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 8 95
Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM 95
Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 03 96
Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 15 96
Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 15 97
Figure IV23 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV24 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV25 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 15 98
Figure IV26 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 15 98
Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents
emplacements du STATCOM
98
Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du
STATCOM
99
Figure IV29 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement 100
Figure IV30 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement 100
Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge15 102
Figure IV35 Profils de pertes de puissance actives avec SSSC sur la ligne 15 102
Figure IV36 Profils de pertes de puissance reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15 102
Figure IV37 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103
Figure IV38 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103
Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge 45 104
Figure IV41 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV42 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge48 105
Figure IV45 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV46 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC 106
Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents emplacements du
SSSC
106
Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS 62
Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS 63
Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme 72
Liste des tableaux
kV Kilovolt
Hz Hertz
THT Tregraves haute tension
UHT Ultra haute tension
Km Kilomegravetre
HTB Haute tension
RTE Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute
HTA Moyenne tension
BT Basse tension
SDO Socieacuteteacute de distribution de lrsquoouest
UMA Union du Maghreb Arabe
ONE Office National Marocain de lrsquoElectriciteacute
STEG Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz
Comelec Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute
IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Eacutelectriciteacute et en Eacutelectronique
CEI Commission eacutelectrotechnique internationale
119880119903119890119891 Tension de reacutefeacuterence
ms Mili-seconde
rms Root means square
pu Systegraveme de valeur relative (Per unit )
CPF Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance
GW Geacutegawatts
PSAT Power System Analysis Toolbox
AC Alternative Current (Courant altenatif)
IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Electriciteacute et en Electronique
Liste des acronymes
∆U Diffeacuterence de tension
∆T Diffeacuterence de temps
FACTS Flexible Alternating Current Transmission System
STATCOM Compensateur Statique Synchrone
SSSC
GTO
Compensateur Statique seacuterie synchrone
Gate Turn Off
119881119904 Tension de la source
119881119903 Tension de la charge
119868119898119886119909 Courant maximal
119868119898119894119899 Courant minimal
MLI Modulation par largeur dimpulsion
119881119904ℎ Tension (shunt) injecteacutee par le STATCOM
119876119904ℎ Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le STATCOM
119876119903 Puissance reacuteactive demandeacutee par la charge
119868119904ℎ Courant (shunt) injecteacute par le STATCOM
119881119904119890 Tension (seacuterie) injecteacute par le SSSC
119883119897 Reacuteactance de la ligne de transport
X Reacuteactance totale du reacuteseau
119883119890119891119891 Reacuteactance effective
V Tension de source
B Susceptance
119883119886 Reacuteactance seacuterie limitant les transitoires
119868119902 Composante du courant de la ligne sur lrsquoaxe q
119868prime119902 Composante du courant fourni par le compensateur shunt sur lrsquoaxe q
119881119904119902 Composante de la tension de la source sur lrsquoaxe q
119883119894 Angle de commutation
119868119897 Courant de ligne
λ Facteur de charge
Liste des symboles
Introduction geacuteneacuterale
INTRODUCTION GENERALE
9
Aujourdrsquohui la consommation de leacutenergie eacutelectrique et le sceacutenario des systegravemes
dalimentation est hautement complexe et interconnecteacute il y a un grand besoin
dameacuteliorer lutilisation deacutenergie eacutelectrique tout en conservant sa fiabiliteacute et sa seacutecuriteacute
Lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecoulement de puissance et la stabiliteacute dans le langage du systegraveme
eacutelectrique est la solution de leacutetat deacutequilibre des reacuteseaux Habituellement une centrale nest
pas situeacutee agrave proximiteacute du centre de charge mais elle peut ecirctre loin du centre de distribution
en raison de circonstances diverses Pour reacutepondre agrave la demande de puissance sans
cesse croissante les services publics preacutefegraverent sappuyer sur la production de
leacutelectriciteacute deacutejagrave existante au lieu de construire de nouvelles lignes de transmission qui
sont limiteacutees par des contraintes diverses
Les reacuteseaux eacutelectriques jusquagrave ces derniegraveres anneacutees sont controcircleacutes
meacutecaniquement malgreacute lutilisation de la microeacutelectronique des ordinateurs et des
moyens rapides de teacuteleacutecommunication dans le controcircle des reacuteseaux la derniegravere action dans
ces systegravemes de commande est prise avec des dispositifs meacutecaniques ayant un temps
de reacuteponse plus au moins long et avec lesquels laction damorccedilage et de reacuteamorccedilage
ne peut ecirctre reacutepeacutetitivement exeacutecuteacute agrave une freacutequence eacuteleveacutee
Les eacuteleacutements proposeacutes qui permettent drsquoameacuteliorer les systegravemes sont les dispositifs
FACTS laquo Flexible Alternating Current Transmission System raquo Les dispositifs FACTS font
en geacuteneacuteral appel agrave leacutelectronique de puissance des microprocesseurs de lautomatique des
teacuteleacutecommunications et des logiciels pour parvenir agrave controcircler les systegravemes de puissance Ce
sont des eacuteleacutements de reacuteponse rapide Ils donnent en principe un controcircle plus souple
de leacutecoulement de puissance Ils donnent aussi la possibiliteacute de charger les lignes de transit
agrave des valeurs pregraves de leur limite thermique et augmentent la capaciteacute de transfegravere de la
puissance dune reacutegion agrave une autre Ils Limitent aussi les effets des deacutefauts et
des deacutefaillances de leacutequipement et stabilisent le comportement du reacuteseau eacutelectrique
Lrsquoeacutetude du comportement de la tension dans les reacuteseaux eacutelectriques est devenue une
preacuteoccupation majeure des exploitants et planificateurs de ces systegravemes En fait plusieurs
incidents geacuteneacuteraliseacutes survenus dans le monde ont eacuteteacute associeacutes agrave des instabiliteacutes de tension Ce
mode drsquoinstabiliteacute nrsquoest pas encore bien maicirctriseacute compareacute au mode drsquoinstabiliteacute angulaire
(dynamique et transitoire) En effet le meacutecanisme causant lrsquoinstabiliteacute de tension semble lrsquoun
des plus importants problegravemes agrave clarifier Aujourdrsquohui encore il nrsquoy a pas une theacuteorie
INTRODUCTION GENERALE
10
disponible et largement accepteacutee pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension Les problegravemes lieacutes agrave
ce type drsquoinstabiliteacute constituent alors dans plusieurs pays un axe de recherche tregraves important
Des releveacutes sur les incidents survenus durant les derniegraveres deacutecennies ont montreacute que
lrsquoeffondrement de tension intervient geacuteneacuteralement suite agrave une perturbation majeure ou agrave une
augmentation importante de la charge sur un reacuteseau eacutelectrique soumis agrave de fortes contraintes
Ce reacuteseau srsquoaffaiblit et sa consommation reacuteactive srsquoaccroicirct Le pheacutenomegravene est alors
caracteacuteriseacute par une baisse progressive de la tension dans une ou plusieurs reacutegions
consommatrices et qui va en srsquoacceacuteleacuterant au bout de quelques minutes La deacutegradation de la
tension au niveau des charges est alors telle qursquoelle entraicircne des interruptions de service dont
les causes directes peuvent ecirctre
- Manque de tension
- Augmentation des pertes reacuteactive du reacuteseau
La deacutefaillance du reacuteglage de la tension au niveau des bornes des groupes a pour
conseacutequence une acceacuteleacuteration de la deacutegradation du plan de la tension qui peut aller jusqursquoagrave
des deacuteclenchements en cascade de groupes et de lignes et un effondrement geacuteneacuteral du reacuteseau
Dans cette situation les moyens classiques de controcircle des reacuteseaux (transformateur agrave
prises reacuteglables en charge transformateurs deacutephaseurs compensateurs seacuterie ou parallegravele
commuteacutes par disjoncteurs modification des consignes de production changement de
topologie du reacuteseau et action sur lexcitation des geacuteneacuterateurs) pourraient dans lavenir saveacuterer
trop lents et insuffisants pour reacutepondre efficacement aux problegravemes drsquoinstabiliteacute du reacuteseau
compte tenu notamment des nouvelles contraintes Il faudra donc compleacuteter leur action en
mettant en œuvre des dispositifs eacutelectroniques de puissance ayant des temps de reacuteponse
courts qui sont les FACTS
Le maintien de lrsquoeacutequilibre entre la production et la consommation neacutecessite alors une
surveillance permanente du systegraveme afin drsquoassurer la qualiteacute du service (problegraveme de
conduite) garantir sa seacutecuriteacute (problegraveme de protection) et sa stabiliteacute (problegraveme de reacuteglage)
Ainsi le premier chapitre de ce meacutemoire est consacreacute agrave une introduction geacuteneacuterale aux
problegravemes que rencontrent actuellement les reacuteseaux eacutelectriques Nous preacutesenterons ensuite La
INTRODUCTION GENERALE
11
stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
Dans le deuxiegraveme chapitre nous preacutesenterons le concept FACTS et plus
particuliegraverement le contexte Algeacuterien ainsi la conception et le principe de fonctionnement de
deux systegravemes FACTS qui seront retenus pour la suite de cette eacutetude
Dans le troisiegraveme chapitre nous preacutesenterons la modeacutelisation de deux systegravemes FACTS
qui sont retenus pour la simulation La modeacutelisation des eacuteleacutements des reacuteseaux sera eacutegalement
eacutevoqueacutee
Le chapitre quatre preacutesentera les reacutesultats des simulations lors de lrsquoeffondrement de
tension Ces tests concernent lrsquoimpact des dispositifs FACTS sur le pheacutenomegravene de
lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de
puissance (CPF) Nous utiliserons pour cela le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds
Lorsque tout ce qui preacutecegravede aura eacuteteacute exposeacute il ne nous restera plus qursquoagrave conclure et agrave
proposer des perspectives drsquoeacutetudes futures permettant de compleacuteter le travail reacutealiseacute tout au
long de ce meacutemoire
12
Chapitre 1
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
13
CHAPITRE I
I1) Introduction
Lrsquoeacutenergie eacutelectrique est la forme drsquoeacutenergie la plus largement reacutepandue car elle est
facilement transportable avec un rendement eacuteleveacute et un coucirct raisonnable Un reacuteseau eacutelectrique
est un ensemble dinfrastructures dont le but est dacheminer de leacutenergie eacutelectrique agrave partir de
centres de production vers les consommateurs deacutelectriciteacute (charge) Le premier reacuteseau
eacutelectrique a vu le jour aux Etats Unis en 1882 et a eacuteteacute conccedilu par Thomas
Edison Crsquoeacutetait un reacuteseau local agrave courant continu et servait agrave assurer lrsquoeacuteclairage de la reacutegion de
Manhattan La distribution de lrsquoeacutenergie eacutetait assureacutee par des cacircbles souterrains
Avec lrsquoinvention du transformateur par William Stanley en 1885 et celle du moteur agrave
courant alternatif par Nikola Tesla en 1888 les reacuteseaux agrave courant alternatif commencegraverent agrave
prendre le pas sur les reacuteseaux agrave courant continu du fait qursquoil eacutetait devenu possible drsquoacheminer
plus de puissance sur de plus grandes distances gracircce agrave des niveaux de tension plus eacuteleveacutes
Un autre avantage non neacutegligeable du courant alternatif est la suppression du collecteur
donc des problegravemes de commutation dans les alternateurs ce qui a permis de construire des
alternateurs de grande puissance agrave moyenne tension Les reacuteseaux eacutetaient drsquoabord monophaseacutes
puis triphaseacutes (23 kV en 1893) et agrave diffeacuterentes freacutequences (28Hz agrave 133Hz) Progressivement
la neacutecessiteacute de mise en fonctionnement en parallegravele et drsquointerconnexion des diffeacuterents reacuteseaux
a conduit agrave la standardisation de la freacutequence
60 Hz aux Etats Unis et au Canada
50 Hz pour la majoriteacute des pays en Afrique Asie et Europe
Les niveaux de tensions ont eux aussi eacutevolueacute graduellement jusqursquoagrave atteindre
aujourdrsquohui lrsquoUltra Haute tension 765 kV en service aux Etats Unis et ce depuis 1969Le
transport drsquoeacutenergie eacutelectrique sur de tregraves grandes distances est devenu plus avantageux en
courant continu qursquoen alternatif et ce gracircce au deacuteveloppement de lrsquoeacutelectronique de puissance
Ainsi il est plus eacuteconomique de convertir la THT ou UHT de lrsquoalternatif au continu de
transporter lrsquoeacutenergie eacutelectrique agrave lrsquoaide de deux lignes et de la reconvertir agrave lrsquoautre extreacutemiteacute
Des eacutetudes ont montreacute qursquoil eacutetait avantageux de recourir au courant continu lorsqursquoil
srsquoagissait de transporter de lrsquoeacutenergie eacutelectrique sur des distances supeacuterieures ou eacutegales agrave 500
km
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
14
CHAPITRE I
Lrsquoaccroissement eacutenorme de la demande de lrsquoeacutenergie eacutelectrique et les contraintes
eacuteconomiques de construire de nouveaux ouvrages conduisent agrave lrsquoexploitation des reacuteseaux
eacutelectriques preacutes de leurs limites de stabiliteacute et de seacutecuriteacute En effet lrsquoinstabiliteacute des reacuteseaux
eacutelectriques preacutesente un problegraveme majeur dans le bon fonctionnement de ces derniers autour du
monde Les perturbations ineacutevitables telles que les courts circuits les indisponibiliteacutes
momentaneacutees des lignes de transmission des geacuteneacuterateurs les transformateurs ainsi que les
pertes dans les lignes peuvent affecter le reacuteseau eacutelectrique agrave tout instant et lrsquoamener en dehors
de sa zone de stabiliteacute La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique est donc la proprieacuteteacute qui lui permet
de rester dans un eacutetat drsquoeacutequilibre pour des conditions de fonctionnement normales et de
retrouver un eacutetat drsquoeacutequilibre acceptable suite agrave une perturbation
I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique
Les reacuteseaux eacutelectriques (transport et distribution) ont pour rocircle drsquoacheminer lrsquoeacutenergie
des sites de production vers les lieux de consommation avec des eacutetapes de baisse du niveau
de tension dans des postes de transformation
Les reacuteseaux eacutelectriques ont pour fonction dinterconnecter les centres
de production tels que les centrales hydrauliques thermiquesetc avec les centres de
consommation (villes usines) [1]
I21) De la centrale aux abonneacutes
La tension agrave la sortie des grandes centrales est porteacutee agrave 400 000 volts (ou 400 kV) pour
limiter les pertes drsquoeacutenergies sous forme de chaleur dans les cacircbles des lignes eacutelectriques de
transport (ce sont les pertes par laquo effets de joule raquo) Ensuite la tension est progressivement
reacuteduite au plus preacutes de la consommation pour arriver aux diffeacuterents niveaux de tension
auxquels sont raccordeacutes les consommateurs (figure I1)
Centrale
De
Production
Poste de
Transformation
THT HT
Poste de
Transformation
MT BT
Poste de
Transformation
HT HT
Abonneacutes HT Abonneacutes BT Abonneacutes MT
Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique
Poste de
Transformation
HTMT
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
15
CHAPITRE I
Les reacuteseaux publics drsquoeacutelectriciteacute (figure I2) sont constitueacutes drsquoun ensemble de
conducteurs et de postes eacutelectriques permettant drsquoacheminer lrsquoeacutenergie depuis les installations
de production jusqursquoaux installations de consommation
Les conducteurs sont les lignes aeacuteriennes ou les cacircbles souterrains (ou les cacircblages
courant en faccedilades drsquoimmeubles) desservant le territoire selon un scheacutema mailleacute ou
arborescent Pour des raisons tenant agrave des calculs technico-eacuteconomiques ils sont exploiteacutes agrave
diffeacuterents niveaux de tension
Les postes eacutelectriques sont situeacutes aux nœuds du maillage ou de lrsquoarborescence des
conducteurs Ils accueillent les transformateurs (pour le changement de niveau de tension) les
organes drsquoaiguillage et de manœuvre des flux et les eacutequipements de surveillance et de seacutecuriteacute
du reacuteseau [2]
Le but premier dun reacuteseau deacutenergie est de pouvoir alimenter la demande des
consommateurs Comme on ne peut encore stocker eacuteconomiquement et en grande quantiteacute
leacutenergie eacutelectrique il faut pouvoir maintenir en permanence leacutegaliteacute [3]
(I1)
Figure I2 Reacuteseaux publiques
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
16
CHAPITRE I
Le reacuteseau eacutelectrique est exploiteacute de maniegravere agrave assurer trois principaux objectifs
bull La distribution drsquoeacutelectriciteacute doit pouvoir ecirctre garantie et ce malgreacute les aleacuteas du reacuteseau
En effet celle-ci est un enjeu agrave la fois financier et de seacutecuriteacute pour les biens mateacuteriels
et des personnes Ainsi lrsquoopeacuterateur du reacuteseau doit ecirctre capable de faire face agrave ces aleacuteas
et drsquoeacuteviter les deacutegacircts potentiels ainsi que leurs propagations Cet enjeu de sucircreteacute de
fonctionnement en reacutegime normal et en reacutegime perturbeacute est un des premiers objectifs
bull Lrsquoonde de tension fait lrsquoobjet drsquoengagement contractuel que lrsquoopeacuterateur se doit de
ternir en respectant une regravegle drsquoeacutegaliteacute cest-agrave-dire une impartialiteacute entre clients en
conservant une continuiteacute de service maximale
bull Le dernier objectif drsquoexploitation est un objectif eacuteconomique lrsquoexploitation doit ecirctre
meneacutee de maniegravere optimale dans le but de reacuteduire les pertes ainsi que les coucircts de
maintenance et drsquoinvestissement Drsquoautre part lrsquoexploitation doit favoriser lrsquoouverture
du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute
I 3) Fonctionnent du reacuteseau eacutelectrique
Lrsquoeacutelectriciteacute produite par les centrales est drsquoabord achemineacutee sur de longues distances
dans des lignes agrave haute tension (HTB) geacutereacutees par RTE (Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute)
Elle est ensuite transformeacutee en eacutelectriciteacute agrave la tension HTA pour pouvoir ecirctre
achemineacutee par le reacuteseau de distribution Cette transformation intervient dans les postes
sources
Une fois sur le reacuteseau de distribution lrsquoeacutelectriciteacute haute tension HTA alimente
directement les clients industriels Pour les autres clients (particuliers commerccedilants
artisans) elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation avant
drsquoecirctre livreacutee
Au final la qualiteacute de lrsquoalimentation en eacutelectriciteacute des utilisateurs du reacuteseau est donc le
reacutesultat de la qualiteacute de tout ce parcours [4]
I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectriques
Dans les pays doteacutes drsquoun systegraveme eacutelectrique eacutelaboreacute le reacuteseau est structureacute en plusieurs
niveaux assurant des fonctions speacutecifiques propres et caracteacuteriseacutes par des tensions adapteacutees agrave
ces fonctions
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
17
CHAPITRE I
Traditionnellement les reacuteseaux eacutelectriques sont deacutecomposeacutes en trois sous-systegravemes la
geacuteneacuteration le transport et la distribution (figure I3) Chaque sous-systegraveme est relieacute par des
postes sources chargeacutes de lrsquoadeacutequation des niveaux de tension
Dans le contexte de ce paragraphe nous allons preacutesenter la structure et la topologie du
reacuteseau eacutelectrique Algeacuterien (les informations des paragraphes ci ndashdessous sont prises lors drsquoun
stage effectueacute agrave la SDO
I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie
I411) Reacuteseaux drsquoutilisation
Ces sont les reacuteseaux de basse tension (BT) qui alimentent les maisons lrsquoeacuteclairage
public les moteurs et les appareils domestiques Ce type de reacuteseau eacutelectrique doit preacutesenter
une continuiteacute de service permanente Geacuteneacuteralement la gamme de tension est de 220 volts agrave
380 volts
Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
18
CHAPITRE I
I412) Reacuteseaux de distribution
Ce sont les reacuteseaux de moyenne tension (MT) qui fournissent aux reacuteseaux
drsquoutilisation les puissances neacutecessaires demandeacutees Ils doivent observer des distances limiteacutees
de voisinage crsquoest pour cela que ces reacuteseaux se reacutealisent en souterrain dans les villes (En
Algeacuterie le niveau de tension de distribution de lrsquoeacutenergie est fixeacute agrave 10 kV)
I413) Reacuteseaux de reacutepartition
Ce sont les reacuteseaux HTMT (3010 kV) ils fournissent les puissances neacutecessaires
aux reacuteseaux de distribution relieacutes entre eux ils facilitent le secours mutuel entre reacutegions
I414) Reacuteseaux de transport
Ils assurent lrsquoalimentation de lrsquoensemble du territoire national gracircce agrave des
transits de puissances importantes et de tensions qui sont de 60 220 et 400 kV
I42) Topologie des reacuteseaux
Les reacuteseaux doivent assurer le transit de lrsquoeacutenergie eacutelectrique avec une seacutecuriteacute
suffisante cette seacutecuriteacute drsquoalimentation est augmenteacutee soit
Par les lignes aux appareillages plus solides
Par des circuits plus nombreux
I421) Reacuteseaux radiaux
Le principe de fonctionnement de reacuteseau radial est agrave une seule voie drsquoalimentation Ceci
signifie que tout point de consommation sur une telle structure ne peut ecirctre alimenteacute que par
un seul chemin eacutelectrique possible Il est de type arborescent Cette arborescence se deacuteroule agrave
partir des points drsquoalimentation qui sont constitueacutes par les postes de distribution publique
HTBHTA ou HTAHTA (reacutepartition) Ce scheacutema (figure I4) est particuliegraverement utiliseacute pour
la distribution de la MT en milieu rural En effet il permet facilement et agrave un moindre coucirct
drsquoacceacuteder agrave des points de consommation de faible densiteacute de charge (gtgt10 kVA) et largement
reacutepartis geacuteographiquement (gtgt 100 km2)
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
19
CHAPITRE I
I422) Reacuteseaux boucleacutes
Cette topologie (Figure I5) est surtout utiliseacutee dans les reacuteseaux de reacutepartition et
distribution MT Les postes de reacutepartition HT ou MT alimenteacutes agrave partir du reacuteseau THT sont
relieacutes entre eux pour former des boucles ceci dans le but drsquoaugmenter la disponibiliteacute
Cependant il faut noter que les reacuteseaux MT ne sont pas forcement boucleacutes [23]
1 Source
2 Poste MTHT
3 Poste MTBT
4 Consommateur
Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute
Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
20
CHAPITRE I
I423) Reacuteseaux mailleacutes
Cette topologie (Figure I6) est presque la norme pour les reacuteseaux de transport Tous les
centres de production sont lieacutes entre eux par des lignes THT au niveau des postes
drsquointerconnexion ce qui forme un maillage Cette structure permet une meilleure fiabiliteacute
mais neacutecessite une surveillance agrave lrsquoeacutechelle nationale voire continentale
On obtient ainsi une meilleure seacutecuriteacute mais agrave un prix plus chers [5]
I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques [6]
Lrsquointerconnexion entre les reacuteseaux de transport drsquoeacutelectriciteacute sert agrave faire passer lrsquoeacutenergie
drsquoun pays agrave un autre Leur rocircle premier est de permettre drsquoassurer la distribution drsquoeacutelectriciteacute
en cas de deacutefaillance soudaine sur le reacuteseau national en faisant appel agrave lrsquoeacutenergie produite et
transporteacutee par les pays voisins
Lrsquointerconnexion des reacuteseaux permet de rendre solidaires les pays voisins et de
diversifier les sources de production Ce foisonnement renforce la seacutecuriteacute
drsquoapprovisionnement et diminue le risque de panne geacuteneacuteraliseacutee
Les infrastructures existantes doivent ecirctre adapteacutees afin drsquoacheminer lrsquoeacutenergie
produite par les nouvelles sources renouvelables
Les infrastructures eacutenergeacutetiques doivent permettre en augmentant les eacutechanges
interreacutegionaux de favoriser la concurrence et drsquoameacuteliorer le fonctionnement du marcheacute
Source 1 Source 2 Source 3 Source 4
Source 5 Source 6
Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
21
CHAPITRE I
I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du Maghreb Arabe
Degraves le mois de juin 1974 bien avant la constitution de lrsquoUnion du Maghreb Arabe
(UMA) en 1989 les entreprises publiques drsquoeacutelectriciteacute des trois pays lrsquoOffice National
Marocain de lrsquoElectriciteacute (ONE) la Socieacuteteacute Nationale Algeacuterienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz
(SONELGAZ) la Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz (STEG) ont deacutecideacute la creacuteation
du Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute (Comelec) immeacutediatement enteacuterineacutee par le Conseil
Permanent Consultatif Maghreacutebin (CPCM) qui regroupe les ministres de lrsquoEconomie des trois
pays
Les compagnies des deux autres pays ont rejoint le Comiteacute Sonelec (Mauritanie) en
1975 et Gecol (Libye) en 1989 apregraves la constitution de lrsquoUMA formant ainsi le groupe
speacutecialiseacute le plus ancien de lrsquoUnion dont les missions consistent agrave promouvoir et coordonner
agrave lrsquoeacutechelle maghreacutebine et vis agrave vis des institutions internationales les relations sur le plan
technique eacuteconomique commercial industriel du management de la formation et des
relations sociales Dans ce cadre des actions concregravetes et efficaces ont eacuteteacute conduites en
commun
bull Renforcement des lignes drsquointerconnexion et deacuteveloppement des eacutechanges eacutelectriques
avec pour finaliteacute drsquoassurer une solidariteacute des reacuteseaux tout en eacutevitant les risques de
propagation drsquoincidents graves
bull Programmes drsquoeacutequipement et eacutetude de projets communs diffusion drsquoun scheacutema
directeur agrave long terme du reacuteseau maghreacutebin projets de station de pompage ou mecircme de
centrale nucleacuteaire
bull Elaboration et mise agrave jour permanente drsquoune carte du reacuteseau eacutelectrique maghreacutebin y
compris le reacuteseau de distribution impliquant lrsquoalimentation des villages frontaliers agrave partir du
reacuteseau le plus proche et dans les conditions technico - eacuteconomiques les plus favorables la
premiegravere action et probablement la plus symbolique a eacuteteacute lrsquoalimentation du village tunisien
martyre de Sakiet Sidi Youcef agrave partir du reacuteseau algeacuterien ou du village marocain de Figuig agrave
partir du reacuteseau algeacuterien agrave Beni Ounif
bull Utilisation commune des structures de formation eacutelectriques et gaziegraveres
bull Promotion de lrsquointeacutegration industrielle maghreacutebine de lrsquointervention des bureaux
drsquoeacutetudes et entreprises de travaux et de fabrication de mateacuteriel eacutelectrique du Maghreb agrave
travers notamment le renforcement de la fonction engineering [7]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
22
CHAPITRE I
I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique
La qualiteacute de cette eacutenergie deacutepend de celle de la tension aux points de raccordement
toutefois cette tension subit geacuteneacuteralement beaucoup de perturbations de deux origines
distinctes drsquoune part les perturbations de courant causeacutees par le passage dans les reacuteseaux
eacutelectriques des courants perturbateurs comme les courants harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et
reacuteactifs et drsquoautre part les perturbations de tension causeacutees par des tensions perturbatrices
comme les tensions harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et les creux de tension [8]
La qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique est consideacutereacutee comme une combinaison de la qualiteacute
de la tension et de la qualiteacute du courant Nous allons donc deacutefinir ces deux notions dans la
suite de ce paragraphe
I61) Qualiteacute de la tension
Dans la pratique lrsquoeacutenergie eacutelectrique distribueacutee se preacutesente sous la forme drsquoun ensemble
de tensions constituant un systegraveme alternatif triphaseacute qui possegravede quatre caracteacuteristiques
principales amplitude freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie [9]
I611) Amplitude
Lrsquoamplitude de la tension est un facteur crucial pour la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute Elle
constitue en geacuteneacuteral le premier engagement contractuel du distributeur drsquoeacutenergie
Habituellement lrsquoamplitude de la tension doit ecirctre maintenue dans un intervalle de plusmn 10
autour de la valeur nominale
Dans le cas ideacuteal les trois tensions ont la mecircme amplitude qui est une constante
Cependant plusieurs pheacutenomegravenes perturbateurs peuvent affecter lrsquoamplitude des tensions En
fonction de la variation de lrsquoamplitude on distingue deux grandes familles de perturbations
- Les creux de tension coupures et surtensions Ces perturbations se caracteacuterisent par des
variations importantes de lrsquoamplitude Elles ont pour principale origine des courts-circuits et
peuvent avoir des conseacutequences importantes pour les eacutequipements eacutelectriques
- Les variations de tension Ces perturbations se caracteacuterisent par des variations de
lrsquoamplitude de la tension infeacuterieure agrave 10 de sa valeur nominale Elles sont geacuteneacuteralement
dues agrave des charges fluctuantes ou des modifications de la configuration du reacuteseau
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
23
CHAPITRE I
I612) Freacutequence
Dans le cas ideacuteal les trois tensions sont alternatives et sinusoiumldales drsquoune freacutequence
constante de 50 ou 60 Hz selon le pays Des variations de freacutequence peuvent ecirctre provoqueacutees
par des pertes importantes de production de lrsquoicirclotage drsquoun groupe sur ses auxiliaires ou son
passage en reacuteseau seacutepareacute ou drsquoun deacutefaut dont la chute de tension reacutesultante entraicircne une
reacuteduction de la charge [9]
I613) Forme drsquoonde
La forme drsquoonde des trois tensions formant un systegraveme triphaseacute doit ecirctre la plus proche
possible drsquoune sinusoiumlde En cas de perturbations au niveau de la forme drsquoonde la tension
nrsquoest plus sinusoiumldale et peut en geacuteneacuteral ecirctre consideacutereacutee comme une onde fondamentale agrave
50Hz associeacutee agrave des ondes de freacutequences supeacuterieures ou infeacuterieures agrave 50 Hz appeleacutees
eacutegalement harmoniques Les tensions peuvent eacutegalement contenir des signaux permanents
mais non-peacuteriodiques alors deacutenommeacutes bruits
I614) Symeacutetrie
La symeacutetrie drsquoun systegraveme triphaseacute se caracteacuterise par lrsquoeacutegaliteacute des modules des trois
tensions et celle de leurs deacutephasages relatifs La dissymeacutetrie de tels systegravemes est
communeacutement appeleacute deacuteseacutequilibre [9]
I62) Qualiteacute du courant
La qualiteacute du courant est relative agrave une deacuterive des courants de leur forme ideacuteale et se
caracteacuterise de la mecircme maniegravere que pour les tensions par quatre paramegravetres amplitude
freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie Dans le cas ideacuteal les trois courants sont drsquoamplitude et
de freacutequence constantes deacutephaseacutes de 2π3 radians entre eux et de forme purement
sinusoiumldale
Le terme laquo qualiteacute du courant raquo est rarement utiliseacute car la qualiteacute du courant est
eacutetroitement lieacutee agrave la qualiteacute de la tension et la nature des charges Pour cette raison laquo la
qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique raquo est souvent reacuteduite agrave laquo la qualiteacute de la tension raquo [10]
Crsquoest lrsquoobjectif de ce meacutemoire ougrave le terme de laquo qualiteacute de lrsquoeacutenergie raquo srsquoapplique
uniquement agrave celle de la tension [13]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
24
CHAPITRE I
I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique
Le reacuteseau eacutelectrique peut ecirctre soumis agrave de multiples perturbations Ces deacutefauts qui
peuvent ecirctre mesureacutes gracircce agrave lrsquoutilisation de centrales de mesure peuvent endommager les
machines et fragiliser toutes les installations eacutelectriques
Il existe diffeacuterents types de perturbations les creux de tension les surtensions
passagegraveres les pheacutenomegravenes transitoires les deacuteseacutequilibres les distensions harmoniques ou
encore les entailles de commutations [11]
I71) Classification des perturbations eacutelectriques
I711) Creux de tension et coupures
Un creux de tension (figure I7) est une baisse brutale de la tension en un point drsquoun
reacuteseau drsquoeacutenergie eacutelectrique agrave une valeur comprise (par convention) entre 90 et 1 (CEI
61000-2-1 CENELEC EN 50160) ou entre 90 et 10 (IEEE 1159) drsquoune tension de
reacutefeacuterence (119880119903119890119891) suivie drsquoun reacutetablissement de la tension apregraves un court laps de temps compris
entre la demi-peacuteriode fondamentale du reacuteseau (10 ms agrave 50 Hz) et une minute
La tension de reacutefeacuterence est geacuteneacuteralement la tension nominale pour les reacuteseaux BT et la
tension deacuteclareacutee pour les reacuteseaux MT et HT
Une tension de reacutefeacuterence glissante eacutegale agrave la tension avant perturbation peut aussi ecirctre
utiliseacutee sur les reacuteseaux MT et HT eacutequipeacutes de systegraveme de reacuteglage (reacutegleur en charge) de la
tension en fonction de la charge Ceci permet drsquoeacutetudier (agrave lrsquoaide de mesures simultaneacutees dans
Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
25
CHAPITRE I
chaque reacuteseau) le transfert des creux entre les diffeacuterents niveaux de tension La meacutethode
habituellement utiliseacutee pour deacutetecter et caracteacuteriser un creux de tension est le calcul de la
valeur efficace laquo rms (12) raquo du signal sur une peacuteriode du fondamental toutes les demi-
peacuteriodes (recouvrement drsquoune demi-peacuteriode)
La figure (I8) montre les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension qui sont donc
bull sa profondeur ∆U (ou son amplitude U)
bull sa dureacutee ∆T deacutefinie comme le laps de temps
a) Origines des creux de tension et coupures
Les creux de tension et les coupures bregraveves sont principalement causeacutes par des
pheacutenomegravenes conduisant agrave des courants eacuteleveacutes qui provoquent agrave travers les impeacutedances des
eacuteleacutements du reacuteseau une chute de tension drsquoamplitude drsquoautant plus faible que le point
drsquoobservation est eacutelectriquement eacuteloigneacute de la source de la perturbation
Les creux de tension et les coupures bregraveves ont diffeacuterentes causes
bull des deacutefauts sur le reacuteseau de transport (HT) de distribution (BT et MT) ou sur
lrsquoinstallation elle-mecircme [9]
Les creux de tension et les coupures bregraveves sont causeacutes par des pheacutenomegravenes aleacuteatoires
Ces pheacutenomegravenes concernent soit le reacuteseau du distributeur soit le reacuteseau de lrsquoutilisateur [12]
Figure I8 Les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12)
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
26
CHAPITRE I
I712) Harmonique
Une harmonique (figure I9) est une composante sinusoiumldale drsquoune onde peacuteriodique ou
drsquoune quantiteacute posseacutedant une freacutequence qui est multiple entier de la freacutequence fondamentale
a) Inters harmoniques
Les inter-harmoniques sont des signaux de freacutequence non multiple de la freacutequence
fondamentale
b) Infra-harmoniques
Les infra harmoniques sont des signaux de freacutequence infeacuterieure agrave celle du fondamentale
c) Conseacutequences des harmoniques
Les courants harmoniques qui se propagent dans les reacuteseaux eacutelectriques deacuteforment
lrsquoallure du courant de la source et polluent les consommateurs alimenteacutes par les mecircmes
reacuteseaux On peut classer les effets engendreacutes par les harmoniques en deux types [8]
les effets instantaneacutes
les effets agrave terme
d) Les principales sources drsquoharmoniques
Ce sont des charges qursquoil est possible de distinguer selon leurs domaines industrielles
ou domestiques
Les charges industrielles
Eacutequipements drsquoeacutelectroniques de puissance variateurs de vitesse redresseurs agrave
diodes ou agrave thyristors onduleurs alimentations agrave deacutecoupage
Charges utilisant lrsquoarc eacutelectrique fours agrave arc machines agrave souder eacuteclairage
(lampes agrave deacutecharge tubes fluorescents) Les deacutemarrages de moteurs par
deacutemarreurs eacutelectroniques et les enclenchements de transformateurs de puissance
sont aussi geacuteneacuterateurs drsquoharmoniques (temporaires) [9]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
27
CHAPITRE I
I713) Surtensions
Ce pheacutenomegravene (figure I10) se produit lorsqursquoun composant eacutelectrique posseacutedant deux
bornes reccediloit une tension supeacuterieure agrave celle de la tension normale du circuit [13]
Les surtensions sont de trois natures
bull Temporaires (agrave freacutequence industrielle)
bull De manœuvre
bull Drsquoorigine atmospheacuterique (foudre)
Elles peuvent apparaicirctre
bull en mode diffeacuterentiel (entre conducteurs actifs phph ndash phneutre)
bull en mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) [10]
Figure I9 Harmoniques
Figure I10 Exemple de surtension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
28
CHAPITRE I
a) Origine ou causes des surtensions
Les orages sont des eacuteveacutenements tregraves habituels et aussi tregraves dangereux On estime que
sur notre planegravete se produisent simultaneacutement quelques 2000 orages et quenviron 100 coups
de foudre se deacutechargent sur la terre chaque seconde Au total cela repreacutesente environ 4000
orages quotidiens et 9 millions de deacutecharges atmospheacuteriques chaque jour
Au moment de lrsquoimpact la foudre provoque une impulsion de courant qui arrive agrave
atteindre des dizaines de milliers drsquoampegraveres Cette deacutecharge geacutenegravere une surtension dans le
systegraveme eacutelectrique qui peut provoquer des incendies la destruction de machines et la mort de
personnes [14]
I714) Variations et fluctuations de tension
Des variations rapides de tension reacutepeacutetitives ou aleacuteatoires (figure I11) sont provoqueacutees
par des variations rapides de puissance absorbeacutee ou produite par des installations telles que les
soudeuses fours agrave arc eacuteoliennes etc [15]
Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations
cycliques ou aleacuteatoires de lrsquoenveloppe drsquoune tension dont les caracteacuteristiques sont la
freacutequence de la variation et lrsquoamplitude
a) Origines des variations et fluctuations de tension
bull Les variations lentes de tension sont causeacutees par la variation lente des charges
connecteacutees au reacuteseau
bull Les fluctuations de tension sont principalement dues agrave des charges industrielles
rapidement variables comme les machines agrave souder les fours agrave arc les laminoirs
Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
29
CHAPITRE I
I715) Deacuteseacutequilibres
Dans un reacuteseau triphaseacute on a ideacutealement des amplitudes eacutegales de la tension et du
courant respectivement sur chacune des trois phases et un angle de phase de 120 degreacutes
Lorsque les tensions ou les courants preacutesentent une diffeacuterence drsquoamplitude il y a deacuteseacutequilibre
(figure I12) et cela peut causer des problegravemes pour les eacutequipements triphaseacutes brancheacutes au
reacuteseau Lrsquoimpact le plus courant du deacuteseacutequilibre est la surchauffe des eacutequipements et par
conseacutequent la deacutegradation de lrsquoisolation eacutelectrique et la reacuteduction de la dureacutee de vie
a) Origines de deacuteseacutequilibres
Les deacuteseacutequilibres de tension surviennent habituellement en preacutesence drsquoun deacuteseacutequilibre
des charges et de leurs appels de courant En effet toute charge triphaseacutee doit appeler un
courant identique sur chaque phase Quant aux charges monophaseacutees brancheacutees agrave un reacuteseau
triphaseacute on doit les reacutepartir le plus uniformeacutement possible entre les trois phases
De plus certains deacuteseacutequilibres de tension reacutesultent de lrsquoexploitation et de la nature des
eacutequipements du reacuteseau eacutelectrique [16]
I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations
La figure (I13) preacutesente une classification possible des diffeacuterents types de
perturbations Il est agrave noter qursquoaucune classification ne fait actuellement reacutefeacuterence et drsquoautres
notions peuvent ecirctre parfois utiliseacutees variations rapides de tension surtensions temporaires
etc Il faut noter eacutegalement que lrsquoimpact agrave long terme de ces diffeacuterents types de perturbations
sur la dureacutee de vie des appareils eacutelectriques reste aujourdrsquohui assez meacuteconnu Preacutecisons enfin
qursquoen langage courant le terme tension fait le plus souvent reacutefeacuterence agrave la valeur efficace de
Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
30
CHAPITRE I
lrsquoonde de tension ou agrave une moyenne de la valeur efficace sur une certaine dureacutee (pour une
onde imparfaitement peacuteriodique la valeur efficace nrsquoa de sens que localement pour un
intervalle de temps suffisamment court) et non agrave la valeur instantaneacutee de la tension (qui
oscille autour de 0 V avec une peacuteriode de 20 ms)
I72) Le systegraveme de protection
A lrsquoinstar des alternateurs des transformateurs et des lignes drsquoautres dispositifs
existent pour assurer non seulement un fonctionnement normal mais aussi la protection des
eacutequipements et du personnel drsquoexploitation du reacuteseau Cela englobe les transformateurs de
mesures les disjoncteurs les interrupteurs les sectionneurs les fusibles les eacuteclateurs et sont
directement relieacutes au reacuteseau Ces dispositifs permettent drsquointerrompre volontairement et agrave
Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
31
CHAPITRE I
tout moment la fourniture drsquoeacutenergie eacutelectrique mais aussi automatiquement agrave la survenance
drsquoune quelconque perturbation (deacutefaut) Les eacutequipements de controcircle associeacutes agrave ces dispositifs
ainsi que les relais de protection sont installeacutes dans des salles de controcircle [17]
I8) La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique de HT est une proprieacuteteacute dun systegraveme de puissance
qui lui permet de rester dans un eacutetat deacutequilibre dans des conditions normales de
fonctionnement et de retrouver un eacutetat acceptable deacutequilibre apregraves avoir eacuteteacute soumis agrave
une perturbation [18]
Une perturbation sur un reacuteseau peut ecirctre une manœuvre preacutevue comme lenclenchement
dune inductance shunt ou non preacutevue comme un court-circuit causeacute par la foudre entre une
phase et la terre par exemple Lors de la perturbation lamplitude de la tension aux diffeacuterents
jeux de barres du reacuteseau peut varier ainsi que la freacutequence La variation de la freacutequence est
due aux variations de la vitesse des rotors des alternateurs [19]
I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques
La stabiliteacute peut ecirctre eacutetudieacutee en consideacuterant la topologie du reacuteseau sous
diffeacuterents angles Lrsquoeacutetat de fonctionnement drsquoun reacuteseau eacutelectrique est deacutecrit selon des
grandeurs physiques telles que lamplitude et langle de phase de la tension agrave chaque bus et la
puissance active reacuteactive circulant dans chaque ligne et la vitesse de rotation de la
geacuteneacuteratrice synchrone Si elles ne sont pas constantes le reacuteseau eacutelectrique est consideacutereacute
comme eacutetant en perturbations [16]
La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee selon la nature de la perturbation
Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor
Stabiliteacute de la freacutequence
Stabiliteacute de la tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
32
CHAPITRE I
La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee en petite et grande amplitude de perturbation en
fonction de lrsquoorigine et de lampleur du deacutefaut Par rapport au temps deacutevaluation la
stabiliteacute peut ecirctre agrave courte ou agrave longue dureacutee tel qursquoil est deacutecrit dans la figure (I14)
I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire)
Dans un reacuteseau eacutelectrique la stabiliteacute de lrsquoangle du rotor est deacutefinie comme la capaciteacute
drsquoun ensemble de geacuteneacuteratrices synchrones interconnecteacutees de conserver le synchronisme
dans des conditions de fonctionnement normales ou apregraves une perturbation Un systegraveme
est instable si la diffeacuterence entre les angles rotoriques des geacuteneacuterateurs augmente
indeacutefiniment ou si loscillation transitoire provoqueacutee par une perturbation nest pas
suffisamment amortie dans le temps deacutevaluation
Lrsquoinstabiliteacute angulaire se manifeste sous forme drsquoun eacutecart croissant entre les angles
rotorique Une machine qui a perdu le synchronisme sera deacutebrancheacutee par une protection de
survitesse ou par une protection de perte de synchronisme ce qui met en danger lrsquoeacutequilibre
production consommation du systegraveme
Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique [18]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
33
CHAPITRE I
I8211) Stabiliteacute angulaire aux petites perturbations
Elle concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir le synchronisme en preacutesence
de petites perturbations comme une petite variation de la charge ou de geacuteneacuteration manœuvre
drsquoeacutequipement etc Lrsquoeacutevaluation de ce type de perturbation prend quelques secondes
a) La stabiliteacute statique
Apregraves le reacutegime transitoire ducirc agrave la perturbation le systegraveme entre dans le reacutegime
permanent Dans ce cas pour eacutetudier le systegraveme il faut eacutevaluer la stabiliteacute statique du reacuteseau
Le systegraveme nest pas stable si les contraintes de fonctionnement ne sont pas respecteacutees
Cet eacutetat est appeleacute lrsquoeacutetat instable ou leacutetat durgence
Dans un reacuteseau qui est dans leacutetat durgence les opeacuterateurs du centre de controcircle ont
suffisamment de temps pour ramener le systegraveme agrave leacutetat stable ou au reacutegime normal en
apportant des modifications suppleacutementaires [20]
b) Stabiliteacute dynamique
Si une perturbation mineure est effectueacutee sur le reacuteseau agrave partir dun reacutegime permanent
stable et que le reacuteseau retrouve son mode de fonctionnement normal en reacutegime permanent le
reacuteseau est dit dynamiquement stable Pour un reacuteseau deacutenergie eacutelectrique on entend par
perturbation mineure des manœuvres ou des opeacuterations normales sur le reacuteseau comme
lenclenchement dune inductance shunt ou des variations mineures de la charge
c) Stabiliteacute transitoire
Lorsquil y a une perturbation majeure sur le reacuteseau et que le reacuteseau retrouve son mode
de fonctionnement normal apregraves la perturbation alors le reacuteseau est dit transitoirement stable
Les perturbations majeures sont les courts-circuits les pertes de lignes les bris deacutequipements
majeurs comme les transformateurs de puissance et les alternateurs peuvent ecirctre tregraves graves
pouvant mecircme conduire agrave lrsquoeffondrement total du reacuteseau Si lrsquoinstabiliteacute se manifeste
directement suite agrave la perturbation (plus preacuteciseacutement dans la premiegravere La stabiliteacute transitoire
deacutepend de la relation non-lineacuteaire couples- angles Le pheacutenomegravene de la stabiliteacute transitoire
concerne les grandes perturbations telles que [15]
Les courts-circuits affectant un eacuteleacutement du reacuteseau notamment aux bornes des
machines
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
34
CHAPITRE I
La perte drsquoun ouvrage (eg une ligne de transmissionhellip)
La perte drsquoun groupe de production
Les conseacutequences de ces deacutefauts seconde qui suit lrsquoeacutelimination du deacutefaut) elle est
appeleacutee instabiliteacute de premiegravere oscillation (en anglais First Swing Instability) (cas 1 figure
I15) et elle srsquoeacutetend sur 3 agrave 5 secondes Elle peut reacutesulter de la superposition des effets de
plusieurs modes drsquooscillation lents exciteacutes par la perturbation provoquant ainsi une variation
importante de lrsquoangle de rotor au-delagrave de la premiegravere oscillation (instabiliteacute de multi
oscillations) (cas 2 figure I15) La gamme de temps associeacutee srsquoeacutetend de 10 agrave 20 secondes
[25]
I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire
En vue de son importance dans la planification la conception et lrsquoexploitation des
reacuteseaux drsquoeacutenergie eacutelectrique lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire reste un deacutefit majeur
pour les ingeacutenieurs pour eacuteviter tous eacuteveacutenement qui peut conduire vers un black out Les
solutions envisageables drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire se basent sur [8]
bull Augmentation de la constante drsquoinertie des geacuteneacuterateurs
bull Augmentation de la puissance active
bull Installation des protections et des appareils de coupure rapides
bull Implantation des valves rapides des turbines agrave gaz
bull Installation des reacutesistances drsquoamortissement
bull Utilisation des PSS
bull Controcircle rapide et flexible de lrsquoeacutecoulement de puissance
a- Stable
b- instable
Cas 1 instabiliteacute de premiegravere oscillation Cas 2 instabiliteacute de plusieurs oscillations
Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
35
CHAPITRE I
I822) Stabiliteacute de la freacutequence
La stabiliteacute de freacutequence concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir sa freacutequence
proche de la valeur nominale suite agrave un incident seacutevegravere ayant ou non conduit agrave un
morcellement du systegraveme La stabiliteacute de freacutequence est eacutetroitement lieacutee agrave lrsquoeacutequilibre global
entre la puissance active produite et consommeacutee [20]
I823) Stabiliteacute de tension
Dans des conditions de fonctionnement normales ou suite agrave une perturbation La
stabiliteacute de tension concerne la capaciteacute dun systegraveme de puissance agrave maintenir des tensions
acceptables en tous ses nœuds En fonctionnement normal lorsque nous connectons des
eacutequipements consommateurs agrave un reacuteseau eacutelectrique la tension au point de raccordement
tombe leacutegegraverement et la puissance totale consommeacutee augmente
Selon lrsquoamplitude de la perturbation on distingue la stabiliteacute de tension de
petites perturbations et celle de grandes perturbations [20]
Lrsquoinstabiliteacute reacutesultante peut se produire sous forme de chute progressive ou eacuteleacutevation de
la tension de quelques jeux de barres Les reacutesultats possibles de lrsquoinstabiliteacute de tension sont la
perte de la charge dans un secteur ou deacuteclenchement des lignes de transmission et mecircme
drsquoautres eacuteleacutements par leurs systegravemes de protection agrave des pannes en cascades Il est deacutemontreacute
que la majoriteacute des blackouts sont causeacutes par lrsquoinstabiliteacute de tension [8]
I8231) Instabiliteacute de la tension
On deacutefinit la stabiliteacute de la tension comme la capaciteacute de maintenir une tension de barre
constamment acceptable agrave chaque nœud du reacuteseau dans des conditions normales de
fonctionnement apregraves avoir subi une perturbation Leacutetat du reacuteseau est dit instable en tension
lorsquune perturbation un accroissement de la charge ou une modification de la condition du
reacuteseau entraicircne une chute de tension progressive et incontrocirclable de la tension aboutissent en
un effondrement geacuteneacuteraliseacute de la tension [16]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
36
CHAPITRE I
I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension
Les problegravemes drsquoapparition du pheacutenomegravene drsquoeacutecroulement de tension sont toujours lieacutes agrave
la difficulteacute de reacutegler la tension au dessus drsquoune certaine valeur appeleacutee tension critique
Geacuteneacuteralement lrsquoeffondrement de tension se produit dans les reacuteseaux eacutelectriques qui sont
fortement chargeacutes court-circuiteacutes etou ont un manque de puissance reacuteactive
I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites perturbations
La stabiliteacute de tension de petites perturbations concernes la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique
agrave maintenir la tension dans les limites permise en preacutesence de perturbations telles que une
variation faible de la charge de la production etc [18]
I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes perturbations
Elle est deacutefinie comme la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique agrave maintenir les tensions des
nœuds dans les limites de fonctionnement permise en preacutesence des grandes perturbations agrave
savoir la perte drsquoun eacutequipement de transport ou de production le court circuithellipetc [18]
Dans ce meacutemoire nous nous inteacuteressons seulement agrave la stabiliteacute de tension Une eacutetude
deacutetailleacutee sera preacutesenteacutee dans la section suivante
I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension
La plupart de ces changements ont des effets significatifs sur la production la
consommation et la transmission de puissance reacuteactive ainsi sur la stabiliteacute de tension Par
conseacutequent des mesures peuvent ecirctre utiliseacutees pour ameacuteliorer la stabiliteacute de tension tels que
- Un controcircle automatique des condensateurs shunts
- Un blocage des reacutegleurs en charge automatique
- Une nouvelle reacutepartition de la geacuteneacuteration
- Une replanification du fonctionnement des geacuteneacuterateurs et des nœuds de commande
- Une reacutegulation de tension secondaire
- Un plan de deacutelestage
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
37
CHAPITRE I
I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation
Dans la plupart du temps les sources drsquoeacutenergie eacutelectrique se trouvent loin des zones de
consommation Cette situation rend le transport de lrsquoeacutenergie reacuteactive tregraves difficile agrave cause des
pertes reacuteactives tregraves eacuteleveacutees Cette difficulteacute de transport drsquoeacutenergie reacuteactive augmente la
probabiliteacute drsquoapparition drsquoune instabiliteacute ou drsquoun effondrement de tension
I92) Charge appeleacutee trop importante
Lrsquoune des causes de lrsquoinstabiliteacute de tension correspond agrave une charge eacuteleveacutee Elle est
ducirce agrave lrsquoaugmentation croissante de la demande et agrave un large transfert drsquoeacutenergie entre
compagnies Une instabiliteacute de tension peut se produire en particulier lorsque la charge eacuteleveacutee
est plus importante que celle preacutevue et le risque est drsquoautant plus grand que la consommation
reacuteactive est eacutegalement plus grande que preacutevue [18]
I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport
Les planificateurs sont de plus en plus conscients des limites dutilisation des reacuteseaux de
transport et dinterconnexion La situation actuelle dans beaucoup de pays au monde est
caracteacuteriseacutee par les tendances suivantes
1 Augmentation de la consommation deacutelectriciteacute due agrave lindustrialisation agrave
lurbanisation et agrave la croissance de la population Avec laugmentation des transits
de puissance les reacuteseaux deviennent plus compliqueacutes agrave geacuterer subissent de grandes
variations de puissance et de grandes pertes Ceci fait que leur niveau de seacutecuriteacute
diminue
2 Contraintes eacutecologiques et administratives Le respect de lenvironnement joue un
rocircle important dans la socieacuteteacute actuelle et cest principalement pourquoi il est de
plus en plus difficile dobtenir des permis de construire pour de nouvelles lignes ou
pour limplantation de nouvelles centrales Dans laffirmative cela demande
plusieurs anneacutees
3 Contraintes opeacuterationnelles La demande de puissance a une croissance constante
mais geacuteographiquement irreacuteguliegravere Les centrales qui geacutenegraverent leacutenergie sont
souvent eacuteloigneacutees des charges importantes et la localisation des nouvelles centrales
deacutepend essentiellement dautorisations administratives et du respect de
lenvironnement
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
38
CHAPITRE I
Pour satisfaire la demande deacutenergie sous ces conditions contradictoires les services
publics font de plus en plus appel pour des problegravemes eacuteconomiques et dameacutelioration de la
seacutecuriteacute aux eacutechanges internationaux de puissance ce qui demande une interconnexion entre
des systegravemes preacutevus indeacutependants au deacutepart
Laugmentation du maillage associeacute au mode de transit libre de puissance agrave travers les
reacuteseaux deacuteveloppe des boucles de puissance et des lignes en parallegravele ce qui surcharge
certaines lignes avec pour conseacutequence de deacuteteacuteriorer le profil de tension et de diminuer la
stabiliteacute du reacuteseau Consideacuterant que les reacuteseaux de transport eacutelectrique repreacutesentent une
grande valeur eacuteconomique il faut essayer daller dans les directions suivantes
Ameacuteliorer lutilisation des eacutequipements existants en augmentant leur capaciteacute de
transfert de puissance Dun point de vue financier cela peut se reacuteveacuteler avantageux
Ameacuteliorer la flexibiliteacute des reacuteseaux car pouvoir changer rapidement leur
configuration permet une meilleure reacutepartition de la puissance particuliegraverement en cas de
perturbations ou de transferts de puissance impreacutevus [21]
I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Le transport de la puissance reacuteactive par les lignes eacutelectriques cause des pertes une
diminution de la stabiliteacute du reacuteseau et une chute de tension agrave son extreacutemiteacute Afin deacuteviter cela
de la compensation de puissance reacuteactive seacuterie ou shunt selon les cas est utiliseacute pour limiter
ce transport de puissance reacuteactive
Diffeacuterents appareils eacutelectriques peuvent servir agrave reacutealiser cette compensation (figure I16)
machines synchrones batteries de condensateurs inductance ou FACTS [22]
La compensation est une technique de la gestion drsquoeacutenergie reacuteactive afin drsquoameacuteliorer la
qualiteacute eacutenergeacutetique dans les reacuteseaux eacutelectriques agrave courant alternatif Elle peut se reacutealiser de
plusieurs maniegraveres ayant pour buts
La correction du facteur de puissance
Ameacutelioration de la reacutegulation de la tension
Equilibre des charges
Lrsquoaide au retour agrave la stabiliteacute en cas de perturbation [19]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
39
CHAPITRE I
En installant des dispositifs controcirclables comme le transport drsquoeacutenergie en courant
continu (High Voltage Direct Current HVDC) et les dispositifs FACTS (Flexible Alternating
Current Transmission System) Malgreacute le coucirct eacuteleveacute de cette solution mais vu lrsquoeacutevolution
reacutecente des reacuteseaux eacutelectriques et leurs contraintes cette solution est tregraves efficace
Lrsquoune des meacutethodes drsquoameacuteliorer la capaciteacute drsquoun systegraveme eacutelectrique agrave reacutesister contre les
grands incidents est drsquointeacutegrer des dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance (FACTS)
dans le reacuteseau de transport Lrsquoeacutetude lrsquoapport et lrsquoutilisation de ces dispositifs font lrsquoobjet de
ce meacutemoire
Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Compensation
traditionnelles
Les dispositifs FACTS
Compensateurs
synchrones Batteries de
condensateurs
Batteries de
condensateurs
HT et MT
Les inductances
les PSS (Power
System Stabiliser)
1er
geacuteneacuteration
2eme
geacuteneacuteration
3eme
geacuteneacuteratio
n
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
40
CHAPITRE I
I11) Conclusion
Ce chapitre nous a permis drsquoexposer des geacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriques en
mentionnant la structure et la topologie du reacuteseau ensuite on a parleacute sur lrsquointerconnexion entre
les pays du Maghreb et le reacuteseau Algeacuterien
Dans ce chapitre nous avons aussi preacutesenteacute les deacutefinitions et les caracteacuteristiques des
diffeacuterents types de stabiliteacute drsquoun systegraveme de puissance Le concept geacuteneacuteral de la stabiliteacute est
syntheacutetiseacute en trois groupes (stabiliteacute de lrsquoangle de rotor de la tension et de la freacutequence)
Les dispositifs FACTS sont capables de remplir diverses fonctions comme le maintien
de tension le controcircle des flux de puissance et aussi lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau
etc
Dans le chapitre suivant nous allons exposer le concept des FACTS le contexte
algeacuterien concernant ses dispositifs sera aussi abordeacute
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
41
CHAPITRE I
Chapitre 2
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
42
II1) Introduction
Avec le deacuteveloppement technologique et industriel que vie le monde entier la demande
en eacutenergie eacutelectrique est en augmentation continue et sans cesse Pour satisfaire ces besoins et
acheminer cette eacutenergie aux points de consommation disperseacutes sur un large espace
geacuteographique les reacuteseaux eacutelectriques ayant des capaciteacutes de transit limiteacute agrave cause des limites
thermique des lignes doivent seacutelargir et de nouvelles lignes dextension seront ajouteacutees Face
agrave ce problegraveme et devant les contraintes environnementale eacutecologique et eacuteconomique de
reconstructions de nouvelles lignes la compagnie ameacutericaine EPRI (Electric Power Research
Institue) a lanceacute en 1988 un projet drsquoeacutetude des systegravemes FACTS afin de mieux maicirctriser le
transit de puissance dans les lignes eacutelectriques et daugmenter leurs capaciteacutes de transfert Le
concept FACTS regroupe tous les dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance qui
permettent drsquoameacuteliorer lrsquoexploitation du reacuteseau eacutelectrique
Aussi ces reacuteseaux eacutelectriques de taille importantes seront confronteacutes par divers
problegravemes de fonctionnement agrave cause du controcircle traditionnel utilisant des systegravemes de
commande eacutelectromeacutecaniques de temps de reacuteponse lent par rapport agrave ces nouveaux systegravemes
FACTS agrave base dinterrupteurs statiques et de court temps de reacuteponse (moins dune seconde)
Aujourdhui cette technologie FACTS simpose pour les systegravemes eacutenergeacutetiques en
augmentant leurs capaciteacutes de transport en ameacuteliorant le controcircle des paramegravetres de ces
derniers donc leur assurer une flexibiliteacute du transfert de leacutenergie et ameacuteliorer sa stabiliteacute
Le concept FACTS (Flexible AC Transmission System) est neacute pour reacutepondre aux
diffeacuterentes difficulteacutes croissantes de transmission dans les reacuteseaux et surtout la maicirctrise de
transit de puissance (compensateur de puissance reacuteactive variateur de charge universelhellip)
ces dispositifs peuvent ameacuteliorer le comportement dynamique des reacuteseaux eacutelectriques [25]
II2) Le concept FACTS
Les problegravemes des reacuteseaux eacutenonceacutes ci ndashdessus devenant plus preacutesents drsquoanneacutee en
anneacutee EPRI (Electric Power Research Institute) qui repreacutesente un consortium deacutedieacute agrave la
recherche dans les reacuteseaux eacutelectriques et regroupant des compagnies drsquoeacutelectriciteacute ameacutericaines
a lanceacute en 1988 le concept FACTS (Flexible AC Transmission Systems) qui est un projet agrave
long terme La technologie FACTS utilise lrsquoeacutelectronique de puissance et plus particuliegraverement
des systegravemes agrave thyristors qui permettent drsquoobtenir des vitesses de commande nettement
supeacuterieures agrave celles des systegravemes meacutecaniques qui sont encore largement utiliseacutes et un niveau
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
43
de maintenance bien infeacuterieur car les systegravemes meacutecaniques srsquousent beaucoup plus rapidement
que les systegravemes statiques Parmi les systegravemes FACTS on cite [26]
Compensateur synchrone statique (lsquoSTATCOMrsquo Static Synchronous Compensator)
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
Le controcircleur de transit de puissance entre ligne IPFC (Interline Power Flow
Controller)
Face agrave la saturation des reacuteseaux de puissance les compagnies de distribution drsquoeacutenergie
eacutelectrique exploitent de plus en plus leurs reacuteseaux pregraves des limites de seacutecuriteacute (conduite aux
limites) Cette situation engendre des problegravemes drsquoexploitation notamment pour le controcircle
des flux de puissance le maintien drsquoun profil de tension acceptable la surveillance des reports
de chargehellipetc Agrave cet effet lrsquoaspect seacutecuriteacute prend une grande importance et des recherches
sont entreprises dans diffeacuterents pays pour trouver des moyens susceptibles drsquoameacuteliorer la
seacutecuriteacute et rendre lrsquoexploitation des reacuteseaux plus flexible
Ainsi plusieurs eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees pour connaitre les avantages lieacutes agrave lrsquoutilisation
des dispositifs FACTS dans les reacuteseaux pour
le support du profil de la tension
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute statique et dynamique
lrsquoamortissement des oscillations subsynchrones
Ces avantages deacutecoulent principalement de lrsquoaugmentation des capaciteacutes de transit des
lignes existantes par un controcircle rigoureux des diffeacuterents variables du reacuteseau Pour fixer les
ideacutees nous pouvons prendre un exemple simple
Consideacuterons le transit de puissance sur une ligne agrave courant alternatif Cette ligne est
repreacutesenteacutee sur la figure (II1) les pertes eacutetant supposeacutees nulles la puissance transmise P est
fonction des amplitudes des tensions E1 et E2 aux extreacutemiteacutes de la ligne du deacutephasage 12057512
entre ces deux tensions et de lrsquoimpeacutedance x de la ligne comme le montre lrsquoeacutequation (II1)
1
Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif
x
p
1 2
119916120783
2 119916120784
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
44
119823 = 119812120783119812120784
119831 119852119842119847120517120783120784
Cette eacutequation montre que la puissance transmissible par une ligne est limiteacutee par les
paramegravetres eacutenonceacutes ci-dessus et pas forceacutement par sa limite thermique De plus il deacutecoule de
cette eacutequation que si lrsquoon peut reacutegler un deux ou les trois paramegravetres on controcircle alors le
transit de puissance dans la ligne [26]
Elle montre aussi quil est possible daugmenter la puissance transiteacutee entre deux
reacuteseaux soit en maintenant la tension des systegravemes soit en augmentant langle de transport
entre les deux systegravemes soit en reacuteduisant artificiellement limpeacutedance de la liaison En jouant
sur un ou plusieurs de ses paramegravetres les FACTS permettent un controcircle preacutecis des transits de
puissance reacuteactive une optimisation des transit de puissance active sur les installations
existantes et une ameacutelioration de la stabiliteacute dynamique du reacuteseau Ils permettent aussi aux
consommateurs industriels de reacuteduire les deacuteseacutequilibres de charges et de controcircler les
fluctuations de tensions creacuteeacutees par des variations rapides de la demande de puissance reacuteactive
et ainsi daugmenter les productions de reacuteduire les coucircts et dallonger la dureacutee de vie des
eacutequipements [27]
En effet les FACTS permettent de
ne pas transporter drsquoeacutenergie reacuteactive en la fournissant lagrave ougrave elle est demandeacutee
augmenter les puissances maximales transmissibles et donc les transferts de
puissance active
controcircler les flux de puissance pour la surcharge des lignes et le risque de
deacuteclenchement en cascade [26]
II21) Fonctionnement des FACTS
Un FACTS agit geacuteneacuteralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de
la puissance reacuteactive sur le reacuteseau Ceci a pour effet de modifier lamplitude de la tension agrave
son point de connexion et par conseacutequent la puissance active maximale transmissible
Les FACTS sont utiliseacutes aussi pour le filtrage des courants harmoniques et la
stabilisation de la tension Lordre de grandeur de la puissance dun FACTS va de
quelques MVA (Meacutega Volts Ampegraveres) agrave quelques centaines de MVA Ils sappliquent dans
deux secteurs principaux
(II1)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
45
Grand reacuteseaux de transmission
Pour ameacuteliorer le controcircle augmenter les capaciteacutes de transfert de puissance et assister
la reacutecupeacuteration du reacuteseau conseacutecutive agrave un deacutefaut dans les systegravemes de transmission AC
(Alternative Current)
Reacuteseaux Industriels
Pour ameacuteliorer la qualiteacute de la puissance fournie en un point preacutecis du reacuteseau AC en
preacutesence de fluctuations de charge eg compensation du flicker pour les fours agrave arc Gamme
de puissance infeacuterieure agrave celle dun reacuteseau de transmission
II22) Contexte algeacuterien
Depuis les anneacutees 2000 le deacuteveloppement du reacuteseau de transport drsquoeacutelectriciteacute fait partie
des prioriteacutes de lrsquoAlgeacuterie [26]
Le reacuteseau de transport algeacuterien est en phase drsquoexpansion car il doit reacutepondre agrave la forte
augmentation de la demande en eacutelectriciteacute (+ 5 agrave 7 par an) Les principaux besoins en
eacutelectriciteacute sont domestiques lieacutes
bull agrave lrsquoaccroissement de la population (celle-ci a plus que tripleacute en 50 ans et son
taux de croissance est actuellement estimeacute agrave 12 par an)
bull au changement des habitudes de consommation avec lrsquousage des appareils En
outre dans les anneacutees 90 peu drsquoinvestissements ont eacuteteacute entrepris sur le reacuteseau
eacutelectrique et celui-ci srsquoest deacutegradeacute
Au total depuis 2005 pregraves de 15 000 km de nouvelles lignes HT et THT ont eacuteteacute
reacutealiseacutes ou restent agrave construire
Le deacuteveloppement du reacuteseau de transport concerne agrave la fois le deacuteveloppement des
reacuteseaux hauts tension (60 et 220 000 Volts) et la creacuteation drsquoun reacuteseau agrave tregraves haute tension
(400 000 Volts)
Le deacuteveloppement du reacuteseau 400 000 Volts est mis en œuvre agrave la fois dans lrsquoaxe
bull Est-Ouest (interconnexions internationales avec le Maroc et la Tunisie)
bull Nord-Sud (raccordement des reacuteseaux du Sud jusqursquoalors le point trop isoleacute du reacuteseau
national)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
46
En 2002 un total de trois SVC (static var compensator) a eacuteteacute introduit dans le reacuteseau
national de la Sonelgaz un dispositif agrave la sous station de Naama et deux agrave Beacutechar (figure
II2)
Les trois SVC ont une classe identique -10+40Mvar agrave la tension 220 kV (figure II3) et
lrsquoune des plates- formes de ses trois SVC est montreacutee par la figure (II2) Le reacuteseau est
constitueacute drsquoune ligne de 500km sous une tension de 220kv Un seul circuit aeacuterien de la ligne
de transmission pour lrsquoalimentation de la charge eacuteloigneacutee dans la partie ouest du pays
Des productions locales de diesel et des turbines agrave gaz alimentent les charges locales de
Beacutechar depuis le deacutebut des anneacutees quatre vingt dix et elles ont eacuteteacute fermeacutees pendant lrsquoanneacutee
2002
Deux sous stations 22060 kV une intermeacutediaire (Naama) et une agrave la fin de la ligne
(Beacutechar) ont eacuteteacute eacutequipeacutees avec des SVC (figure II3) pour les objectifs suivants
bull Pour fournir au systegraveme de transmission le support en eacutenergie reacuteactive afin de
maintenir une tension stable pendant le fonctionnement normal et quotidien
bull Pour le rendement dynamique au cours du controcircle de la ligne 220 kV mise sous
tension ainsi pour le maintien drsquoune tension stable dans le systegraveme sous diverses
conditions drsquoexploitation En particulier pour preacutevenir lrsquoeffondrement de tension
(voltage collapse) et lrsquoinstabiliteacute du systegraveme pendant le transitoire et lrsquoeacutevolution
rapide des conditions de tension dans le systegraveme Les charges prisent hors reacuteseau
220 kV sont de lrsquoordre de 12 MVA agrave Naama et 35 MVA agrave Beacutechar
Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar [26]
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
47
II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS
La compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive au niveau des lignes de transmission permet la
reacutegulation du profil de la tension le long de ces lignes avec un bon controcircle de la puissance
active transmise Il est reconnu que la stabiliteacute peut ecirctre ameacutelioreacutee quelque soit son type si la
compensation reacuteactive du systegraveme de transmission varie rapidement Les meacutethodes de
compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive classiques se basent sur les batteries de condensateurs ou
les bobines fixes ou commandeacutees meacutecaniquement Ces meacutethodes sont non efficaces dans le
controcircle du reacuteseau eacutelectrique quand il est seacutevegraverement perturbeacute
Gracircce aux avanceacutees reacutecentes dans la technologie des IGBT et GTO le temps de reacuteaction
de ces dispositifs a diminueacute agrave quelques milli secondes Il est possible donc de reacutepondre agrave la
demande par lrsquoutilisation drsquoune compensation rapide en utilisant les dispositifs FACTS [31]
II3) Les dispositifs FACTS
Selon lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) la deacutefinition du terme
FACTS est la suivante Systegravemes de Transmission en Courant Alternatif comprenant des
dispositifs baseacutes sur leacutelectronique de puissance et dautres dispositifs statique utiliseacutes pour
accroicirctre la controcirclabiliteacute et augmenter la capaciteacute de transfert de puissance du reacuteseau
Avec leurs aptitudes agrave modifier les caracteacuteristiques apparentes des lignes les FACTS
sont capables daccroicirctre la capaciteacute du reacuteseau dans son ensemble en controcirclant les transits de
puissances Les dispositifs FACTS ne remplacent pas la construction de nouvelles lignes Ils
sont un moyen de diffeacuterer les investissements en permettant une utilisation plus efficace du
reacuteseau existant [28]
Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie [26]
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
48
II4) Classification des dispositifs FACTS
II41) Classification selon la geacuteneacuteration
Depuis les premiers compensateurs trois geacuteneacuterations de dispositifs FACTS ont vu le
jour Elles se distinguent par la technologie des semi-conducteurs et des eacuteleacutements de
puissance utiliseacutes
II411) Geacuteneacuteration I
Baseacutee sur les thyristors classiques Ceux-ci sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour enclencher
ou deacuteclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance reacuteactive dans les
transformateurs de reacuteglage
II412) Geacuteneacuteration II
Dite avanceacutee est neacutee avec lavegravenement des semi-conducteurs de puissance commander
agrave la fermeture et agrave louverture comme le thyristor GTO Ces eacuteleacutements sont assembleacutes pour
former les convertisseurs de tension ou de courant afin drsquoabsorber ou dinjecter des courants
(tensions) controcirclables dans le reacuteseau
II413) Geacuteneacuteration III
FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adapteacutee agrave chaque cas
Contrairement aux deux premiegraveres geacuteneacuterations celle-ci nutilisent pas des dispositifs
auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le reacuteseau
II42) Classification selon la cateacutegorie
Les dispositifs FACTS peuvent ecirctre classeacutes en trois cateacutegories figure (II4)
Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie
Dispositifs FACTS
Compensateurs shunt
Compensateurs seacuteries
Compensateurs hybrides
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
49
II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS
Le but de cette section est de donner une description bregraveve et de deacutefinir diffeacuterent shunt
seacuterie et combineacutes seacuterie-shunt dispositifs FACTS nous allons utiliser les termes et les
deacutefinitions drsquoIEEE [26]
a) Dispositifs FACTS Shunt
Compensateur statique de puissance reacuteactive (Static Var Compensator- SVC)
Un geacuteneacuterateur (ou absorbeur) statique drsquoeacutenergie reacuteactive shunt dont la sortie est ajusteacutee
en courant capacitif ou inductif afin de controcircler des paramegravetres speacutecifiques du reacuteseau
eacutelectrique typiquement la tension des nœuds Les sous-ensembles du SVC sont
Inductance Controleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Reactor-
TCR)
Une inductance placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele La valeur de
lrsquoinductance est continuellement changeacutee par lrsquoamorccedilage des thyristors
Condensateur Commuteacute par Thyristors (Thyristor-Switched
Capacitor- TSC)
Un condensateur placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele Les
thyristors fonctionnent en pleine conduction
Inductance Commuteacutee par Thyristors (Thyristor-Switched Reactor-
TSR)
Une inductance commuteacutee par thyristors dans le TSR les thyristors fonctionnent en
pleine conduction
Compensateur Statique Synchrone (Static Synchronous Compensator-
STATCOM)
Un geacuteneacuterateur synchrone fonctionnant comme un compensateur parallegravele de lrsquoeacutenergie
reacuteactive dont le courant capacitif ou inductif geacuteneacutereacute peut ecirctre controcircleacute seacutepareacutement de la
tension du systegraveme agrave courant alternatif
Geacuteneacuterateur Statique Synchrone (Static Synchronous Generator- SSG)
Un convertisseur de puissance statique agrave interrupteurs auto commuteacutes alimenteacute par une
source deacutenergie eacutelectrique approprieacutee et exploiteacute pour produire un ensemble ajustables de
tensions de sortie multi phases qui peut ecirctre coupleacute agrave un systegraveme de puissance alternatif dans
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
50
le but deacutechanger indeacutependamment la puissance controcirclable active et reacuteactive
Toutefois deux dispositifs particuliers peuvent ecirctre mis en eacutevidence
Systegraveme de Stockage par Batterie (Battery Energy Storage System-
BESS)
Un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie drsquoune source de nature chimique la conversion de la
tension de source est capable drsquoajuster rapidement lrsquoeacutenergie amont qui est fournit ou absorber
drsquoun systegraveme alternatif
Systegraveme de Stockage drsquoEacutenergie par Aimant Supraconducteur
(Superconducting Magnetic Energy Storage- SMES)
Un dispositif contenant des convertisseurs eacutelectroniques que rapidement injectent et ou
absorbent la puissance active et ou reacuteactive Le SMES sert principalement au controcircle
dynamique du flux de puissance dans les systegravemes eacutelectriques
Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var Generator
or Absorber- SVG)
Un dispositif eacutelectrique statique un eacutequipement ou un systegraveme qui est capable de tracer
un courant controcircleacute capacitif et ou inductif agrave partir dun systegraveme de puissance eacutelectrique et
ainsi geacuteneacuterer ou absorber la puissance reacuteactive Geacuteneacuteralement consideacutereacute pour consister en
connexion shunt Inductance controcircleacutee par thyristors etou condensateur commuteacute par
thyristors
Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var System- SVS)
Une combinaison de diffeacuterent compensateurs de puissance reacuteactive statiques et
meacutecaniquement commuteacutes dont les sorties sont coordonneacutes
Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Braking
Resistor- TCBR)
Une reacutesistance commuteacutee par thyristors et connecteacutee en parallegravele qui est controcircleacutee pour
aider le systegraveme de puissance agrave se stabiliser ou de minimiser lacceacuteleacuteration des puissances
drsquoune uniteacute geacuteneacuteratrice lors dune perturbation
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
51
b) Dispositifs FACTS seacuteries
La compensation seacuterie peut ecirctre utiliseacutee dans les systegravemes eacutenergeacutetiques pour la
commande du flux drsquoeacutenergie en reacutegime permanent En cas de lignes de transport avec une
capaciteacute thermique suffisante la compensation peut soulager des surcharges eacuteventuelles
sur drsquoautres lignes parallegraveles
Controcircleur de transit de puissance entre lignes (Interline Power Flow Controller-
IPFC)
Une combinaison de deux ou plusieurs compensateurs statiques seacuterie synchrone qui sont
relieacute entre eux via une liaison commune agrave courant continu pour faciliter lrsquoeacutecoulement
bidirectionnel de la puissance active entre les bornes alternatives des SSSC et sont controcircleacutes
pour fournir une compensation reacuteactive indeacutependante pour lrsquoeacutecoulement de puissance ajusteacute
dans chaque ligne et maintenir la distribution de lrsquoeacutecoulement de puissance reacuteactive deacutesireacute
entre les lignes
Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (Thyristor Controlled Series
Capacitor- TCSC)
Un compensateur agrave reacuteactance capacitif qui consiste en une seacuterie de condensateurs en
parallegravele avec des inductances commandeacutees par thyristor afin de pouvoir assurer une variation
homogegravene de la reacuteactance capacitive
Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (Thyristor Switched Series
Capacitor- TSSC)
Compensateur agrave reacuteactance capacitive qui est constitueacute drsquoun banc de capaciteacute seacuterie
shunteacute par une inductance commuteacutee par thyristor pour fournir un controcircle pas agrave pas de la
reacuteactance capacitive seacuterie
Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Series
Reactor- TCSR)
Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute de lrsquoinductance seacuterie shunteacute par
une inductance commandeacutee par thyristor afin de fournir une reacuteactance inductive seacuterie
leacutegegraverement variable
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
52
Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (Thyristor Switched Series Reactor-
TSSR)
Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute drsquoune inductance seacuterie shunteacutee par
une inductance commuteacutee par thyristor afin de fournir un controcircle pas agrave pas de la reacuteactance
inductive seacuterie
Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (Static Synchronous Series
Compensator- SSSC)
Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par
lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur Le SSSC agit sur le courant de ligne en inseacuterant une
tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou inductive Un
SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une ligne voire drsquoen
inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun condensateur ou
drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait que la tension
injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC preacutesente lrsquoavantage
de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante indeacutependamment du courant
c) Dispositifs FACTS hybrides (seacuterie ndashparallegravele)
Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (Unified Power Flow Controller- UPFC)
Une combinaison entre un STATCOM et un SSSC coupleacutes via une liaison agrave courant
continu pour permettre un eacutecoulement bidirectionnel de la puissance active entre la sortie du
SSSC et celle du STATCOM
Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Phase
Shifting Transformer- TCPST)
Transformateur deacutephaseur ajusteacute par un thyristor afin de fournir un angle de phase
rapidement variable Ce dispositif est eacutegalement appeleacute reacutegulateur drsquoangle de phase
commandeacute par thyristor (TCPAR -Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)
Reacutegulateur de puissance interphases (Interphase Power Controller- IPC)
Un controcircleur de la puissance active et reacuteactive connecteacute en seacuterie et comprenant dans
chaque phase des branches inductives et capacitives soumises agrave des tensions deacutephaseacutees
seacutepareacutement Les puissances active et reacuteactive peuvent ecirctre reacutegleacute indeacutependamment en ajustant
les deacutecalages de phase et ou les impeacutedances de branche agrave laide des commutateurs
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
53
meacutecaniques ou eacutelectroniques Dans le cas particulier ougrave lrsquoimpeacutedance inductive et capacitive
forment une paire conjugueacutee chaque terminal de lIPFC est une source passive de courant
deacutependant de la tension agrave lautre borne
d) Autres dispositifs FACTS
Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled voltage
Limiter- TCVL)
Une varistance agrave oxyde meacutetallique commuteacutee par thyristor utiliseacutee pour limiter la
tension agrave ses bornes durant les conditions transitoires
Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Voltage
Regulator- TCVR)
Un Transformateur commandeacute par thyristor qui peut fournir une tension variable dans
une phase avec un control continu
La figure (II5) preacutesente les diffeacuterents dispositifs qui peuvent controcircler certains variables
du systegraveme eacutelectrique
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
54
Dans la section qui suit nous allons deacutevelopper la preacutesentation du STATCOM et du
SSSC Il srsquoagit des dispositifs FACTS qui nous inteacuteresse particuliegraverement dans cette eacutetude et
que nous devons traiter pour une meilleure compreacutehension de la suite de ce meacutemoire
II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors
a) Dispositifs FACTS Shunt
Compensateur synchrone statique(STATCOM)
Un compensateur synchrone statique est constitueacute drsquoun convertisseur agrave source de
tension drsquoun transformateur de couplage et de la commande Dans cette application la source
drsquoeacutenergie agrave courant continue peut ecirctre remplaceacutee par un condensateur agrave courant
FACTS
Shunt
Thyristors GTO
Series
Thyristors GTO
Hybrides
Serie-Shunt
Autres FACTS
TCSC
TSSSC
GCSC
TCSR
IPFC
TSSR
SSSC
STATCOM
SSG
BESS
SMES SVC
TCR
TSC
TCBR
SVS
TSR
UPFC
TCPST
IPC
TCVR
TCPAR
TCPSR
TCVL
Figure II5 Classification des dispositifs FACTS
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
55
continue de sorte que lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie en reacutegime permanent entre le compensateur
statique et le systegraveme ca peut ecirctre uniquement reacuteactif comme illustreacute par la figure (II6)
119868119902 (est le courant de sortie du convertisseur) perpendiculaire agrave la tension du convertisseur
119881119894 (Lrsquoamplitude de la tension du convertisseur) et donc la sortie reacuteactive du convertisseur
sont reacuteglables [27]
Le convertisseur STATCOM
Produit les ondes rectangulaires de tension triphaseacutee eacutequilibreacutee Un compensateur
statique pouvant geacuteneacuterer ou absorber une puissance reacuteactive Il sagit du STATCOM
(Compensateur Statique) qui a connu jusqursquoagrave preacutesent sous diffeacuterents appellations
1 ASVC (Advanced Static Var Compensator)
2 STATCON (Static Condenser)
3 SVG (Static Var Generator)
4 SVC light (ABB)
5 SVC plus (SIEMENS)
Le principe de ce type de compensateur est connu depuis la fin des anneacutees 70 mais ce
nrsquoest que dans les anneacutees 90 que ce type de compensateur a connu un essor important gracircce
aux deacuteveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [27]
Le STATCOM possegravede plusieurs avantages par rapport aux compensateurs
conventionnels
La vitesse de reacuteaction la reacuteponse en moins drsquoun cycle agrave des variations de la
tension
Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
56
Lorsque la tension est basse il peut produire plus de puissance reacuteactive
notamment au moment ougrave lrsquoon a besoin drsquoune puissance reacuteactive consideacuterable
pour empecirccher la chute tension
Cependant le STATCOM de base engendre de nombreux harmoniques Il faut donc
utiliser pour reacutesoudre ce problegraveme des compensateurs multi-niveaux agrave commande MLI ou
encore installer des filtres
Le rocircle du STATCOM est drsquoeacutechanger de lrsquoeacutenergie reacuteactive avec le reacuteseau Pour ce
faire lrsquoonduleur est coupleacute au reacuteseau par lrsquointermeacutediaire drsquoune inductance qui est en geacuteneacuteral
lrsquoinductance de fuite du transformateur de couplage
Lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie reacuteactive se fait par le controcircle de la tension de sortie de
lrsquoonduleur 119881119904ℎ dont laquelle est en phase avec la tension du reacuteseau (Figure II7) Le
fonctionnement peut ecirctre deacutecrit de la faccedilon suivante
Si la tension 119881119904ℎ est infeacuterieure agrave la tension V le courant circulant dans lrsquoinductance est
deacutephaseacute de-π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant inductif (figure
II7a)
Si la tension119881119904ℎ est supeacuterieur agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est deacutephaseacute
de +π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant capacitif (figure II7b)
Si la tension 119881119904ℎ est eacutegale agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est nul et par
conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutechange drsquoeacutenergie
Lrsquoavantage de ce dispositif est de pouvoir eacutechanger de lrsquoeacutenergie de nature inductive ou
capacitive uniquement agrave lrsquoaide drsquoune inductance Contrairement au SVC il nrsquoy a pas
drsquoeacuteleacutement capacitif qui puisse provoquer des reacutesonances avec des eacuteleacutements inductifs du
119881119904ℎ
119881119904ℎ
119868119904ℎ V
V
a) Courant inductif b) Courant capacitif
Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM
119868119904ℎ
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
57
reacuteseau La caracteacuteristique statique de ce convertisseur est donneacutee par la figure (II8) Ce
dispositif a lrsquoavantage contrairement au SVC de pouvoir fournir un courant constant
important mecircme lorsque la tension V diminue
Le STATCOM permet le mecircme controcircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce
dispositif est capable de deacutelivrer la puissance reacuteactive mecircme si la tension au jeu de barres
(nœud de connexion) est tregraves faible dapregraves sa caracteacuteristique on constate que le courant
maximal du STATCOM est indeacutependant de la tension du nœud
Pour un STATCOM ideacuteal nayant pas des pertes actives leacutequation (II2) deacutecrit le
transfert de puissance reacuteactive dans le reacuteseau eacutelectrique [5]
119876119904ℎ =|⋁ 2
119896 |
Xshminus
|Vk||Vsh|
Xshcos( 120579119896 minus 120579119904ℎ) =
|⋁ 2119896 |minus
Xsh
|Vk||Vsh|
Xsh
Si |119881119896| gt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne positive et le STATCOM absorbe la puissance reacuteactive
Si |119881119896| lt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne neacutegative et le STATCOM fournie la puissance reacuteactive
Deacutepassement
transitoire en
fonctionnement
Deacutepassement
transitoire en
fonctionnement
Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM
119868119904ℎ
119868119898119886119909 119868119898119894119899
Capacitif Inductif
V
(II2)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
58
b) Dispositifs FACTS Seacuteries
Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC)
Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par
lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur (figure II9) Le SSSC agit sur le courant de ligne en
inseacuterant une tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou
inductive Un SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une
ligne voire drsquoen inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun
condensateur ou drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait
que la tension injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC
preacutesente lrsquoavantage de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante
indeacutependamment du courant [26]
Ce type de compensateur seacuterie (Compensateur Synchrone Statique Seacuterie) est le plus
important dispositif de cette famille Il est constitueacute drsquoun onduleur triphaseacute coupleacute en seacuterie
avec la ligne eacutelectrique agrave laide dun transformateur Ce dispositif possegravede des avantages si
lrsquoon compare avec le TCSC
Elimination des composants passifs (inductance et capaciteacutes)
Une aptitude symeacutetrique dans les deux modes (inductif et capacitif)
Son rocircle est drsquointroduire une tension triphaseacutee agrave la freacutequence du reacuteseau en seacuterie avec la
ligne de transport
Figure II9 Scheacutema de base du SSSC
Transformateur
seacuterie
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
59
Nous pouvons dans ce cas reacutegler continuellement la valeur apparente de la capaciteacute ou
de lrsquoinductance ainsi introduite dans la ligne Lrsquoavantage de ce dispositif est de ne pas
introduire physiquement un condensateur ou une inductance mais de simuler leurs fonctions
Cela eacutevite lapparition des oscillations dues agrave la reacutesonance avec les eacuteleacutements inductifs du
reacuteseau La caracteacuteristique statique drsquoun Compensateur Synchrone Statique Seacuterie est preacutesenteacutee
par la figure (II10)
Si lon utilise un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie le SSSC peut agrave ce moment lagrave eacutechanger
de la puissance active avec la ligne eacutelectrique Ceci peut contribuer agrave ameacuteliorer la stabiliteacute du
reacuteseau Dans ce cas la tension 119881119887 nrsquoest pas obligatoirement en quadrature avec le courant de
ligne
Principe de fonctionnement de SSSC
Le SSSC injecte en seacuterie une tension alternative avec une amplitude et un angle de
phase reacuteglable dans la ligne de transport agrave lrsquoaide drsquoun transformateur seacuterie Le SSSC peut
produire ougrave absorber de la puissance reacuteactive suivant la commande de convertisseur statique
il permet drsquoassurer une compensation shunt indeacutependante agrave la ligne de transport Il fourni ou
absorbe la puissance reacuteactive neacutecessaire localement et produit de la puissance active comme
reacutesultat de lrsquoinjection en seacuterie drsquoune tension [21]
Le principe de fonctionnement peut ecirctre expliqueacute par la figure (II11)
Figure II10 Caracteacuteristique statiques du SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
60
Le SSSC deacutelivre une tension triphaseacutee 119881119904119890 agrave la freacutequence du reacuteseau en quadrature (
90 ) avec le courant de la ligne et controcirclable afin daugmenter ou diminuer la tension agrave
travers la ligne repreacutesenteacutee par sa reacuteactance 119883119897 selon le mode de compensation capacitif ou
inductif respectivement (figure II12) mais comme la reacuteactance de la ligne ne varie pas
reacuteellement cest le courant dans la ligne qui sera affecter par cette variation et par
conseacutequence les puissances correspondante
Ideacutealement la tension 119881119904119890 est agrave 90 du courant de la ligne ce qui fait quaucun eacutechange
de la puissance active nrsquoest entre le reacuteseau et le SSSC Pratiquement il y a toujours une petite
composante de cette tension 119881119904119890 en phase avec le courant 119868119897 qui geacutenegravere une petite quantiteacute de
la puissance active pour couvrir les pertes dans le convertisseur
On peut expliquer les diffeacuterents modes de compensation capacitive et inductive en ce
reacutefeacuterant aux diagrammes vectoriels de la figure (II13) qui suit en admettant le scheacutema
eacutequivalent dun SSSC installeacute dans un reacuteseau eacutelectrique simple repreacutesenteacute sur la figure (II12)
Figure II11 Principe de fonctionnement de SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
61
bull
Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du
reacuteseau
Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du
reacuteseau (eacutetat deacutequilibre) la tension au borne de la reacuteactance effective 119881119909119890119891119891
est eacutegale agrave la tension aux bornes de la ligne de transport sans compensation
la ougrave le degreacute de compensation K est nul K = 119881119902
119881119894 x 100 avec 119883119902 =
119881119902
119868119894
Dans le mode de compensation inductif le courant de la ligne 119868119897 diminue en
augmentant le degreacute de compensation K de 0 agrave 100 Du diagramme (b)
on voit que pour maintenir 119881119904 119881119903 et constants la variation dans
lamplitude de 119881119904119890 se reacutepercute directement sur la tension 119881119897 et chaque
Figure II12 Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple
Figure II13 Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
62
augmentation dans 119881119904119890 entraicircne une diminution dans 119881119897 et par conseacutequence
dans le courant 119868119897
En mode capacitif le courant dans la ligne augmente avec laugmentation du
niveau de compensation la tension 119881119904119890 injecteacutee en anti-phase avec la tension
119881119897 (- 90deg en arriegravere du courant 119868119897 ) force la tension 119881119897 agrave augmenter pour
garder langle de charge constant ainsi que les tensions aux extreacutemiteacutes de la
ligne (figure II12c) [37]
II6) Coucirct des dispositifs FACTS [29]
Mis agrave part les avantages techniques apporteacutes par les FACTS drsquoautres critegraveres lieacutes au
coucirct doivent ecirctres pris en consideacuteration dans la deacutecision drsquoinstaller un dispositif Sur le plan
eacuteconomique le critegravere geacuteneacuteralement adopteacute dans lrsquoeacutevaluation des beacuteneacutefices obtenus par un
FACTS est que lrsquoaccroissement des revenues doit exceacuteder les coucircts drsquoexploitations de
maintenance et drsquoamortissement de lrsquoinstallation
Le coucirct drsquoune installation FACTS deacutepend principalement des facteurs tels que
Les performances requises
La puissance de lrsquoinstallation
Le niveau de tension du systegraveme
La technologie du semi-conducteur utiliseacute
Controcircleurs FACTS Coucirct (US$)
Condensateur Shunt 8$Kvar
Condensateur Seacuterie 20$ Kvar
SVC 40$Kvar
TCSC 40$Kvar
STATCOM 50$Kvar
UPFC Partie Seacuterie 50$Kvar
UPFC Partie Shunt 50$Kvar
Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
63
II7) Synthegravese des dispositifs FACTS
Les diffeacuterents dispositifs FACTS preacutesenteacutes dans ce chapitre possegravedent tous leurs propres
caracteacuteristiques tant en reacutegime permanent quen reacutegime transitoire Chaque type de dispositif
sera donc utiliseacute pour reacutepondre agrave des objectifs bien deacutefinis Des consideacuterations eacuteconomiques
entreront eacutegalement dans le choix du type dinstallation agrave utiliser Le tableau (II2) syntheacutetise
les principaux beacuteneacutefices techniques des nouvelles technologies de FACTS Le nombre +
est proportionnel agrave lefficaciteacute du dispositif
II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie
des dispositifs FACTS [29]
A Les avantages des dispositifs FACTS
Controcircle le transit de la puissance active
Augmente la seacutecuriteacute des systegravemes eacutenergeacutetiques (augmentation de la limite de la
stabiliteacute transitoire amortissement des oscillations hellip)
Reacuteduit le transit de lrsquoeacutenergie reacuteactive
Optimise les puissances geacuteneacutereacutees donc reacuteduit le coucirct de production de lrsquoeacutenergie
Agir comme filtre actif
Ameacutelioreacutee lrsquointerconnexion et lrsquoeacutechange eacutenergeacutetique
Dispositif
Controcircle du
transit de
puissance
Controcircle
de la
tension
Stabiliteacute
transitoire
Stabiliteacute
statique
STATCOM + +++ ++ ++
SSSC ++ + +++ ++
IPFC +++ ++ +++ ++
Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS [14]
+ Petite ++ Moyenne +++Forte
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
64
B Les inconveacutenients
Lrsquointroduction des harmoniques du reacuteseau eacutelectrique ce qui le rend pollueacute cest-agrave- dire le
signal sera tendu et non sinusoiumldale Il rend le reacuteseau vulneacuterable agrave la surtension ducirce aux
commutations reacutepeacutetitives
C Les contraintes des dispositifs FACTS
Les dispositifs FACTS sont consideacutereacutes comme des solutions pour aider les systegravemes
eacutelectriques mais ils preacutesentent des inconveacutenients en plus qursquoils ne sont pas une solution
universelle ils existent plusieurs contraintes pour que ces dispositifs soient efficaces et
rentables [30]
o Le choix du FACTS
o Le choix du modegravele du FACTS
o Choix de la localisation des FACTS
o Protection pour les FACTS et pour le reacuteseau
o Interactions entre les dispositifs FACTS et les autres eacuteleacutements
Nous avons deacutecideacute pour la suite de notre travail de ne pas eacutetudier lrsquoimpact de chaque
cateacutegorie des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique Notre choix srsquoest porteacute sur lrsquoeacutetude du
Compensateur Statique Synchrone (STATCOM) et du Conpensateur statique seacuterie
synchrone (SSSC)Il nous a sembleacute raisonnable drsquoessayer drsquoanalyser lrsquoimpact de la
compensation shunt et de la compensation seacuterie de faccedilon seacutepareacutee avant de regrouper lrsquoeacutetude
de ces concepts FACTS agrave lrsquoaide de la compensation hybride
II9) Conclusion
Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre en premier lieu le concept FACTS ainsi nous
avons donneacute une bregraveve description et des deacutefinitions des divers types de dispositifs FACTS
Cette description est adopteacutee comme classification universelle des systegravemes FACTS La
plupart dentre eux sont deacutejagrave en service dans la pratique Si aujourdhui les FACTS sont encore
peu utiliseacutes par rapport agrave leur potentiel les eacutevolutions techniques de leacutelectronique de
puissance vont rendre les solutions FACTS de plus en plus compeacutetitives face aux
renforcements des reacuteseaux le contexte algeacuterien a eacuteteacute abordeacute ainsi que la conception et le
fonctionnement des 2 dispositifs retenus pour cette eacutetude
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
65
Nous avons choisi deacutetudier le STATCOM et le SSSC comme dispositifs FACTS pour
controcircler et ameacuteliorer la tension et la puissance reacuteactive Le chapitre suivant (chapitre III) sera
deacutedieacute agrave la modeacutelisation des systegravemes FACTS
66
Chapitre 3
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
67
Dans le but drsquoeacutetudier lrsquoimpact des FACTS sur lrsquoameacutelioration de tension des reacuteseaux
eacutelectriques des modegraveles approprieacutes sont neacutecessaires agrave deacutevelopper Nous tenons agrave mentionner
que plusieurs logiciels incorporent ces modegraveles Dans ce chapitre nous allons preacutesenter les
modegraveles matheacutematiques du STATCOM et du SSSC retenus au chapitre II
III1) Introduction
Pour pouvoir observer limpact des dispositifs FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique il est
neacutecessaire de les repreacutesenter par des modegraveles Ceux-ci sont ensuite inteacutegreacutes dans des
programmes de calcul permettant de simuler leurs effets sur lensemble du systegraveme
Plusieurs modegraveles de FACTS ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes tant pour des reacutegimes de
fonctionnement stationnaire que dynamique Certains modegraveles sont speacutecifiques agrave un type de
dispositif alors que dautres plus geacuteneacuteraux sont utiliseacutes pour repreacutesenter plusieurs FACTS
Dans le cadre de ce meacutemoire et plus preacuteciseacutement le chapitre quatre cest lrsquoimpact des
dispositifs FACTS sur le reacuteseau de transport qui est eacutetudieacute Dans ce contexte nous nous
restreignons agrave leacutetude de lrsquoeffondrement de tension et plus particuliegraverement aux effets des
FACTS sur la stabiliteacute des tensions
La modeacutelisation des FACTS est effectueacutee sur la base des eacuteleacutements utiliseacutes dans les
calculs de lrsquoeacutecoulement de puissance Ce sont plus particuliegraverement les geacuteneacuterateurs les
charges les eacuteleacutements shunt ainsi que les lignes et les transformateurs
III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS [26]
III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs
Les geacuteneacuterateurs sont des eacuteleacutements qui permettent la conversion de leacutenergie (meacutecanique
photonique chimique) vers une forme eacutelectrique Ils peuvent fournir ou consommer de
leacutenergie active ou reacuteactive et ils peuvent maintenir un niveau de tension deacutesireacutee
Un geacuteneacuterateur peut ecirctre consideacutereacute comme une source de puissance active et reacuteactive qui
peut maintenir une tension de consigne Agrave cause de facteurs comme la limite thermique du
rotor celle du stator et la limite de stabiliteacute au reacutegime permanent le fonctionnement dun
geacuteneacuterateur est limiteacute en puissance active ainsi quen puissance reacuteactive Ainsi un geacuteneacuterateur
peut ecirctre modeacuteliseacute dans le calcul drsquoeacutecoulement de puissance par le scheacutema de la figure (III1)
Dans lrsquoanalyse de lrsquoeacutecoulement de puissance les geacuteneacuterateurs sont modeacuteliseacutes comme des
injecteurs de courants La puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur est reacutegleacutee agrave travers le
controcircle de la turbine qui doit ecirctre dans les limites de la capaciteacute du systegraveme turbine
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
68
geacuteneacuterateur La tension est lieacutee principalement agrave lrsquoinjection de la puissance reacuteactive au jeu de
barres de production et comme le geacuteneacuterateur doit fonctionner dans les limites de sa courbe de
capaciteacute reacuteactive il nrsquoest pas possible de reacutegler la tension en dehors de certaines limites
admissibles
Avec
Si Puissance apparente complexe
PGi Puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i
QGi Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i
V i Tension complexe au nœud i
δi Deacutephasage de la tension au nœud i
Les limites de production des geacuteneacuterateurs sont deacutefinies par
PGimin le PGi le PGimax
QGimin le QGi le QGimax
Dans les calculs de transit de puissance la puissance PGi est prise constante et la
tension V i peut ecirctre maintenue en module agrave une valeur consigne constante La phase δi et la
puissance reacuteactive quand agrave elles deacutependent de leacutetat du reacuteseau Lorsque QGi deacutepasse une de ces
limites sa valeur est fixeacutee agrave cette valeur limite et la tension ne peut plus ecirctre controcircleacutee Le
nœud nest plus consideacutereacute comme geacuteneacuterateur mais comme une charge
120575119894
119878119894 i 119881 119894
119875119866119894 119876119866119894
119876119866119894
Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur
(III1)
(III2)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
69
III22) Modegraveles des charges [26]
Les charges repreacutesentent les consommateurs connecteacutes au reacuteseau (figure III2) Elles
correspondent agrave des injections neacutegatives aux nœuds Les charges sont modeacuteliseacutees par des
puissances constantes indeacutependantes de la tension nodale
SLi = PLi + j QLi
Ougrave
SLi La puissance complexe de la charge
PLi La puissance active
QLi La puissance reacuteactive
La puissance reacuteactive QLi peut ecirctre positive ou neacutegative selon que la charge est de nature
inductive ou capacitive respectivement
III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt [26]
Dans la plupart des cas les eacuteleacutements shunt sont des dispositifs destineacutes agrave la
compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive et la tenue de la tension chaque eacuteleacutement connecteacute au
reacuteseau sera modeacuteliseacute par des admittances 1199101198940 de la forme
1199101198940 = 1198921198940 + 1198951198871198940
Le symbole geacuteneacuteral repreacutesentant un eacuteleacutement shunt est donneacute agrave la figure III3a La
susceptance 1198871198940 peut ecirctre inductive ou capacitive Dans le premier cas leacuteleacutement consomme de
la puissance reacuteactive (fig III3b) alors quil en fournit au systegraveme dans le second (fig III3c)
Les modegraveles des dispositifs FACTS preacutesenteacute dans la section suivante sont baseacutes sur une
(III3)
Figure III2 Modegravele des charges
PLi QLi
i
(III4)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
70
simple modification des eacuteleacutements approprieacutes de 119884
III24) Modegraveles de la ligne [26]
Les lignes sont deacutefinies par leur scheacutema en 120587 (figure III4) qui caracteacuterise en geacuteneacuteral les
lignes moyennes dont les paramegravetres sont la reacutesistance r la reacuteactance 119909 = 119871 ω et la
susceptance b =119862120596 Dans le cas des lignes longues on peut toujours se ramener agrave un scheacutema
eacutequivalent en 120587 Les lignes de transport sont modeacuteliseacutees par leur scheacutema en 120587 classique dans
lequel la conductance transversale est neacutegligeacutee
La matrice dadmittance nodale dune ligne reliant un nœud i agrave un nœud k est donneacute par
lrsquoeacutequation (III5)
Y = (
yik+
yik0
2
minusyik
minusyik yik + yik0
2
)
Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt a) symbole b) eacuteleacutement
inductif c) eacuteleacutement capacitif
c) eacuteleacutement capacitif
(III5)
i 119909119894119896 119903119894119896 k
119887119894119896119900
2
119887119894119896119900
2
Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
71
Ougrave ladmittance longitudinale yik vaut
yik = 1
rik + j 120013ik
Avec
rik Reacutesistance longitudinale de la ligne
120013ik Reacuteactance longitudinale de la ligne
Ladmittance transversale correspondant aux effets capacitifs seacutecrit
yik0 = j119887ik0
Avec
119887ik0 Sousceptance transversale de la ligne
III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques [32]
Chaque nœud est caracteacuteriseacute par quatre variables Pi Qi Vi θi Si on connaicirct deux des
quatre variables nous permettent de deacuteterminer les deux autres agrave partir des eacutequations
principales de leacutecoulement de puissance En pratique le problegraveme se pose autrement Pour
cela il faut classifier les nœuds du systegraveme comme suit (Tableau III1)
Nœud de charge (P-Q) Pour ce type de nœuds on associe geacuteneacuteralement les charges
Ces derniegraveres sont caracteacuteriseacutees par la consommation des puissances active et reacuteactive
On peut aussi associer des geacuteneacuterateurs avec des puissances active et reacuteactive fixeacutees
Les variables agrave deacuteterminer sont le module et la phase de la tension
Nœud geacuteneacuterateur (P-V) Pour ce type de nœuds on associe les centrales de
production On speacutecifie la puissance active et le module de la tension Les variables agrave
deacuteterminer sont la phase de la tension et la puissance reacuteactive
Nœud bilan (slack bus) Pour ce type de nœud on associe la centrale de production la
plus puissante Dans un nœud k (nœud de reacutefeacuterence ou slack bus) on speacutecifie la phase
et le module de la tension Les valeurs agrave deacuteterminer sont les puissances actives et
reacuteactives
(III6)
(III7)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
72
III26) Modegraveles du transformateur
Les transformateurs sont repreacutesenteacutes par leur impeacutedance connecteacutee en seacuterie avec un
transformateur ideacuteal (figure III5) Le rapport de transformation est reacuteel pour un
transformateur classique alors quil est complexe dans le cas dun transformateur deacutephaseur
De maniegravere geacuteneacuterale le rapport de transformation complexe μik
est deacutefini par
μik
=Ui
Um
avec
Ui Tension complexe au nœud i
Um Tension complexe au nœud m
III27) Modegraveles de la machine synchrone
Nœuds Puissances actives Puissances reacuteactives Module de Tension Lrsquoangle de phase
Nœud (PQ) Connue Connue Inconnue Inconnue
Nœud (PV) Connue Inconnue Connue Inconnue
Nœud (slack
bus)
Inconnue Inconnue Connue Connue
Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme
(III8)
Si i
Ii Im
Um
119898
119903119894119896 Ik
Uk
119909119894119896
Ui μik 1
119896
Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
73
(III10)
La fem de la machine synchrone est donneacutee par la relation suivante
Ersquo = 119881119904+119903119886119868119904+j119883119889119868119904
Ersquo fem transitoire de la machine synchrone
119881119904 Tension aux bornes de la machine
119868119904 courant de la machine
119903119886 Reacutesistance statorique de la machine
119883119889 Reacuteactance transitoire de la machine
La repreacutesentation de la machine synchrone utiliseacutee pour la solution du reacuteseau et le diagramme
de phase sont scheacutematiseacutes dans la figure suivante
Les composantes de la tension 119881119904 aux bornes de la machine suivant les axes d-q sont
119881119889 = 119864prime119889 minus 119903119868119889 minus 119883prime
119902 119868prime119902
119881119902 = 119864prime119902 minus 119903119868119902 + 119883prime119889 119868prime119889
III28) Modeacutelisation du STATCOM
(III9)
Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone
(III11)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
74
(III12)
(III13)
Le STATCOM appartient agrave la deuxiegraveme geacuteneacuteration des dispositifs FACTS Selon
lIEEE Le STATCOM est un moyen de compensation dynamique connecteacute en parallegravele au
systegraveme eacutelectrique il est baseacute sur lrsquoinjection drsquoun courant AC controcircleacute agrave travers un
transformateur de couplage La structure de base drsquoun STATCOM ayant le scheacutema qui est
montreacute par la figure (III7) [33]
En geacuteneacuteral la tension du STATCOM 119881119904ℎest injecteacutee en phase avec la tension 119881119903 de la
ligne et dans ce cas il n y a pas deacutechange de leacutenergie active avec le reacuteseau mais seulement la
puissance reacuteactive qui sera injecteacutee (ou absorbeacutee) par le STATCOM Le STATCOM a le
mecircme rocircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce dispositif capable de deacutelivrer la
puissance reacuteactive mecircme si la tension de jeu de barre de connexion est faible Avec
lhypothegravese dun STATCOM ideacuteal (convertisseur sans pertes) la contrainte de fonctionnement
que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas eacutechanger la puissance active avec le reacuteseau
La tension du STATCOM est donneacute par
119864119904ℎ = 119881119904ℎ(119888119900119904120575119904ℎ + 119895119904119894119899120575119904ℎ)
Le courant injecteacutee par le STATCOM est donneacute par
119868119904ℎ =119881119904ℎ minus 119881119894
119895119883119894
Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
75
(III14)
(III15)
(III16)
(III17)
La puissance de transmission entre les deux systegravemes peut ecirctre repreacutesenteacutee par
La puissance active transmis
119875 = 119881119894119881119904ℎ
119883 119904119894119899(120575119894minus120575119904ℎ)
La puissance reacuteactive transmis
119876 =119881119894
2
119883minus
119881119894119881119904ℎ
119883 cos (120575119894120575119904ℎ)
Ougrave 119881119894119881119904ℎ est la tension aux nœuds (120575119894120575119904ℎ) lrsquoangle entre la tension et X impeacutedance de la
ligne Apregraves lrsquoexeacutecution de quelques opeacuterations complexes les eacutequations de puissance active
et reacuteactive sont obtenues comme suit
119875119904ℎ = 1198811198942119892119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ) + 119887119904ℎ119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ))
119876119904ℎ = minus1198811198942119887119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ) minus 119887119904ℎ119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ))
Avec 119892119904ℎ + 119895119887119904ℎ = 1119885119904ℎ
frasl
119892119904ℎ Conductance eacutequivalente du STATCOM
119887119904ℎ Susceptance eacutequivalente du STATCOM
119885119904ℎ Impedance eacutequivalente du STATCOM
III29) Modeacutelisation du SSSC
Le SSSC peut acqueacuterir un eacuteleacutement de stockage drsquoeacutenergie pour une compensation de la
puissance active momentaneacutement qui reacutesulte dans un maintien efficace de la stabiliteacute du
reacuteseau eacutelectrique Un SSSC est donc modeacuteliseacute comme une source de tension en seacuterie la figure
(III8) montre un SSSC inseacutereacute dans un reacuteseau agrave deux machines et son diagramme vectoriel des
tensions [33]
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
76
(III18)
(III19)
(III20)
(III21)
(III22)
(III23)
A partir du diagramme vectoriel on peut voir que la tension injecteacutee en seacuterie controcircle
directement la tension agrave travers lrsquoinductance X de la ligne qui en la augmentant reacutesulte en
une augmentation dans la valeur du courant et par conseacutequence une augmentation dans la
puissance transmissible agrave travers la ligne Ce fonctionnement est similaire agrave une compensation
seacuterie par un condensateur Si on eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant
de la ligne on obtient le mecircme reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un
condensateur
119880= -j119883119862 119868
Avec 119883119862 qui repreacutesente la reacuteactance capacitive du condensateur Mais comme le SSSC
est une source de tension il peut alors maintenir une tension constante puisque il controcircle
indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC peut augmenter ou diminuer le
flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant la tension injecteacutee en seacuterie agrave la
ligne Comme le SSSC est une source reacuteactive la tension geacuteneacutereacutee est perpendiculaire au
courant de la ligne ce courant est
119868 =1198801minus119880119902minus1198802
119895119883
119920 =120783
119947119935(( 119880120783 minus 119880120784) minus 119880119954
(119880120783minus119880120784)
|119880120783minus119880120784|)
119920 =119947(119880120783minus119880120784)
119935(120783 minus
119880119954
|119880120783minus119880120784|)
Cette eacutequation montre qursquoagrave lrsquoabsence du SSSC la chute de tension agrave travers X
est ( 1198801
minus 1198802
) Si on prend 1198802 Comme reacutefeacuterence du SSSC
1198802
= U2
et
Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
77
(III24)
(III25)
1198801=1198801(119888119900119904120575 + 119895119904119894119899120575)
Si on prend par consideacuteration que
|119880120783
minus 119880120784
| = radic119880120783120784 + 119932120784
120784 minus 120784119932120783119932120784119940119952119956120633
Ce qui nous donne la puissance agrave travers la ligne
P = 11988011198802119904119894119899120575
119883(1 minus
119880119902
radic11988012+1198802
2minus211988011198802119888119900119904120575
)
Par conseacutequent la puissance transmise P est une fonction de la tension injecteacutee La
puissance transmise en fonction de lrsquoangle δ
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
78
III3) Conclusion
Dans ce chapitre nous avons modeacuteliseacute les diffeacuterents composants du reacuteseau eacutelectrique agrave
savoir les lignes de transport les transformateurs et les charge les machines
synchroneshellipetc
Des modegraveles simplifieacutes de deux diffeacuterents types de FACTS agrave savoir le STATCOM et le
SSSC baseacute sur la modification de la matrice admittance 119884 et suitable pour lrsquoeacutetude du controcircle
du power flow et la reacutegulation de la tension ont eacuteteacute deacutemontreacutees dans ce chapitre Les deux
modegraveles ont eacuteteacute observeacutes dans la litteacuterature Agrave cet effet une bregraveve preacutesentation des approches
existantes agrave des modegraveles de ces deux dispositifs FACTS ont eacuteteacute fournis Les modegraveles
seacutelectionneacutes sont faciles agrave impleacutementer dans les logiciels du power flow comme le PSAT Au
chapitre suivant crsquoest lrsquoimpact du STATCOM et du SSSC sur lrsquoeffondrement de tension qui
sera analyseacute
79
Chapitre 4
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
80
IV1) Introduction
Le transfert de puissance au travers drsquoun reacuteseau eacutelectrique srsquoaccompagne de chutes de
tension entre les points de production et ceux de consommation Dans des conditions
normales de fonctionnement ces chutes de tension sont de lrsquoordre de quelque pour cents de la
tension nominale Une des preacuteoccupations des planificateurs et des exploitants est de srsquoassurer
que les tensions aux diffeacuterents jeux de barres du reacuteseau demeurent malgreacute tout dans des
limites prescrites speacutecialement dans des conditions de forte charge etou suite agrave des incidents
plausibles Dans certaines circonstances cependant dans les secondes ou dans les minutes qui
suivent lrsquoapparition drsquoune perturbation les tensions peuvent deacutecroitre de maniegravere
catastrophique agrave tel point que la puissance ne peut plus ecirctre achemineacutee correctement aux
consommateurs et que lrsquointeacutegriteacute du systegraveme peut ecirctre mise en danger
Le meacutecanisme qui sous-tend cet affaissement des tensions est lrsquoinstabiliteacute de tension et
la catastrophe qui en reacutesulte est lrsquoeffondrement de tension [34]
En termes simples lrsquoinstabiliteacute de la tension provient drsquoun comportement des charges
qui tend agrave ramener la consommation de puissance de celles-ci au-delagrave de ce que peuvent
fournir ensemble le reacuteseau de transport et les geacuteneacuterateurs
Dans de nombreux reacuteseaux agrave travers le monde lrsquoinstabiliteacute de tension est consideacutereacutee
comme une source majeure de deacutefaillance au moins aussi importante que les surcharges
thermiques drsquoeacutequipements (et le risque associeacute de deacuteclenchements en cascade) ou lrsquoinstabiliteacute
angulaire (perte de synchronisme entre geacuteneacuterateurs) connues depuis plus longtemps
Plusieurs facteurs contribuent agrave cet eacutetat de fait
- comme on le sait la construction de nouvelles lignes eacutelectriques est de
plus en plus difficile souvent retardeacutee et parfois impossible
- la concentration de la production dans ces centrales de plus en plus
puissantes a diminueacute le nombre de points tenus en tension dans le reacuteseau et
augmenteacute les distances eacutelectriques entre centres de production et de consommation
Certes lrsquoeacutemergence de la production deacutecentraliseacutee va quelque peu inverser cette
tendance en rapprochant producteurs et consommateurs Encore faut ndashil que ces
sources drsquoeacutenergie fournissent les services auxiliaires que sont la reacutegulation de
tension et la mise agrave disposition drsquoune reacuteserve de puissance reacuteactive
- lrsquousage massif de condensateurs shunt pour soutenir le profil de tension
permet de transporter de plus grandes quantiteacutes de puissance mais rapproche le point
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
81
drsquoinstabiliteacute des plages de fonctionnement normal
- lrsquoinstabiliteacute de tension est souvent deacuteclencheacutee par la perte
drsquoeacutequipements de transport et ou de production incidents dont la probabiliteacute
drsquoapparition est relativement eacuteleveacutee (compareacutee par exemple agrave celle du court-circuit
triphaseacute consideacutereacute en stabiliteacute transitoire angulaire)
- lrsquoouverture du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute incite agrave faire fonctionner les
reacuteseaux plus pregraves de leurs limites physiques pour des raisons de rentabiliteacute
eacuteconomique Plus encore que par le passeacute il est donc neacutecessaire drsquoeacutevaluer ces
limites en particulier vis ndashagrave vis du risque drsquoinstabiliteacute de tension
IV2) Outils de simulation
Plusieurs outils de simulation ont eacuteteacute utiliseacutes dans lrsquoanalyse et lrsquoeacutetude des reacuteseaux
eacutelectriques tels que (Matlab EMTP Etap PowerWorld PSAThellip etc) Ces logiciels
permettent de nous renseigner sur les diffeacuterents facteurs drsquoun reacuteseau eacutelectrique et agrave simuler les
diffeacuterents cas pour avoir les paramegravetres du reacuteseau Ces derniers utilisent les mecircmes
concepts Dans ce meacutemoire le logiciel PSAT est utiliseacute pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de
tension drsquoun reacuteseau de transport
PSAT est un logiciel librement distribueacutes conccedilu par Federico Milano baseacute sur
MATLAB pour lanalyse et lrsquooptimisation des reacuteseaux eacutelectriques Lrsquointerface graphique
interactive du PSAT permet agrave lrsquoutilisateur drsquoeffectuer les fonctions statiques et dynamiques
suivantes [35]
Calcul drsquoeacutecoulement de puissance (Power Flow- PF)
Calcul drsquoeacutecoulement de puissance Optimal (Optimal Power Flow- OPF)
Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation Power Flow- CPF)
Analyse de la stabiliteacute de petites perturbations (Small Signal Stability Analysis-
SSSA)
Simulation temporelle (Time Domaine Simulation- TDS)
Analyse transitoire drsquoeacutelectromagneacutetique (Electro Magnetic Transient Analysis-
EMT)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
82
Interface graphique (Graphical User Interface- GUI)
Eacutediteur de reacuteseau graphique (Graphical Network Editor- GNE)
Toutes les opeacuterations de PSAT peuvent ecirctre reacuteparties en deux genres drsquoanalyse
- La premiegravere analyse est de reacutesoudre les problegravemes de lrsquoeacutecoulement de puissance
Cette application srsquoeffectue dans une page de commande ou un eacutediteur comme
montre la figure (IV1)
- La seconde analyse est drsquoimplanter le reacuteseau agrave eacutetudier en utilisant une bibliothegraveque
de Simulink qui contient de nombreux modegraveles pour lrsquoimplantation des systegravemes
eacutelectriques comme montreacute dans la figure (IV2)
IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques
La deacutefinition et les types de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques sont repreacutesenteacutes dans le
chapitre I
Durant les derniegraveres deacutecennies la stabiliteacute de tension dans les systegravemes dalimentation
est devenue un vaste champ de recherches Les pheacutenomegravenes dinstabiliteacute en tension peuvent
srsquoeacutetendre dans une plage de temps allant de quelques secondes agrave quelques heures et ont eacuteteacute
eacutetudieacutes en utilisant une varieacuteteacute de modegraveles statiques et dynamiques y compris les reacutegulateurs
et les dispositifs eacutelectroniques de puissance
Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
83
Les sujets pertinents pour le marcheacute de leacutelectriciteacute et pour les techniques optimales
deacutecoulement de puissance sont geacuteneacuteralement les pheacutenomegravenes drsquoeffondrement de tension
reacutesultant des variations de charge et des opeacuterations de commutation Lrsquoeffondrement de
tension est geacuteneacuteralement la conseacutequence de laugmentation de la charge dans les systegravemes
caracteacuteriseacutes par des conditions de chargement lourd et ou lorsque survient une modification
dans le systegraveme comme une ligne hors service Le reacutesultat est geacuteneacuteralement que le point de
fonctionnement actuel qui est stable laquodisparaicirctraquo et le systegraveme transitoire suivant conduit agrave
une rapide irreacutecupeacuterable baisse de tension
IV31) Facteur de charge et les directions de puissance [34]
Loutil analytique le plus accepteacute pour lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes de lrsquoeffondrement de
tension est la theacuteorie de la bifurcation qui est une theacuteorie matheacutematique geacuteneacuterale capable de
classer les instabiliteacutes drsquoeacutetudier le comportement du systegraveme dans le voisinage
drsquoeffondrement ou des points instables et de donner une information quantitative sur les
actions correctives pour eacuteviter les conditions critiques
Dans la theacuteorie de la bifurcation il est supposeacute que les eacutequations du systegraveme deacutependent
dun ensemble de paramegravetres avec des variables deacutetat comme suit
0 = 119891 (120013 λ)
avec
119891 Eacutequation de lrsquoeacutecoulement de puissance
120013 Variables deacutependantes
120582 Facteur de charge
Alors les proprieacuteteacutes de la stabiliteacute instabiliteacute sont eacutevalueacutees en variant lsquolsquolentementrsquorsquo les
paramegravetres Dans ce meacutemoire le paramegravetre utiliseacute pour eacutetudier la proximiteacute du systegraveme de
lrsquoeffondrement de tension est le soi-disant facteur de charge 120582 (120582 isin ℛ) ce qui modifie les
puissances du geacuteneacuterateur et la charge comme suit
(IV1)
1198751198661 = (1 + 120582)(1198751198660 + 119875119878)
1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)
1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)
(IV2)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
84
Avec
1198751198660 Puissance active du geacuteneacuterateur
1198751198710 Puissance active de la charge
119875119878 Fourniture de lrsquooffre (Supply bids)
119875119863 Demande drsquooffre (Demand bids)
Les puissances qui multiplient λ sont appeleacutees les puissances de direction Les eacutequations
(IV2) diffegraverent du modegravele geacuteneacuteralement utiliseacute dans lanalyse du calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) cest-agrave-dire
Ougrave le facteur de charge touche uniquement les variables puissances PS et PD Dans les
diagrammes typiques de bifurcation les tensions sont traceacutees en fonction de λ cest agrave dire la
mesure de la capaciteacute de charge du systegraveme obtenant ainsi les courbes V(p)
Les indices 0 1 et 2 deacutenotent le cas de base le premier point et le deuxiegraveme point de
directions des puissances respectivement
IV 32) Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation
power flow- CPF) [34]
Les techniques du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance sont largement
reconnues comme un outil preacutecieux pour deacuteterminer les courbes V(P) du systegraveme de
puissance et permettent destimer les conditions de chargement maximal et des solutions
laquocritiquesraquo (par exemple saddle-node et limites induites de points de bifurcation) Malgreacute que
les grands systegravemes neacutecessitent un calcul numeacuterique exigeant le CPF nest pas affecteacutee par
des instabiliteacutes numeacuteriques En fait il est capable de deacuteterminer la partie stable et instable des
courbes V(p) et peut fournir des informations suppleacutementaires telles que les facteurs de
sensibiliteacute de la solution actuelle agrave leacutegard des paramegravetres pertinents
Dun point de vue matheacutematique le CPF est une technique dhomotopie et permet
dexplorer la stabiliteacute des eacutequations du systegraveme eacutelectrique en faisant varier un paramegravetre du
systegraveme qui dans les eacutetudes de stabiliteacute statique et dynamique typique de tension est le
paramegravetre de charge λ De maniegravere geacuteneacuterale le CPF consiste en un pas preacutedicteur reacutealiseacute par
le calcul du vecteur tangent et un pas correcteur qui peut ecirctre obtenu soit par lintermeacutediaire
PG2 = (PG0 + λPS)
PL2 = (PL0 + λPD)
PL2 = (PL0 + λPD)
(IV3)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
85
dun parameacutetrage local ou agrave une intersection perpendiculaire
a) Pas preacutedicteur
Au point deacutequilibre geacuteneacuterique p la relation suivante sapplique
Et le vecteur tangent peut ecirctre approximeacute par
Agrave partir de lrsquoeacutequation (IV4) et (IV5) on a
Agrave ce point un pas de grandeur k de controcircle doit ecirctre choisi pour deacuteterminer la quantiteacute Δ120013119901
et Δ120582119901 avec une normalisation afin deacuteviter de grands pas quand 120591119901 est grand
Δ120582119901 ≜ 119896
120591119901 Δ120013119901 ≜
119896 120591119901
120591119901
Ougrave ∙ est la norme euclidienne et 119896 = plusmn1 Le signe de k deacutetermine lrsquoaugmentation ou la
diminution de 120582 La figure (IV3) preacutesente une repreacutesentation graphique du pas preacutedicteur
119891(120013 p λp) = 0 rArr d119891
dλ|
p= D120013 119891|p
d120013
dλ|
p+
d119891
dλ|
p= 0 (IV4)
120591p = d120013
dλ|
p asymp
Δ 120013 p
∆λp
(IV5)
120591119901 = minus D120013 119891|pminus1
part119891
partλ|
p
∆120013p = 120591119901 ∆λp
(IV6)
(IV7)
(120013119901 120582119901)
120591119901
119891(120013 120582) = 0
(120013119875 + ∆120013119875 120582119875 + ∆120582119875)
Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance
pas preacutedicteur obtenu par les moyens de la tangente
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
86
b) Pas correcteur
Pour le pas correcteur lrsquoensemble des eacutequations n+1 est reacutesolu
119891(120013 λ) = 0
120578(120013 λ) = 0
Ougrave la solution de 119891 doit ecirctre dans le collecteur de bifurcation et 120578 est une eacutequation
additionnelle pour garantir un ensemble non singulier au point de bifurcation Pour le choix de
120578 il yrsquoa deux options lrsquointersection perpendiculaire et la parameacutetrisation locale
Dans le cas de lrsquointersection perpendiculaire dont la repreacutesentation est donneacutee par la figure
(IV2) lrsquoexpression de 120578 devient (eacutequation IV9)
Tandis que pour la parameacutetrisation locale soit le paramegravetre 120582 soit la variable 120013119894 est forceacutee
drsquoecirctre une valeur fixe
(120013119901 120582119901)
119891(120013 120582) = 0
(120013119888 120582119888)
(120013119888 minus (120013119875 + ∆120013119875 ) 120582119888 minus (120582119875 + Δ120582119901 ) )
120578 (120013 λ) = [Δ120013p
Δλp]
T
[120013c minus (120013p + Δ120013p)
λc minus (λp minus Δλp)] = 0
ppcx )(
(IV8)
(IV9)
(IV10)
Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas
correcteur obtenu par les moyens dintersection perpendiculaire
P
900
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
87
Ou
pipici xxxx )(
Le choix pour que la variable soit fixe deacutepend du collecteur de bifurcation de 119891 comme
crsquoest preacutesenteacute agrave la figure (IV5)
IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE 39 nœuds
IV41) Preacutesentation du reacuteseau
Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds est un reacuteseau de transport standard IEEE New England
39 nœuds sera utiliseacute pour les diffeacuterents sceacutenarios de nos simulations Ce reacuteseau repreacutesente
une simplification du reacuteseau de transport de la reacutegion Nouvelle Angleterre (nord-est des Etats-
Unis) Il srsquoagit donc drsquoune partie drsquoun reacuteseau reacuteel ameacutericain Ce reacuteseau fonctionne agrave 100
kV et comporte 10 geacuteneacuterateurs (119875119866119905119900119905119886119897119890= 619 Gw 119876119866119905119900119905119886119897119890= 113 Gvar) et 39 nœuds dont
19 nœuds de charge et 48 lignes Un scheacutema complet de ce reacuteseau est preacutesenteacute par la figure
IV6) [36]
Les donneacutees des jeux de barres ainsi que les caracteacuteristiques des branches sont
indiqueacutees dans lrsquoannexe A1
Le reacuteseau de transport IEEE-39 nœuds est constitueacute de 3 reacutegions (figure IV7) Chaque
reacutegion contient des nœuds PV et des nœuds PQ ainsi des geacuteneacuterateurs synchrones
(IV11)
Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas
correcteur obtenu par les moyens de la parameacutetrisation locale
λ
Correcteur
Correcteur
x
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
88
En utilisant la technique du CPF la stabiliteacute de tension est eacutetudieacutee Le comportement du
systegraveme test consideacutereacute avec et sans les dispositifs FACTS sous diffeacuterentes conditions de
charge est eacutetudieacute Lrsquoemplacement des FACTS est deacutetermineacute agrave travers le CPF
Un modegravele classique PQ est utiliseacute pour les charges Les limites des geacuteneacuterateurs sont
ignoreacutees Lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension est effectueacutee en commenccedilant agrave partir dun point
de fonctionnement stable initiale et en augmentant ensuite les charges par le facteur 120582 jusqursquoagrave
atteindre le point de singulariteacute de la lineacutearisation de lrsquoeacutecoulement de puissance
Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
89
Lorganigramme de la stabiliteacute de tension avec les FACTS en utilisant la meacutethode CPF
est illustreacute par la figure (IV8)
De la figure (IV8) on peut observer que les eacutequations des dispositifs FACTS sont
ajouteacutees dans les eacutequations de lrsquoeacutecoulement de puissance Les nouvelles eacutequations de
lrsquoeacutecoulement de puissance sont ensuite utiliseacutees dans le pas correcteur du processus CPF
Zone I
Noeuds (PQ) 4 5 6
7 8 910 11 12 13
14
Noeuds (PV) 31 32 39
Zone II
Noeuds(PQ) 1 2 3 17 18 25 26
27
Noeuds(PV) 3037
Zone III
Noeuds (PQ) 15 16 19 20 21 22 23 24
28 29
Noeuds (PV) 3334353638
Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds
Reacuteseau IEEE 39-nœuds
Geacuteneacuterateurs synchrones
30 31323334353637
3839
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
90
IV5) Emplacement du STATCOM
Fixer le nombre des points du CPF
Reacutesoudre les eacutequations de
lrsquoeacutecoulement de puissance de
charge avec les FACTS
Reacutesoudre les eacutequations de
lrsquoeacutecroulement de charge avec les
FACTS
Nombres des points de CPF
Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS
Lire les donneacutees
Pas preacutedicteur dans la meacutethode
CPF
Creacuteer les eacutequations de lrsquoeacutecoulement
de puissance avec les eacutequations du
FACTS
La courbe PV
complegravete
Fin
Deacutebut
Pas correcteur dans la meacutethode
CPF
Non
Oui
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
91
IV5) Emplacement du STATCOM
Drsquoapregraves le profil de tension (figure IV9) ainsi une preacutesentation des nœuds critiques sur
la figure (IV10) et leurs courbes V(p) obtenues par la meacutethode du CPF illustreacutee aux figures
(IV11 IV12 IV13) nous implanterons le STATCOM sur le nœud de charge le plus fragile
du reacuteseau de transport Le point de chargement maximal ou le point de bifurcation quand la
matrice jacobienne est singuliegravere survient agrave 120640=22806 pu
Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone
Reacuteseau IEEE 39-nœuds
Zone I
Les noeuds fragiles
875641214
le noeud le plus critique 8
Zone II
Les noeuds fragiles
3181727
le noeud le plus critique 3
Zone III
Les noeuds fragiles
1516242128
le noeud le plus critique 15
Figure IV9 Profil des tensions du reacuteseau IEEE 39-nœuds
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
92
Le calcul du CPF sur le reacuteseau seul (crsquoest ndash agrave dire sans y inseacuterer le STATCOM) a
montreacute que le nœud concerneacute est le nœud 8 de la zone 1
IV51) Impact du STATCOM
Apregraves la deacutetermination du nœud fragile du reacuteseau consideacutereacute et qui a besoin drsquoecirctre
soutenus les valeurs nominales (the ratings) du STATCOM doivent ecirctre choisies il est agrave
Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de
base)
0 05 1 15 2 25
065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
X 228
Y 07822
Lambda(pu)
Tensio
ns(pu)
Zone 3
V15
V16
V21
V24
V28
Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme
(eacutetat de base)
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
115
12
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu
)
Zone 2
V3
V17
V18
V27
Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1
du systegraveme (eacutetat de base)
0 05 1 15 2 250
02
04
06
08
1
12
14
X 228
Y 06766
Lambda (pu)
Tensio
ns(p
u)
Zone 1
V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
93
preacutevoir que par lintroduction du STATCOM aux nœuds critiques le profil de tension sera
plat et le facteur de charge du systegraveme va augmenter
Les gestionnaires des reacuteseaux eacutelectriques imposent une toleacuterance de plusmn 5 sur la tension
du reacuteseau de transport pour garantir une qualiteacute de distribution de lrsquoeacutelectriciteacute Nous
prendrons donc 119880119898119894119899 = 095pu et 119880119898119886119909 = 105 pu (soit respectivement 95KV et 105 KV
pour notre reacuteseau de transport de 100KV nominal) On obtient les valeurs nominales de la
puissance reacuteactive du STATCOM par [21]
119876119898119886119909 = 119868119871119898119886119909 lowast 119880119898119886119909
Et
119876119898119898119894119899 = 119868119888119898119886119909 lowast 119880119898119894119899
Drsquoougrave 119883119878119871 = 119880max minus 119880119898119894119899
119868119871119898119886119909minus 119868119888119898119886119909
Avec
119868119871119898119886119909 Courant inductif maximum
119868119888119898119886119909 Courant capacitif maximum
119880119898119886119909 119880119898119894119899 tension limites en reacutegulation
119883119878119871 ∶ Pente de la caracteacuteristique statique dans la zone de fonctionnement en reacutegulation
Quand le STATCOM est connecteacute au nœud 8 on observe drsquoapregraves la figure (IV14) que
les nœuds les plus fragiles de la zone 1 ont un profil de tension plus plat que lrsquoeacutetat de base et
introduire le STATCOM va augmenter le facteur de charge agrave la valeur maximale Comme
attendu le point de bifurcation pour le STATCOM placeacute au nœud 8 survient agrave une valeur de
charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 231 pu Sa puissance reacuteactive capacitive calculeacutee drsquoapregraves les
eacutequations IV12 et IV13 est de ndash 380 Mvar + 420 Mvar pour une puissance de base de
100MVA
(IV12)
(IV13)
(IV14)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
94
IV511) Profils des tensions et les pertes de puissances dans le
systegraveme
Les profils des tensions du cas de base et du systegraveme avec le STATCOM sont illustreacutes
agrave la figure (IV15) Il est eacutevident agrave partir de cette figure que le STATCOM fournit un meilleur
profil de tension au point drsquoeffondrement de tension compareacute agrave lrsquoeacutetat de base Cela est ducirc au
fait que le STATCOM est installeacute au nœud le plus faible
Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV16)
et la figure (IV17) respectivement Lrsquoaugmentation des pertes au voisinage du point
drsquoeffondrement est faible dans le cas du STATCOM placeacute au nœud 8
Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Ten
sion
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 8
Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
X 2315
Y 07441
Lambda(pu)
Tensio
ns(p
u
Zone STATCOM au 8
V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
95
La figure (IV18) illustre le paramegravetre de charge pour diffeacuterents emplacements du
STATCOM sur les nœuds les plus critiques des 3 zones selon les courbes V(p) des figures
(IV11 IV12 et IV13)
Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives
avec STATCOM au nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Zone 1 avec STATCOM au noeud 8
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 8
Figure IV17 Profils de pertes de
puissances reacuteactives avec STATCOM au
nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 1 avec STATCOM au noeud 8
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 8
Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM
[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
225
226
227
228
229
23
231
232
233
234
Base STATACOM aunœud 08
STATACOM aunœud 03
STATACOM aunœud 15
22806
23164232
234
Paramegravetre de charge(pu)
Paramegravetre decharge(pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
96
Puisque notre but agrave travers la recherche de lrsquoemplacement ideacuteal du dispositif
STATCOM est drsquoaugmenter la stabiliteacute de tension c-agrave-d maximiser le facteur de charge 120582 du
systegraveme tous en controcirclant la tension et minimisant les pertes des puissances actives et
reacuteactives nous placcedilons le mecircme STATCOM sur ces diffeacuterents nœuds fragiles et nous
observons lrsquoimpact qursquoil peut apporter
Le STATCOM placeacute sur le nœud 3 de la zone 2 et le nœud 15 de la zone 3 offre le
maximum du facteur de charge (voir figure IV18)
Les courbes V(p) avec le STATCOM sur les nœuds 3 et 15 sont illustreacutes sur les figures
(IV19) et (IV20) ainsi leurs profils des tensions sont illustreacutes sur les figures (IV21) et
(IV22)
Drsquoapregraves ces figures on constate une leacutegegravere ameacutelioration de tension sur les nœuds 2 3 et
4 pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3
Pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 15 on remarque sur les profils des
tensions une leacutegegravere baisse de tension sur les nœuds 5 6 7 8 9 11 et 13 et une ameacutelioration
pour les nœuds 15 16 17 18 et 20
Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au
nœud 03
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
115
12
Lambda(pu)
Tensio
n (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
X 2325
Y 08385
V3
V17
V18
V27
Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au
nœud 15
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
X 234
Y 07461
Lambda(pu)
Tensio
ns(p
u)
Zone 3 avec STATCOM au noeud 15
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
97
Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV23)
et la figure (IV24) respectivement pour le STATCOM au nœud 3 et les figures (IV25) et
(IV26) pour le STATCOM au nœud 15 Lrsquoaugmentation des pertes actives et reacuteactives au
voisinage du point drsquoeffondrement est grande dans le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3
et 15 presque pour tous les nœuds
Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme
avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 3
Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme
avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns(p
u)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 15
Figure IV23 Profils de pertes de puissances
actives avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 03
Figure IV24 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 03
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
98
IV512) Synthegravese
Les diffeacuterents emplacements du STATCOM preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE
39 nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV27) et
(IV28) syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du STATCOM Notre choix du nœud 8
comme un nœud fragile qui avait besoin drsquoecirctre soutenu est raisonnable vu lrsquoapport qursquoil a
fourni (figure IV28)
Figure IV25 Profils de pertes de puissance actives
avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 15
Figure IV26 Profils de pertes de puissance
reacuteactives avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 3 avec STATCOM au noeud 15
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 15
Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les
diffeacuterents emplacements du STATCOM [Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
0
20
40
60
80
100
Base STATCOMau 08
STATCOMau 03
STATCOMau 15
404 354 418 415
895298
738
9261 9249
Pertes de puissancesactives (pu)
Pertes de puissancesreacuteactives (pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
99
IV6) Emplacement du SSSC
Comme nous lrsquoavons deacutejagrave signaleacute dans le chapitre 2 Un SSSC fonctionne sans la
preacutesence drsquoune source de tension externe Il opegravere comme une source de tension en seacuterie agrave la
ligne Cette source geacutenegravere une tension en quadrature avec et controcircleacutee seacutepareacutement du courant
qui passe agrave travers la ligne dont le but drsquoaugmenter ou de diminuer la tension injecteacute en seacuterie
dans la ligne et par conseacutequence controcircler le flux de puissance qui passe agrave travers la ligne
Son fonctionnement est similaire agrave une compensation seacuterie par un condensateur Si on
eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant de la ligne on obtient le mecircme
reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un condensateur
119880119902 = minus119895 119883119888119868
Avec
119883119888 Reacuteactance capacitive du condensateur
(IV15)
Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du STATCOM
[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
07846081614
073999
0
02
04
06
08
1
12
1 5 10 15 20 25 30 35
Zone 1 (08)
Zone 2 (03)
Zone 3 (15)
Base
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
100
Mais comme le SSSC est une source de tension il peut alors maintenir une tension
constante puisque il la controcircle indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC
peut augmenter ou diminuer le flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant
la tension injecteacutee en seacuterie agrave la ligne
Dans nos simulations nous avons reacutegleacute la tension injecteacutee entre ses limites ainsi le taux de
compensation du SSSC
IV61) Impact du SSSC
Drsquoapregraves la figure (IV6) et la figure (IV9) le nœud 8 le plus fragile est alimenteacute par trois
lignes 8-5 8-7 et 8-9 Donc pour seacutelectionner lrsquoemplacement du SSSC nous allons nous baser
sur lrsquoaugmentation maximale de la puissance au point de lrsquoeffondrement [34] Les figures
(IV29) et (IV30) montrent clairement que les puissances actives et reacuteactives sur la ligne 15
(8-9) sont maximales au point de lrsquoeffondrement de tension
Apregraves lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 15 les figures (IV31) (IV32) et (IV33)
montrent les courbes V(p) des 3 zones le point de bifurcation pour le SSSC inseacutereacutee sur la
ligne 15 survient agrave une valeur de charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 239 pu Nous pouvons
remarquer que les courbes V(p) gardent toujours la partie infeacuterieure (partie instable) de la
courbe
Figure IV29 Puissances actives
maximales au point drsquoeffondrement
0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Lambda (pu)
Puis
sance a
ctives (
pu
X 228
Y -08897
X 228
Y 4079
X 228
Y 7041
PBUS05 BUS08
PBUS07 BUS08
PBUS08 BUS09
Figure IV30 Puissances reacuteactives
maximales au point drsquoeffondrement
0 05 1 15 2-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
Lambda (pu)
Puis
sances r
eacuteactives(p
u)
X 228
Y 1762
X 228
Y -05669
X 228
Y -4221
QBUS05 BUS08
QBUS07 BUS08
QBUS08 BUS09
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
101
Les profils des tensions des pertes actives et reacuteactives sont illustreacutes sur les figures
(IV34) (IV35) (IV36) respectivement
Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC
sur la ligne 15
0 05 1 15 2 25065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
115
X 239
Y 07389
Lambda (pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 2 avec SSSS sur la ligne 15
V3
V17
V18
V27
Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec
SSSC sur la ligne 15
0 05 1 15 2 250
02
04
06
08
1
12
14
X 239
Y 06732
Lambda(pu)
Tensio
n(p
u)
Zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15
0 05 1 15 2 2505
06
07
08
09
1
11
12
X 239
Y 06487
Lambda (pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 avec SSSC sur la ligne 15
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
102
Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tens
ions
(pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 15
Figure IV35 Profils de pertes de
puissances actives avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 15
Figure IV36 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
103
Drsquoapregraves ces reacutesultats nous pouvons conclure que le SSSC inseacutereacute sur la ligne 15 de la
zone 1 nrsquoa pas ameacutelioreacute les profils de tension les pertes actives et reacuteactives au point
drsquoeffondrement de tension
Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion pour le SSSC nous allons le placeacute dans
la zone 3 ougrave se trouve le 2egraveme nœud fragile drsquoapregraves la courbe de la figure IV9 qui est le nœud
15
Nos simulations nous en permettent de trouver 2 situations critiques lors de
lrsquoeffondrement de tension sur la ligne 45 (22- 35) et la ligne 48 (29- 38) leurs puissances
actives et reacuteactives au point drsquoeffondrement sont illustreacutees par les figures (IV37) et (IV38)
IV611) SSSC inseacutereacute sur la ligne 45
Nous avons inseacutereacute le SSSC sur la ligne 45 entre le nœud 22 et le nœud 35 la courbe
V(p) de la zone 3 (zone drsquoinsertion du SSSC) les profils de tensions les pertes actives et
reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV39) (IV40) (IV41) et (IV42) respectivement
Figure IV37 Puissances actives
maximales au point drsquoeffondrement de la
zone 3
0 05 1 15 2-20
-15
-10
-5
0
5
X 228
Y -1513
Lambda (pu)
Puis
sances a
ctives (
pu)
Zone 3 Etat de base
X 228
Y -1895
PBUS22 BUS35
PBUS29 BUS38
Figure IV38 Puissances reacuteactives
maximales au point drsquoeffondrement de la
zone 3
0 05 1 15 2-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
X 2281
Y -3841
Lambda (pu)
puis
sances r
eacuteactives (
pu)
Zone 3 Etat de base
X 2281
Y -945Q
BUS22 BUS35
QBUS29 BUS38
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
104
Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 45 les profils des tensions sont meilleurs par apport
agrave ceux du SSSC sur la ligne 15 de la zone 1
IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48
Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion du SSSC sur notre reacuteseau de transport
nous allons lrsquoinseacutereacute sur la ligne 48 entre le nœud 29 et le nœud 38 la courbe V(p) les profils
de tensions les pertes actives et reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV43) (IV44)
(IV45) et (IV46) respectivement
Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme
avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV41 Profils de pertes de puissances
actives avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV42 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec
SSSC sur la ligne 45
0 05 1 15 2 25065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
115
X 234
Y 07265
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 SSSC sur la ligne 45
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
105
Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 les profils des tensions ne sont pas meilleurs
par apport au cas du SSSC sur la ligne 45 mais pour les pertes reacuteactives lrsquoinsertion sur la
ligne 48 est meilleure que pour lrsquoinsertion sur la ligne 45
Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec
SSSC sur la ligne 48
0 05 1 15 2 25
065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
X 2306
Y 0704
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 avec SSSC sur la ligne 48
V15
V16
V21
V24
V28
Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme
avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 48
Figure IV46 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Petes reacuteactiv
es (pu)
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48
Figure IV45 Profils de pertes de puissances
actives avec SSSC sur la ligne 48
Figure (IV45) Profils de pertes de puissance
actives avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pertes activ
es (pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 48
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
106
IV613) Synthegravese
Les diffeacuterents emplacements du SSSC preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE 39
nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV47) et (IV48)
syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du SSSC
Lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 45 de la zone 3 nous a fourni des meilleurs reacutesultats au
point drsquoeffondrement
Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC
[Extrait de lrsquoannexe B1 B3]
222
224
226
228
23
232
234
236
238
24
Base SSSC agrave laligne 15
SSSC agrave laligne 45
SSSC agrave laligne 48
22806
239
234
23
Paramegravetre de charge(pu)
Paramegravetre de charge(pu)
Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents
emplacements du SSSC [Extrait de lrsquoannexe B1 B3]
0
20
40
60
80
100
120
Base SSSC agrave laligne 15
SSSC agrave laligne 45
SSSC agrave laligne 48
404 466 402 363
89529810482
8381 8211
Pertes Actives (pu)
Pertes Reactives (pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
107
IV7) Conclusion
Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre une eacutetude de lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute des
reacuteseaux eacutelectriques en y inseacuterant deux systegravemes FACTS le STATCOM (Static Synchronous
Compensator) et le SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Le reacuteseau utiliseacute pour
les simulations est le reacuteseau de transport IEEE_39 nœuds Lrsquoanalyse des performances du
reacuteseau porte sur le support du profil de tension lrsquoaugmentation de la stabiliteacute en tension et la
diminution des pertes actives et reacuteactives et ce pour lrsquoeffondrement de tension Le
programme utiliseacute est un logiciel de calcul drsquoeacutecoulement de puissance (PF) et le calcul
continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) [PSAT]
Les tests effectueacutes ont montreacute plusieurs reacutesultats inteacuteressants Tout drsquoabord le systegraveme
FACTS shunt (le STATCOM) assure une stabilisation globale du reacuteseau En effet dans tous
les cas le STATCOM tend soit agrave stabiliser tous les nœuds soit en agrave stabiliser certains sans
affecter les autres En tout eacutetat de cause ce systegraveme nrsquoa jamais deacutestabiliseacute un nœud quel qursquoil
soit En fait le STATCOM ameacuteliore les performances du reacuteseau eacutelectrique (surtout en termes
de stabiliteacute et de soutien de tension) en fournissant de la puissance reacuteactive dans la zone de
charge Ceci doit ecirctre nuanceacute en ce qui concerne le compensateur seacuterie Si celui ndashci peut avoir
un bon comportement local crsquoest-agrave-dire dans la zone ougrave il est implanteacute en augmentant le
paramegravetre de charge il peut deacutestabiliser certains nœuds du reacuteseau Cette deacutestabilisation risque
drsquoecirctre importante Pour ecirctre efficace un SSSC doit ecirctre implanteacute sur une ligne preacutesentant des
puissances maximales au point drsquoeffondrement
Les reacutesultats obtenus pour la stabiliteacute de tension restent valables pour le support du
profil de tension On peut toutefois noter que la stabiliteacute drsquoun nœud ne deacutepend pas
uniquement de son niveau de tension crsquoest-agrave-dire qursquoun nœud agrave tension eacuteleveacutee peut malgreacute
tout ecirctre instable
Gracircce agrave lrsquoinsertion de ces deux systegravemes FACTS on pourra suivant les cas eacuteviter un
effondrement de tension du reacuteseau Les FACTS ont donc un apport beacuteneacutefique en termes de
seacutecuriteacute du reacuteseau
108
Conclusion geacuteneacuterale
Conclusion geacuteneacuterale
109
Le deacuteveloppement de leacutelectronique de puissance a permet dameacuteliorer la gestion des
reacuteseaux eacutelectriques en introduisant un nouveau concept par les systegravemes de transmission de
leacutenergie agrave courant alternatif flexible appeleacutee FACTS avec lesquels le controcircle du flux de
puissance active et reacuteactive ainsi que laugmentation des capaciteacutes de charge des lignes sont
atteints et performeacutes par linjection des tension (ou courant) des convertisseur conccedilus avec des
interrupteurs statiques modernes commandeacutees en ouverture et en fermeture tels que les GTO
IGBT concernant la nouvelle geacuteneacuteration de ces systegravemes FACTS
Dans le contexte de lrsquoinsertion des systegravemes FACTS dans les reacuteseaux eacutelectriques nous
avons orienteacute nos travaux vers lrsquoeacutetude de la stabiliteacute de tension en reacutegime statique
speacutecialement lrsquoemplacement optimal des dispositifs FACTS en utilisant le calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance
Nous avons dans ce cadre choisi drsquoeacutetudier le comportement de deux dispositifs FACTS
qui sont
le Compensateur Statique Synchrone le STATCOM (Static Synchronous
Compensator)
le Conpensateur statique seacuterie synchrone le SSSC (Static Synchronous Series
Compensator
Ces dispositifs ont eacuteteacute choisis comme base de deacutepart en vue de lrsquoeacutetude ulteacuterieure de
systegravemes FACTS plus complexes
Lrsquoimpact des systegravemes FACTS sur lrsquoeffondrement de tension a eacuteteacute meneacute agrave bien agrave lrsquoaide
de deux logiciels le PSAT et le MATLAB et deux modegraveles FACTS ont eacuteteacute utiliseacutes Pour les
simulations statiques nous avons utiliseacute le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds le facteur de
charge a eacuteteacute calculeacute par la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF)
Cette technique a montreacute ses capaciteacutes agrave surmonter les problegravemes de la singulariteacute de la
matrice jacobienne rencontreacutes dans les algorithmes standards de calcul de lrsquoeacutecoulement de
puissance
Les simulations statiques ont montreacute lrsquoapport incontestable des FACTS dans
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute de tension Le systegraveme FACTS shunt le STATCOM stabilise le
reacuteseau de faccedilon globale alors que le SSSC a un meilleur comportement local Lrsquoimplantation
Conclusion geacuteneacuterale
110
du SSSC doit ecirctre faite sur une ligne preacutesentant des puissances maximales au point de
lrsquoeffondrement Ces reacutesultats sont eacutegalement valables en ce qui concerne le support du profil
de tension Les FACTS ameacuteliorent le niveau de seacutecuriteacute du reacuteseau car on pourra gracircce agrave leur
insertion et suivant les cas eacuteviter lrsquoeffondrement de tension
Nous pouvons maintenant eacutenoncer quelques perspectives ayant pour objectif de
compleacuteter ce que nous avons preacutesenteacute dans ce rapport de meacutemoire
bull Comparaison entre tous les types des FACTS et leur impact sur le pheacutenomegravene de
lrsquoeffondrement de tension
bull Lorsque les compensations shunt et seacuterie seront bien connues nous pourrons alors nous
inteacuteresser aux deacutephaseurs commandeacutes par thyristors et agrave lrsquoUPFC le compensateur
universel qui reacuteunit agrave lui seul les fonctions FACTS de compensation shunt et seacuterie et de
deacutephasage
bull Pour les besoins de la deacutetermination de lrsquoemplacement optimal des FACTS nous
proposons pour un futur travail de deacutevelopper un programme baseacute sur les meacutethodes
heuristiques qui simule lrsquoemplacement optimal des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique
bull Le raccordement des eacutenergies renouvelables aux reacuteseaux intelligents dits laquosmart
gridsraquo lrsquoun des deacutefis des eacutenergies renouvelables telles que lrsquoeacuteolien ou le solaire reacuteside
dans le risque drsquointerruption de leur production dont la stabiliteacute est menaceacutee par leur
caractegravere aleacuteatoire Les systegravemes FACTS apportent une solution agrave ce problegraveme de
capaciteacute et de stabiliteacute du reacuteseau lequel integravegre une part croissante deacutenergie
renouvelable
111
Bibliographie
112
[1] Site Internet httpsfrscribdcomdocument1602868764597291-Generalites-Sur-
Les-Reseaux-Electriques Geacutenie eacutelectrique laquo Reacuteseaux eacutelectriques raquo Geacuteneacuteraliteacutes sur
les reacuteseaux eacutelectriques chapitre 1 extraitpdf
[2] Site Internet wwwcrefrreseauxreseaux-publics laquoDescription geacuteneacuterale des
reacuteseaux drsquoeacutelectriciteacuteraquo Commission de Reacutegulation de lrsquoEnergie (CRE)
[3] Lilien J l laquoTransport et Distribution de lrsquoEnergie Electriqueraquo cours donneacute agrave
lrsquoInstitut drsquoElectriciteacute Montefiore Universiteacute de liegravege 2010
[4] Site Internet httpwwwenedisfrfonctionnement-du-reseau
[5] Noui Issam laquoReacuteduction des pertes dans les reacuteseaux eacutelectriques par la compensation
seacuterie TCSC raquo meacutemoire de Master Universiteacute Mohamed Khider Biskra 08
deacutecembre 2015
[6] K A Hamoud laquo Modeacutelisation des grands systegravemes eacutelectriques interconnecteacutes
application agrave lanalyse de seacutecuriteacute dans un environnement compeacutetitif raquo Thegravese de
Doctorat Grenoble-INP 2010
[7] Keramane Abdelnour laquoMaghreb de lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques agrave
lrsquointeacutegration eacutenergeacutetiqueraquo Article 047 octobre 2015
[8] Boukadoum Aziz laquocontribution agrave lrsquoanalyse et la reacuteduction de la pollution
harmonique dans le reacuteseau eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Magister Universiteacute Badji
Mokhtar Annaba 21 octobre 2007
[9] Site drsquointernet http wwwcrefrreseauxreseaux-publics-d-electricitequalite-de-
l-electricitesection2_1
[10] Vanya Ignatova laquoMeacutethodes drsquoanalyse de la qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique
Application aux creux de tension et agrave la pollution harmoniqueraquo Thegravese de Doctorat
Universiteacute JOSEPH FOURIER 20 Octobre 2006
[11] Site drsquointernet httpwwwsig-gechprofessionnelsimmobilierles-energiesvotre-
electricitequalite-de-l-electricite
[12] Technique de lrsquoingeacutenieur laquoProbleacutematiques communes des reacuteseaux eacutelectriques du
fonctionnement au comptage Ti302- Reacuteseaux eacutelectriques et applications Reacutef
Internet 42266 | 2e eacuteditionraquo
[13] Site drsquointernet httpwwwpagesjaunescatrucsla-surtension-quest-ce-que-cest
[14] Haimour Rachida laquoControcircle des Puissances Reacuteactives et des Tensions par les
Dispositifs FACTS dans un Reacuteseau Eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Magister ENSET ndash
ORAN -2009
Bibliographie
s
113
[15] Houari Boudjella laquoControcircle des puissances et des tensions dans un reacuteseau de
transport au moyen de dispositif FACTS (SVC) raquo Meacutemoire de Magister
Universiteacute Djillali Liabes Sidi Bel Abbes 23 janvier 2008
[16] Bulletin sur la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute laquoLe deacuteseacutequilibre de tension et de courantraquo Ndeg
G1546F Hydro Quebec 2014
[17] Site Internet https frscribdcomdocument74812348Reacuteseaux-eacutelectriques
laquoGeacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriquesraquo Chapitre 1
[18] Rabah Benahid Mohamed Boudour laquoAmeacutelioration de la stabiliteacute de tension dans
les reacuteseaux eacutelectriqueraquo Ouvrage eacutedition universitaires europeacuteennes 2014
[19] Boutaba Samira laquoAmeacutelioration de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique par lrsquoutilisation
drsquoun ASVCraquo Meacutemoire de Magister Universiteacute Hassiba Ben Bouali Chlef 09 juin
2009
[20] Bounouira Adlane laquoEtude de la stabiliteacute transitoire des reacuteseaux eacutelectriquesraquo
Meacutemoire de Master Universiteacute Constantine I 24 juin 2014
[21] Yvon Besanger laquoEtude des FACTS (Flexible AC Transmission System) et de leur
comportement dans les reacuteseaux de transport et dinterconnexionraquo Thegravese de
Doctorat Institut national polytechnique de Grenoble 05 Juillet 1996
[22] Site Internet httpsfrwikipediaorgwikicompensation_de_puissance_reacuteactive
laquoCompensation de puissance reacuteactiveraquo
[23] Farid Hamoudi laquoAchitectures des reacuteseaux eacutelectriques Power systemraquo cours UEF
10 novembre 2015
[24] Hingorani Narain G Laszlo Gyugyi laquoUnderstanding FACTS Concepts And
Technoloqy of Flexible AC Transmission Systemsraquo Ouvrage Edition 2001
[25] Larbi Boumediene laquoPlacement Des Dispositifs laquoD-FACTSraquo et controcircle des
tensions dans un reacuteseau de distribution raquo Thegravese de doctorat es-science lUSTO 04
Janvier 2010
[26] Kassou Amina Merzougui Meriem laquo Impact drsquoun dispositif FACTS (Flexible AC
Transmission Systems) sur lrsquoeacutecoulement de puissanceraquo Meacutemoire de Master
Universiteacute de Saida 28 octobre 2013
[27] Ben Hakkoum Med abdelilah Legougui Ali laquo Compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive
drsquoun reacuteseau IEEE par systegraveme FACTSraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi
Merbah Ourgla 2016
[28] Alain Innocent Leka laquo Ameacutelioration du transit de puissance par les FACTS et
simulation sur MatlabSimulink dun reacuteseau eacutelectriqueraquo Diplocircme de professeur
114
drsquoenseignement technique deuxiegraveme grade 2008
[29] Kerbaa Amel laquo Etude de lrsquoinfluence des systegravemes FACTS sur la qualiteacute de
lrsquoeacutenergie eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Master 02 Juin 2013
[30] Ay Abdelouahab laquo Modeacutelisation et Analyse drsquoun Compensateur Statique SVCraquo
Meacutemoire de Magister Universiteacute Batna 1 02 mai 2013
[31] Hamadou ZakariaM laquo Optimisation des paramegravetres drsquoun FACTS shunt pour
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire drsquoun systegraveme eacutelectriqueraquo Meacutemoire de
Magister Universiteacute Seacutetif 1 20 Juin 2012
[32] Oussama Mammeri laquoDiffeacuterentes meacutethodes de calcul de la puissance reacuteactive dans
un nœud agrave charge non lineacuteaire en preacutesence dun systegraveme de compensation de
leacutenergieraquo Universiteacute de Batna 2 Meacutemoire de Magister 2012
[33] Benras Med Amine Laroui souleymane laquo Utilisation drsquoun dispositif STATCOM
pour lrsquoameacutelioration du transit de puissance drsquoun reacuteseau de transport drsquoeacutenergie
alternatifraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi Merbah Ourgla 09 Juin 2015
[34] Bekri oum el fadhel loubaba laquoContribution agrave lrsquoeacutetude des systegravemes FACTS
(Flexible AC Transmission Systems) et leurs emplacements optimaux dans les
reacuteseaux eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat en Eacutelectrotechnique Universiteacute Djilali
Liabes de Sidi-Bel-Abbegraves 2013
[35] Federico Milano laquo Power System Analysis Toolbox Documentation for PSATraquo
version 218 Janvier 6 2013
[36] Diana Iuliana Craciun laquo Modeacutelisation des eacutequivalents dynamiques des reacuteseaux
eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat 15 Deacutecembre 2010
[37] Abdelaagraveli Alibi laquo Controcircle des Reacuteseaux Electriques par les Systegravemes FACTS
(Flexible AC Transmission Systems raquo Meacutemoire de Magister Universiteacute de Batna
13 Juin 2009
115
Annexes
116
117
A Donneacutees du reacuteseau IEEE 39 nœuds
Lines Power
rating
(MVA)
Voltage
Rating
(kV)
Frequence
rating
(Hz)
Trnasfo-
magnitude
Resistance
(pu)
Reactance
(pu)
Supstance
1-2 100 100 60 000000 000350 004110 069870
1-39 100 100 60 000000 00010 002500 075000
1-39 100 100 60 000000 000200 005000 037500
2-3 100 100 60 000000 000130 001510 025720
2-25 100 100 60 000000 000700 000860 014600
3-4 100 100 60 000000 000130 002130 022140
3-18 100 100 60 000000 000110 001330 021380
4-15 100 100 60 000000 000080 001280 013420
4-14 100 100 60 000000 000080 001290 013820
5-6 100 100 60 000000 000020 000260 004340
5-8 100 100 60 000000 000080 001120 014760
6-7 100 100 60 000000 000060 000920 011300
6-11 100 100 60 000000 000070 000820 013890
7-8 100 100 60 000000 000040 000460 007800
8-9 100 100 60 000000 000230 003630 038040
9-39 100 100 60 000000 000100 002500 120000
10-11 100 100 60 000000 000040 000430 007290
10-13 100 100 60 000000 000040 000430 007290
13-14 100 100 60 000000 000090 001010 017230
14-15 100 100 60 000000 000180 002170 036600
15-16 100 100 60 000000 000090 000940 017100
16-17 100 100 60 000000 000070 000890 013420
16-19 100 100 60 000000 000160 001950 030400
16-21 100 100 60 000000 000080 001350 025480
16-24 100 100 60 000000 000030 000590 006800
17-18 100 100 60 000000 000070 000820 013190
17-27 100 100 60 000000 000130 001730 032160
21-22 100 100 60 000000 000080 001400 025650
22-23 100 100 60 000000 000060 000960 018460
23-24 100 100 60 000000 000220 003500 036100
25-26 100 100 60 000000 000320 003230 051300
26-27 100 100 60 000000 000140 001470 023960
26-28 100 100 60 000000 000430 004740 078020
26-29 100 100 60 000000 000570 006250 102900
28-29 100 100 60 000000 000140 001510 024900
2-30 100 100 60 102500 000000 001810 000000
6-31 100 100 60 107000 000000 002500 000000
6-31 100 100 60 107000 000000 005000 000000
10-32 100 100 60 107000 000000 002000 000000
12-11 100 100 60 100600 000160 004350 000000
12-13 100 100 60 100600 000160 004350 000000
19-20 100 100 60 106000 000070 001380 000000
19-33 100 100 60 107000 000070 001420 000000
20-34 100 100 60 100900 000090 001800 000000
22-35 100 100 60 102500 000000 001430 000000
23-36 100 100 60 100000 000050 002720 000000
25-37 100 100 60 102500 000060 002320 000000
29-38 100 100 60 102500 000080 001560 000000
118
Ndeg du geacuteneacuterateur
H (sec)
119877119886 119883prime119889 119883prime119902 119883119889 119883119902 119879prime119889119900 119879prime119902119900 119883119897
1 50000 0 00006 0008 002 0019 7 07 0003
2 303 0 00697 0170 0295 0282 656 15 0035
3 353 0 00531 00876 02495 0237 57 15 00304
4 286 0 00436 0166 0262 0258 569 15 00295
5 260 0 0132 0166 067 062 54 044 0054
6 348 0 005 00814 0254 0241 73 04 00224
7 264 0 0049 0186 0295 0292 566 15 00322
8 243 0 0057 00911 02920 0280 67 041 0028
9 345 0 0057 00587 02106 0205 479 196 00298
10 420 0 0031 0008 01 0069 102 0 00125
Ndeg du geacuteneacuterateur
119870119860 119879119860 119881119877119872119868119873 119881119877119872119860119883 119870119864 119879119864 119870119865 119879119865 1198621 1198622
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 62 005 -10 10 -0633 0405 057 05 066 088
3 50 006 -10 10 -00198 05 008 10 013 034
4 50 006 -10 10 -00525 05 008 10 008 0314
5 400 002 -100 -100 -10 0785 003 10 007 091
6 50 002 -10 10 -00419 0417 00754 1246 0064 0251
7 400 002 -65 65 -10 073 003 10 053 074
8 50 002 -10 10 -0047 0528 00854 126 0072 0282
9 400 002 -105 105 -10 14 003 10 062 085
10 50 006 -10 10 -00485 025 004 1 008 026
Annexe A1 Donneacutees du reacuteseau IEEE 39-nœud
119
B Reacutesultats du power flow avec le PSAT
POWER FLOW REPORT
P S A T 219
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail federicomilanoucdie
website faraday1ucdiepsathtml
File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeb_d_Ieee39
Date 09-Jun-2017 153332
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 337
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
120
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 098837 -066635 0 0 0 0
BUS02 091007 -052232 0 0 0 0
BUS03 077924 -068701 0 0 73428 005473
BUS04 065385 -074122 0 0 114019 41959
BUS05 066496 -062088 0 0 0 -044217
BUS06 067682 -055724 0 0 0 0
BUS07 063518 -07578 0 0 53315 19155
BUS08 063731 -080455 0 0 119035 40135
BUS09 088016 -076257 0 0 0 0
BUS10 072414 -036303 0 0 0 0
BUS11 070043 -042663 0 0 0 0
BUS12 063569 -043042 0 0 019383 20067
BUS13 070204 -042245 0 0 0 0
BUS14 067659 -057193 0 0 0 0
BUS15 069422 -062942 0 0 72972 3489
BUS16 076104 -052743 0 0 75116 073656
BUS17 076356 -060644 0 0 0 0
BUS18 076264 -066831 0 0 3603 068411
BUS19 091709 -024485 0 0 0 0
BUS20 089167 -031561 0 0 155065 23488
BUS21 077199 -035331 0 0 62482 26224
BUS22 088171 -006877 0 0 0 0
BUS23 086321 -008056 0 0 56439 19292
BUS24 07756 -051796 0 0 70372 -21025
BUS25 093695 -045068 0 0 5108 10763
BUS26 083005 -050209 0 0 31697 038766
121
BUS27 077377 -062834 0 0 64079 17217
BUS28 086833 -029065 0 0 46976 062938
BUS29 090865 -013955 0 0 64649 061342
BUS30 10475 -04087 58254 95686 0 0
BUS31 098193 0 133488 175863 020979 01049
BUS32 098303 010972 151461 187014 0 0
BUS33 099716 -000678 147267 10807 0 0
BUS34 10123 -008336 118373 79733 0 0
BUS35 10492 017356 151459 157144 0 0
BUS36 10635 031043 13049 101381 0 0
BUS37 10278 -013919 125829 6659 0 0
BUS38 10265 018789 193404 113176 0 0
BUS39 103 -074024 233017 127501 251753 57009
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -07402
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 000039
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098206
e1d_Syn_2 000015
delta_Syn_3 011009
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098313
e1d_Syn_3 000028
delta_Syn_4 -00064
omega_Syn_4 1
122
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000032
delta_Syn_5 -008265
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000057
delta_Syn_6 017388
omega_Syn_6 1
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 031077
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 00003
delta_Syn_8 -013886
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000027
delta_Syn_9 018826
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000028
delta_Syn_10 -040867
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
123
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098193
vr1_Exc_2 10001
vr2_Exc_2 -1179
vf_Exc_2 098246
vm_Exc_3 098303
vr1_Exc_3 10012
vr2_Exc_3 -07868
vf_Exc_3 09835
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079795
vf_Exc_4 099744
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030385
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10492
vr1_Exc_6 10706
vr2_Exc_6 -067176
vf_Exc_6 10496
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10855
vr2_Exc_7 -031913
vf_Exc_7 10638
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073425
vf_Exc_8 1028
124
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57287
tg2_Tg_2 57287
tg3_Tg_2 43538
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
125
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
tg3_Tg_10 19
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 233017
p_Syn_1 233017
q_Syn_1 127501
vf_Syn_2 098246
pm_Syn_2 133489
p_Syn_2 133488
q_Syn_2 175863
vf_Syn_3 09835
pm_Syn_3 151461
p_Syn_3 151461
q_Syn_3 187014
vf_Syn_4 099744
pm_Syn_4 147267
p_Syn_4 147267
q_Syn_4 10807
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 118373
126
p_Syn_5 118373
q_Syn_5 79733
vf_Syn_6 10496
pm_Syn_6 151462
p_Syn_6 151459
q_Syn_6 157144
vf_Syn_7 10638
pm_Syn_7 13049
p_Syn_7 13049
q_Syn_7 101381
vf_Syn_8 1028
pm_Syn_8 125829
p_Syn_8 125829
q_Syn_8 6659
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 193404
p_Syn_9 193404
q_Syn_9 113176
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 58254
p_Syn_10 58254
q_Syn_10 95686
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
127
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -29402 20187 005093 -003257
BUS01 BUS39 2 14701 -10093 000582 -023653
BUS01 BUS39 3 14701 -10093 000582 -023653
BUS02 BUS03 4 83713 76933 020549 22022
BUS02 BUS25 5 -5537 18564 029017 023195
BUS03 BUS04 6 15723 44591 004916 069085
BUS03 BUS18 7 -07493 097723 000298 -0091
BUS04 BUS05 8 -40818 -009527 003119 044062
BUS04 BUS14 9 -57969 -033235 006305 095555
BUS05 BUS06 10 -111502 -18364 005774 073114
128
BUS05 BUS08 11 70371 17427 00953 12716
BUS06 BUS07 12 95297 33531 01339 20045
BUS06 BUS11 13 -75986 -083911 008922 097932
BUS07 BUS08 14 40642 -056691 001668 016022
BUS08 BUS09 15 -091415 -42695 010425 14208
BUS09 BUS39 16 -10184 -56903 003659 -018671
BUS10 BUS11 17 7823 34845 005605 056551
BUS10 BUS13 18 73231 32305 004896 048928
BUS13 BUS14 19 71513 16135 00984 10223
BUS14 BUS15 20 1193 -069671 000707 -008669
BUS15 BUS16 21 -61113 -4099 010049 095887
BUS16 BUS17 22 51209 -045295 00319 032762
BUS16 BUS19 23 -102938 -39142 033316 38445
BUS16 BUS21 24 -75106 041206 007824 11706
BUS16 BUS24 25 -10399 -18394 000228 00046
BUS17 BUS18 26 43783 -019098 002304 019313
BUS17 BUS27 27 071071 -058958 000167 -016774
BUS21 BUS22 28 -13837 -3381 027167 4578
BUS22 BUS23 29 10372 15681 000291 -009404
BUS23 BUS24 30 83187 33043 023923 35628
BUS25 BUS26 31 15326 27558 004095 001147
BUS26 BUS27 32 57848 2892 008598 07485
BUS26 BUS28 33 -3195 -031065 006372 013951
BUS26 BUS29 34 -42678 -022476 015083 087458
BUS28 BUS29 35 -79563 -10795 011934 10905
BUS02 BUS30 36 -58254 -74984 0 20702
BUS06 BUS31 37 -65695 -25408 0 61999
BUS06 BUS31 38 -65695 -25408 0 61999
BUS10 BUS32 39 -151461 -6715 0 119864
129
BUS12 BUS11 40 -007516 -099262 000397 010795
BUS12 BUS13 41 -011868 -10141 000418 011357
BUS19 BUS20 42 38649 -17168 001672 032972
BUS19 BUS33 43 -144918 -60419 02349 47652
BUS20 BUS34 44 -116584 -43953 01789 3578
BUS22 BUS35 45 -151459 -95271 0 61873
BUS23 BUS36 46 -129283 -35713 012071 65668
BUS25 BUS37 47 -124678 -22077 011512 44514
BUS29 BUS38 48 -189592 -38828 038127 74347
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 29911 -20513 005093 -003257
BUS39 BUS01 2 -14643 077281 000582 -023653
BUS39 BUS01 3 -14643 077281 000582 -023653
BUS03 BUS02 4 -81658 -54911 020549 22022
BUS25 BUS02 5 58272 -16244 029017 023195
BUS04 BUS03 6 -15231 -37683 004916 069085
BUS18 BUS03 7 075229 -10682 000298 -0091
BUS05 BUS04 8 4113 053589 003119 044062
BUS14 BUS04 9 58599 12879 006305 095555
BUS06 BUS05 10 112079 25676 005774 073114
BUS08 BUS05 11 -69418 -047112 00953 12716
BUS07 BUS06 12 -93958 -13486 01339 20045
BUS11 BUS06 13 76878 18184 008922 097932
BUS08 BUS07 14 -40476 072713 001668 016022
130
BUS09 BUS08 15 10184 56903 010425 14208
BUS39 BUS09 16 1055 55035 003659 -018671
BUS11 BUS10 17 -77669 -2919 005605 056551
BUS13 BUS10 18 -72742 -27412 004896 048928
BUS14 BUS13 19 -70529 -059119 00984 10223
BUS15 BUS14 20 -11859 061002 000707 -008669
BUS16 BUS15 21 62118 50579 010049 095887
BUS17 BUS16 22 -5089 078056 00319 032762
BUS19 BUS16 23 106269 77587 033316 38445
BUS21 BUS16 24 75888 075852 007824 11706
BUS24 BUS16 25 10422 1844 000228 00046
BUS18 BUS17 26 -43553 038412 002304 019313
BUS27 BUS17 27 -070903 042184 000167 -016774
BUS22 BUS21 28 141087 7959 027167 4578
BUS23 BUS22 29 -10343 -16621 000291 -009404
BUS24 BUS23 30 -80794 025853 023923 35628
BUS26 BUS25 31 -14917 -27443 004095 001147
BUS27 BUS26 32 -56988 -21435 008598 07485
BUS28 BUS26 33 32587 045016 006372 013951
BUS29 BUS26 34 44187 10993 015083 087458
BUS29 BUS28 35 80756 21701 011934 10905
BUS30 BUS02 36 58254 95686 0 20702
BUS31 BUS06 37 65695 87407 0 61999
BUS31 BUS06 38 65695 87407 0 61999
BUS32 BUS10 39 151461 187014 0 119864
BUS11 BUS12 40 007913 11006 000397 010795
BUS13 BUS12 41 012285 11277 000418 011357
BUS20 BUS19 42 -38482 20465 001672 032972
BUS33 BUS19 43 147267 10807 02349 47652
131
BUS34 BUS20 44 118373 79733 01789 3578
BUS35 BUS22 45 151459 157144 0 61873
BUS36 BUS23 46 13049 101381 012071 65668
BUS37 BUS25 47 125829 6659 011512 44514
BUS38 BUS29 48 193404 113176 038127 74347
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1443043
REACTIVE POWER [pu] 1212158
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1402543
REACTIVE POWER [pu] 31686
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 405
REACTIVE POWER [pu] 895298
Annexe B1 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds (eacutetat de base)
132
CONTINUATION POWER FLOW REPORT
P S A T 218
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail FedericoMilanouclmes
website httpwwwuclmesareagseeWebFederico
File Cworkworkpsat 216psat 218psattestsPFE _2017PFE_SEVersion 2PFE_SESimulation
STATCOM_version 2b_d_Ieee39satatcomN08
Date 18-Jun-2017 183446
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 500
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
133
BUS01 09982 -053682 0 0 0 0
BUS02 093356 -040526 0 0 0 0
BUS03 083248 -056145 0 0 74588 005559
BUS04 075506 -060782 0 0 115819 42622
BUS05 078731 -051917 0 0 0 -061985
BUS06 079546 -047221 0 0 0 0
BUS07 07767 -061636 0 0 54157 19458
BUS08 07846 -06495 0 1e-005 120915 093843
BUS09 094102 -062322 0 0 0 0
BUS10 081535 -031761 0 0 0 0
BUS11 080223 -03697 0 0 0 0
BUS12 074304 -037112 0 0 019689 20384
BUS13 079549 -036353 0 0 0 0
BUS14 076855 -047744 0 0 0 0
BUS15 075482 -05163 0 0 74124 35441
BUS16 080356 -042235 0 0 76302 074819
BUS17 080696 -049169 0 0 0 0
BUS18 08103 -054653 0 0 36599 069492
BUS19 093308 -015476 0 0 0 0
BUS20 089997 -022503 0 0 157514 23859
BUS21 080567 -026193 0 0 63469 26638
BUS22 090079 000883 0 0 0 0
BUS23 088298 -000265 0 0 57331 19597
BUS24 081562 -041378 0 0 71484 -21357
BUS25 095503 -033343 0 0 51887 10933
BUS26 085531 -038802 0 0 32198 039379
BUS27 080829 -050935 0 0 6509 17489
BUS28 08815 -018388 0 0 47718 063932
134
BUS29 091752 -003447 0 0 6567 062311
BUS30 10475 -029318 58951 82418 0 0
BUS31 098195 0 134949 126708 021311 010655
BUS32 098304 0104 153273 141443 0 0
BUS33 099716 008297 149029 9774 0 0
BUS34 10123 000838 119789 75294 0 0
BUS35 10493 024882 153272 14353 0 0
BUS36 10635 038446 132051 93699 0 0
BUS37 10278 -002369 127335 58893 0 0
BUS38 10265 029432 195718 107923 0 0
BUS39 103 -06063 235805 99174 255729 5791
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -060625
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 000039
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098204
e1d_Syn_2 000015
delta_Syn_3 010437
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098312
e1d_Syn_3 000029
delta_Syn_4 008336
omega_Syn_4 1
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000032
135
delta_Syn_5 000911
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000058
delta_Syn_6 024915
omega_Syn_6 1
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 03848
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 00003
delta_Syn_8 -002336
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000028
delta_Syn_9 02947
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000028
delta_Syn_10 -029314
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098195
136
vr1_Exc_2 099998
vr2_Exc_2 -11788
vf_Exc_2 098233
vm_Exc_3 098304
vr1_Exc_3 10011
vr2_Exc_3 -078672
vf_Exc_3 09834
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079793
vf_Exc_4 099742
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030384
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10493
vr1_Exc_6 10705
vr2_Exc_6 -067175
vf_Exc_6 10496
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10855
vr2_Exc_7 -031913
vf_Exc_7 10638
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073424
vf_Exc_8 10279
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
137
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57229
tg2_Tg_2 57229
tg3_Tg_2 43494
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
138
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
tg3_Tg_10 19
ist_Statcom_1 4
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 235805
p_Syn_1 235805
q_Syn_1 99174
vf_Syn_2 098233
pm_Syn_2 13495
p_Syn_2 134949
q_Syn_2 126708
vf_Syn_3 09834
pm_Syn_3 153273
p_Syn_3 153273
q_Syn_3 141443
vf_Syn_4 099742
pm_Syn_4 149029
p_Syn_4 149029
q_Syn_4 9774
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 119789
139
p_Syn_5 119789
q_Syn_5 75294
vf_Syn_6 10496
pm_Syn_6 153274
p_Syn_6 153272
q_Syn_6 14353
vf_Syn_7 10638
pm_Syn_7 132051
p_Syn_7 132051
q_Syn_7 93699
vf_Syn_8 10279
pm_Syn_8 127335
p_Syn_8 127335
q_Syn_8 58893
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 195718
p_Syn_9 195718
q_Syn_9 107923
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 58951
p_Syn_10 58951
q_Syn_10 82418
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
140
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
vref_Statcom_1 1087
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -28037 16564 004173 -016258
BUS01 BUS39 2 14018 -082822 000477 -026649
BUS01 BUS39 3 14018 -082822 000477 -026649
BUS02 BUS03 4 85352 60288 016491 17143
BUS02 BUS25 5 -54854 23382 028801 022363
BUS03 BUS04 6 15487 28864 002097 020373
BUS03 BUS18 7 -063723 13726 000397 -009632
BUS04 BUS05 8 -4203 -14955 002777 036443
BUS04 BUS14 9 -58512 -008406 004804 069451
141
BUS05 BUS06 10 -114092 -13397 004257 05262
BUS05 BUS08 11 71784 009964 006653 084029
BUS06 BUS07 12 97568 16469 009295 13554
BUS06 BUS11 13 -79267 038477 006971 0728
BUS07 BUS08 14 42481 -16543 001373 011035
BUS08 BUS09 15 -074523 -34437 004342 03998
BUS09 BUS39 16 -078866 -38435 001309 -084056
BUS10 BUS11 17 81006 19153 004175 040109
BUS10 BUS13 18 72267 32265 003778 035886
BUS13 BUS14 19 70483 18322 007572 074431
BUS14 BUS15 20 10733 030933 000404 -016363
BUS15 BUS16 21 -63432 -30711 007799 071062
BUS16 BUS17 22 50068 -056869 002747 02623
BUS16 BUS19 23 -10422 -32119 029317 33425
BUS16 BUS21 24 -76042 085882 007274 10625
BUS16 BUS24 25 -10319 -16082 000166 -001185
BUS17 BUS18 26 43215 -062084 002043 015313
BUS17 BUS27 27 06578 -021016 000089 -019797
BUS21 BUS22 28 -140238 -28675 025194 42217
BUS22 BUS23 29 10514 15365 000274 -010306
BUS23 BUS24 30 84048 27448 022283 32842
BUS25 BUS26 31 16596 25876 003759 -004213
BUS26 BUS27 32 59316 24294 007946 066838
BUS26 BUS28 33 -32111 -013633 006074 008103
BUS26 BUS29 34 -43183 -005718 014609 079232
BUS28 BUS29 35 -80436 -085668 011761 1067
BUS02 BUS30 36 -58951 -6548 0 16938
BUS06 BUS31 37 -66409 -19488 0 43334
BUS06 BUS31 38 -66409 -19488 0 43334
142
BUS10 BUS32 39 -153273 -51418 0 90025
BUS12 BUS11 40 -005903 -1078 000342 009294
BUS12 BUS13 41 -013786 -096038 000276 007506
BUS19 BUS20 42 39641 -13164 001576 031072
BUS19 BUS33 43 -146793 -52379 022361 4536
BUS20 BUS34 44 -118031 -4013 017582 35164
BUS22 BUS35 45 -153272 -86257 0 57273
BUS23 BUS36 46 -130892 -30649 01159 63049
BUS25 BUS37 47 -126217 -15664 01118 43229
BUS29 BUS38 48 -191925 -33962 037929 73961
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 28454 -1819 004173 -016258
BUS39 BUS01 2 -13971 056173 000477 -026649
BUS39 BUS01 3 -13971 056173 000477 -026649
BUS03 BUS02 4 -83702 -43145 016491 17143
BUS25 BUS02 5 57734 -21145 028801 022363
BUS04 BUS03 6 -15277 -26826 002097 020373
BUS18 BUS03 7 06412 -14689 000397 -009632
BUS05 BUS04 8 42307 18599 002777 036443
BUS14 BUS04 9 58993 077857 004804 069451
BUS06 BUS05 10 114517 18659 004257 05262
BUS08 BUS05 11 -71119 074065 006653 084029
BUS07 BUS06 12 -96638 -029146 009295 13554
BUS11 BUS06 13 79964 034323 006971 0728
143
BUS08 BUS07 14 -42344 17647 001373 011035
BUS09 BUS08 15 078866 38435 004342 03998
BUS39 BUS09 16 080175 3003 001309 -084056
BUS11 BUS10 17 -80589 -15142 004175 040109
BUS13 BUS10 18 -71889 -28677 003778 035886
BUS14 BUS13 19 -69726 -10879 007572 074431
BUS15 BUS14 20 -10693 -047297 000404 -016363
BUS16 BUS15 21 64212 37817 007799 071062
BUS17 BUS16 22 -49793 083099 002747 02623
BUS19 BUS16 23 107152 65544 029317 33425
BUS21 BUS16 24 76769 020366 007274 10625
BUS24 BUS16 25 10336 15963 000166 -001185
BUS18 BUS17 26 -43011 077397 002043 015313
BUS27 BUS17 27 -065692 001218 000089 -019797
BUS22 BUS21 28 142758 70892 025194 42217
BUS23 BUS22 29 -10486 -16395 000274 -010306
BUS24 BUS23 30 -8182 053938 022283 32842
BUS26 BUS25 31 -1622 -26297 003759 -004213
BUS27 BUS26 32 -58521 -17611 007946 066838
BUS28 BUS26 33 32719 021736 006074 008103
BUS29 BUS26 34 44644 08495 014609 079232
BUS29 BUS28 35 81612 19236 011761 1067
BUS30 BUS02 36 58951 82418 0 16938
BUS31 BUS06 37 66409 62821 0 43334
BUS31 BUS06 38 66409 62821 0 43334
BUS32 BUS10 39 153273 141443 0 90025
BUS11 BUS12 40 006245 1171 000342 009294
BUS13 BUS12 41 014062 10354 000276 007506
BUS20 BUS19 42 -39483 16271 001576 031072
144
BUS33 BUS19 43 149029 9774 022361 4536
BUS34 BUS20 44 119789 75294 017582 35164
BUS35 BUS22 45 153272 14353 0 57273
BUS36 BUS23 46 132051 93699 01159 63049
BUS37 BUS25 47 127335 58893 01118 43229
BUS38 BUS29 48 195718 107923 037929 73961
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1460172
REACTIVE POWER [pu] 102682
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1424692
REACTIVE POWER [pu] 288773
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 35479
REACTIVE POWER [pu] 738047
Annexe B2 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du
STATCOM au nœud 8 (Zone 1)
145
POWER FLOW REPORT
P S A T 219
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail federicomilanoucdie
website faraday1ucdiepsathtml
File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeteste ssscb_d00
Date 09-Jun-2017 153006
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 336
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 099097 -068975 0 0 0 0
BUS02 091781 -05429 0 0 0 0
BUS03 079734 -070717 0 0 75617 005636
BUS04 066326 -076185 0 0 117417 43209
BUS05 066473 -064183 0 0 0 -044187
146
BUS06 067567 -057647 0 0 0 0
BUS07 063172 -078416 0 0 54904 19726
BUS08 063378 -083261 0 0 122583 41331
BUS09 087869 -078891 0 0 0 0
BUS10 072734 -037936 0 0 0 0
BUS11 070208 -044367 0 0 0 0
BUS12 063793 -044818 0 0 019961 20665
BUS13 070846 -044069 0 0 0 0
BUS14 069215 -059233 0 0 0 0
BUS15 07407 -064955 0 0 75147 3593
BUS16 081822 -05593 0 0 77354 075851
BUS17 080501 -063045 0 0 0 0
BUS18 079536 -068866 0 0 37104 07045
BUS19 093754 -029105 0 0 0 0
BUS20 090167 -036109 0 0 159687 24188
BUS21 087 -041123 0 0 64345 27006
BUS22 10049 -018383 0 0 0 0
BUS23 095617 -018974 0 0 58121 19867
BUS24 084024 -055252 0 0 7247 -21652
BUS25 094412 -04701 0 0 52603 11084
BUS26 08466 -05244 0 0 32642 039922
BUS27 0802 -06492 0 0 65988 1773
BUS28 087316 -031212 0 0 48376 064814
BUS29 091081 -015774 0 0 66575 06317
BUS30 10475 -042699 5993 9148 0 0
BUS31 098193 0 137349 178813 021605 010802
BUS32 098303 010582 155818 187617 0 0
BUS33 099716 -005013 151503 95238 0 0
BUS34 10123 -012399 121778 74705 0 0
147
BUS35 10492 -014155 155816 166126 0 0
BUS36 10635 017417 134243 63977 0 0
BUS37 10278 -015159 129449 64436 0 0
BUS38 10265 017894 198968 113339 0 0
BUS39 103 -076593 23972 128843 259257 58709
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -076589
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 00004
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098206
e1d_Syn_2 000016
delta_Syn_3 01062
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098313
e1d_Syn_3 000029
delta_Syn_4 -004973
omega_Syn_4 1
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000033
delta_Syn_5 -012326
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000059
delta_Syn_6 -014122
omega_Syn_6 1
148
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 017452
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 000031
delta_Syn_8 -015125
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000028
delta_Syn_9 017933
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000029
delta_Syn_10 -042696
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098193
vr1_Exc_2 10001
vr2_Exc_2 -1179
vf_Exc_2 098247
vm_Exc_3 098303
vr1_Exc_3 10012
vr2_Exc_3 -07868
149
vf_Exc_3 09835
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079793
vf_Exc_4 099741
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030384
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10492
vr1_Exc_6 10706
vr2_Exc_6 -067177
vf_Exc_6 10497
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10854
vr2_Exc_7 -03191
vf_Exc_7 10637
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073425
vf_Exc_8 1028
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
150
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57296
tg2_Tg_2 57296
tg3_Tg_2 43545
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
151
tg3_Tg_10 19
vcs_Sssc_1 024834
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 23972
p_Syn_1 23972
q_Syn_1 128843
vf_Syn_2 098247
pm_Syn_2 137351
p_Syn_2 137349
q_Syn_2 178813
vf_Syn_3 09835
pm_Syn_3 155818
p_Syn_3 155818
q_Syn_3 187617
vf_Syn_4 099741
pm_Syn_4 151503
p_Syn_4 151503
q_Syn_4 95238
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 121778
p_Syn_5 121778
q_Syn_5 74705
vf_Syn_6 10497
pm_Syn_6 155819
p_Syn_6 155816
q_Syn_6 166126
152
vf_Syn_7 10637
pm_Syn_7 134243
p_Syn_7 134243
q_Syn_7 63977
vf_Syn_8 1028
pm_Syn_8 129449
p_Syn_8 129449
q_Syn_8 64436
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 198968
p_Syn_9 198968
q_Syn_9 113339
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 5993
p_Syn_10 5993
q_Syn_10 9148
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
153
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
v0_Sssc_1 024834
pref_Sssc_1 -65
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -30454 19186 005128 -003514
BUS01 BUS39 2 15227 -095928 000595 -023441
BUS01 BUS39 3 15227 -095928 000595 -023441
BUS02 BUS03 4 85484 71305 019364 20591
BUS02 BUS25 5 -56521 19983 030072 02429
BUS03 BUS04 6 16592 48844 005583 079567
BUS03 BUS18 7 -086611 013058 000137 -011907
BUS04 BUS05 8 -40971 039838 003086 043458
BUS04 BUS14 9 -60412 -063061 006702 10172
BUS05 BUS06 10 -114034 -15612 005995 075982
BUS05 BUS08 11 72754 19668 010307 13807
BUS06 BUS07 12 98009 356 014314 21465
BUS06 BUS11 13 -77454 -1037 009353 10297
BUS07 BUS08 14 41674 -055909 00177 017236
154
BUS08 BUS09 15 -093637 -42784 010612 14517
BUS09 BUS39 16 -10425 -57301 003733 -016642
BUS10 BUS11 17 79843 37573 005898 059683
BUS10 BUS13 18 75975 26941 004921 049144
BUS13 BUS14 19 74265 099622 010083 10471
BUS14 BUS15 20 12175 -16987 001532 -000336
BUS15 BUS16 21 -63125 -52883 011043 10493
BUS16 BUS17 22 53385 093664 003081 030328
BUS16 BUS19 23 -106504 -28279 028885 3285
BUS16 BUS21 24 -79033 -21786 007988 11662
BUS16 BUS24 25 -094316 -30262 000444 004057
BUS17 BUS18 26 46012 064426 002338 018941
BUS17 BUS27 27 07065 -001089 000102 -019408
BUS21 BUS22 28 -144177 -60454 02571 42727
BUS22 BUS23 29 090684 49468 001558 007174
BUS23 BUS24 30 84057 39679 021112 30663
BUS25 BUS26 31 16131 24983 003604 -004873
BUS26 BUS27 32 59739 2273 008058 068314
BUS26 BUS28 33 -32701 -010726 006433 013216
BUS26 BUS29 34 -4391 -001791 015431 089643
BUS28 BUS29 35 -81721 -088757 012378 11369
BUS02 BUS30 36 -5993 -71751 0 1973
BUS06 BUS31 37 -67594 -2422 0 64646
BUS06 BUS31 38 -67594 -2422 0 64646
BUS10 BUS32 39 -155818 -64515 0 123103
BUS12 BUS11 40 -008249 -098751 000391 010623
BUS12 BUS13 41 -011712 -1079 000469 012744
BUS19 BUS20 42 39856 -11624 001542 030405
BUS19 BUS33 43 -149249 -49505 022544 45733
155
BUS20 BUS34 44 -119985 -38853 017926 35853
BUS22 BUS35 45 -155816 -15265 0 13477
BUS23 BUS36 46 -133266 -10795 009776 53183
BUS25 BUS37 47 -128261 -18513 011877 45923
BUS29 BUS38 48 -194987 -35705 039812 77634
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 30966 -19537 005128 -003514
BUS39 BUS01 2 -15167 072488 000595 -023441
BUS39 BUS01 3 -15167 072488 000595 -023441
BUS03 BUS02 4 -83548 -50713 019364 20591
BUS25 BUS02 5 59528 -17554 030072 02429
BUS04 BUS03 6 -16034 -40887 005583 079567
BUS18 BUS03 7 086747 -024965 000137 -011907
BUS05 BUS04 8 4128 003621 003086 043458
BUS14 BUS04 9 61082 16479 006702 10172
BUS06 BUS05 10 114633 2321 005995 075982
BUS08 BUS05 11 -71723 -058609 010307 13807
BUS07 BUS06 12 -96578 -14135 014314 21465
BUS11 BUS06 13 78389 20668 009353 10297
BUS08 BUS07 14 -41497 073145 00177 017236
BUS09 BUS08 15 10425 57301 010612 14517
BUS39 BUS09 16 10798 55637 003733 -016642
BUS11 BUS10 17 -79253 -31605 005898 059683
BUS13 BUS10 18 -75483 -22027 004921 049144
156
BUS14 BUS13 19 -73257 005086 010083 10471
BUS15 BUS14 20 -12022 16953 001532 -000336
BUS16 BUS15 21 64229 63376 011043 10493
BUS17 BUS16 22 -53077 -063336 003081 030328
BUS19 BUS16 23 109393 61129 028885 3285
BUS21 BUS16 24 79832 33448 007988 11662
BUS24 BUS16 25 09476 30668 000444 004057
BUS18 BUS17 26 -45779 -045485 002338 018941
BUS27 BUS17 27 -070548 -018318 000102 -019408
BUS22 BUS21 28 146748 103181 02571 42727
BUS23 BUS22 29 -089126 -48751 001558 007174
BUS24 BUS23 30 -81946 -090159 021112 30663
BUS26 BUS25 31 -1577 -2547 003604 -004873
BUS27 BUS26 32 -58934 -15898 008058 068314
BUS28 BUS26 33 33345 023942 006433 013216
BUS29 BUS26 34 45453 091434 015431 089643
BUS29 BUS28 35 82958 20245 012378 11369
BUS30 BUS02 36 5993 9148 0 1973
BUS31 BUS06 37 67594 88866 0 64646
BUS31 BUS06 38 67594 88866 0 64646
BUS32 BUS10 39 155818 187617 0 123103
BUS11 BUS12 40 00864 10937 000391 010623
BUS13 BUS12 41 012181 12065 000469 012744
BUS20 BUS19 42 -39702 14665 001542 030405
BUS33 BUS19 43 151503 95238 022544 45733
BUS34 BUS20 44 121778 74705 017926 35853
BUS35 BUS22 45 155816 166126 0 13477
BUS36 BUS23 46 134243 63977 009776 53183
BUS37 BUS25 47 129449 64436 011877 45923
157
BUS38 BUS29 48 198968 113339 039812 77634
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1484574
REACTIVE POWER [pu] 1164575
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1444346
REACTIVE POWER [pu] 326439
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 40229
REACTIVE POWER [pu] 838136
Annexe B3 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du
SSSC agrave la linge 45 (Zone 3)
Tout drsquoabord nous remercions Dieu le tout puissant
de nous avoir donneacute le courage et la patience durant
toutes ces anneacutees drsquoeacutetudes
Nous tenons agrave exprimer notre profonde
gratitude et nos reconnaissance envers
Dr BEKRIOL de nous avoir dabord proposeacute ce
thegraveme pour le suivi continuel tout le long de la
reacutealisation de ce meacutemoire et pour les conseils qursquoelle
nrsquoa cesseacute de nous donner et les remarques
Nos remercicircments vont aussi au Professeur
MEZIANER de lrsquouniversiteacute Dr Moulay el Tahar
pour avoir accepteacute de preacutesider ce jury de soutenance
et au Dr BOUANANEA drsquoavoir accepteacute
drsquoexaminer ce travail
Nos remerciements seacutetendent eacutegalement agrave tous nos
enseignants drsquoeacutelectrotechnique de lrsquouniversiteacute de
Saida durant nos anneacutees drsquoeacutetudes
Nous remercions eacutegalement Monsieur KAYED Y
chef de service eacutelectrique de la cimenterie de Saida
et ses eacuteleacutements et speacutecialement Aissa et Habib
Remerciements
Les systegravemes FACTS (Flexible AC Transmission Systems) sont pressentis pour
lrsquoameacutelioration des performances des reacuteseaux eacutelectriques de transport et drsquointerconnexion De
nombreuses eacutetudes ont eacuteteacute faites sur ces systegravemes concernant lrsquoaugmentation de la vitesse de
controcircle des paramegravetres des lignes (tension impeacutedance et deacutephasage) Les compensations
shunt et seacuterie utilisant des systegravemes drsquoeacutelectronique de puissance sont des concepts FACTS et
permettent aux reacuteseaux drsquoecirctre plus flexibles La compensation shunt reacutealise de preacutefeacuterence le
support de la tension alors que la compensation seacuterie est employeacutee pour reacuteduire lrsquoimpeacutedance
des lignes et donc pour augmenter la capaciteacute de transfert de puissance ainsi que pour
ameacuteliorer la reacutepartition des transits de puissance dans le reacuteseau aussi bien que les stabiliteacutes
statiques et dynamiques
La contribution principale de ce meacutemoire est lrsquoimpact de deux systegravemes FACTS le
STATCOM (Compensateur Statique Synchrone) et le SSSC (Static Synchronous Series
Compensator) sur lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance pour un reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds
Mots cleacutes FACTS STATCOM SSSC effondrement de tension calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance
Reacutesumeacute
من لها لما الماضية القليلة السنوات خلال سريعا تطورا شهدت التي المجالات من ( FACTS ) المرنة النقل أنظمة
قدرة
سرعة وقد تم القيام بالعديد من الدراسات على هذه الأنظمة لزيادة الكهربائية تحسين أداء شبكات النقل على كبيرة
الممانعة وزاوية الطور( الجهدالسيطرة على معاملات الخطوط )
على SSSC و STATCOMنظمة النقل المرنة أنموذجان من تأثيرھو المذكرة ھذه في ساسىى الأالهد ف
القدرة قباستخدام تقنية الحساب المستمر لتدف توترمشكلة انهيار ال
القدرة قالحساب المستمر لتدف توترال انهيار STATCOM SSSCالمرنة النقل أنظمة ةمفتاحی كلمات
ملخص
Table des matiegraveres
Contexte de lrsquoeacutetude et eacutetat de lrsquoart
I1) Introduction 13
I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique 14
I21) De la centrale aux abonneacutes 14
I 3) Fonctionnement du reacuteseau eacutelectrique 16
I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectrique 16
I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie 17
I411) Reacuteseaux drsquoutilisation 17
I412) Reacuteseaux de distribution 18
I413) Reacuteseaux de reacutepartition 18
I414) Reacuteseaux de transport 18
I42) Topologie des reacuteseaux
I421) Reacuteseaux radiaux
I422) Reacuteseaux boucleacutes
I423) Reacuteseaux mailleacutes
18
18
19
20
Liste des figures 03
Liste des tableaux 05
Liste des acronymes 06
Liste des symboles 08
Introduction geacuteneacuterale 09
Table des matiegraveres
Chapitre I
I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques 20
I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du
Maghreb Arabe
21
I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique 22
I61) Qualiteacute de la tension 22
I611) Amplitude 22
I612) Freacutequence 23
I613) Forme Drsquoonde 23
I614) Symeacutetrie 23
I62) Qualiteacute du courant 23
I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique 24
I71) Classification des perturbations eacutelectriques 24
I711) Creux de tension et coupures 24
a) Origines de creux de tension et coupures 25
I712) Harmonique 26
a) Inters harmoniques 26
b) Infra-harmoniques 26
c) Conseacutequences des harmoniques 26
d) Les principales sources drsquoharmoniques 26
I713) Surtensions 27
a) Origine ou causes des surtensions 28
I714) Variations et fluctuations de tension 28
a) Origines des variations et fluctuations de tension 28
I715) Deacuteseacutequilibres 29
a) Origines de Deacuteseacutequilibres 29
I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations 29
I72) Le system de protection 30
I8) La Stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31
I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31
I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 31
I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire) 32
I8211) Stabiliteacute Angulaire Aux Petites Perturbations 33
I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
transitoire
34
I822) Stabiliteacute de la freacutequence 35
I823) Stabiliteacute de tension 35
I8231) Instabiliteacute de la tension 35
I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension 36
I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites
perturbations
36
I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes
perturbations
36
I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension 36
I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation 37
I92) Charge appeleacutee trop importante 37
I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport 37
I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 38
I11) Conclusion 40
Le concept des FACTS
II1) Introduction 42
II2) Le concept FACTS 42
II21) Fonctionnement des FACTS
II22) Contexte algeacuterien
44
45
II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS 47
II3) Les dispositifs FACTS 47
II4) Classification des dispositifs FACTS 48
II41) Classification selon la geacuteneacuteration 48
II411) Geacuteneacuteration I 48
II412) Geacuteneacuteration II 48
II413) Geacuteneacuteration III 48
II42) Classification selon la cateacutegorie 48
II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS 49
a) Dispositifs FACTS Shunt 49
Compensateur statique de puissance reacuteactive (SVC) 49
Compensateur statique synchrone ( STATCOM) 49
Geacuteneacuterateur statique synchrone (SSG) 49
Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (SVG) 50
Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (SVS) 50
Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (TCBR) 50
b) Dispositifs FACTS seacuteries 51
Controcircleur de transit de puissance entre lignes (IPFC) 51
Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (TCSC) 51
Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (TSSC) 51
Chapitre II
Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (TCSR) 51
Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (TSSR) 52
Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (SSSC) 52
c) Dispositifs FACTS hybrides 52
Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (UPFC) 52
Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (TCPST) 52
Reacutegulateur de puissance interphases (IPC) 52
d) Autres dispositifs FACTS 53
Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVL) 53
Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVR) 53
II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors 54
Compensateur synchrone statique(STATCOM) 54
Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC) 58
II6) Coucirct des dispositifs FACTS 62
II7) Synthegravese des dispositifs FACTS 63
II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie des
dispositifs FACTS
63
II9) Conclusion 64
Modeacutelisation du systegraveme eacutetudieacute de la charge au reacuteseau complet
III1) Introduction 67
III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS 67
III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs 67
III22) Modegraveles des charges 69
III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt 69
III24) Modegraveles de la ligne 70
Chapitre III
III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques 71
III26) Modegraveles du transformateur 72
III27) Modeacutelisation de la machine synchrone 73
III28) Modeacutelisation du STATCOM 74
III29) Modeacutelisation du SSSC 75
III3) Conclusion 78
IV1) Introduction 80
IV2) Outils de simulation 81
IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 82
IV31) Facteur de charger et les directions de puissance 83
IV32) Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance 84
IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE39 nœuds 87
IV41) Preacutesentation du reacuteseau 87
IV5) Emplacement du STATCOM 91
IV51) Impact du STATCOM 92
IV511) Profils des tensions et les pertes de puissance dans le
systegraveme
94
IV512) Synthegravese 98
IV6) Emplacement du SSSC 99
IV61) Impact du SSSC 100
IV611) SSSC inseacutereacute sur la linge 45 103
IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 104
IV613) Synthegravese 106
IV7) Conclusion 107
Chapitre IV
Ameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau de transport par les FACTS
Conclusion geacuteneacuterale 109
Bibliographies 112
Annexes 116
Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique 14
Figure I2 Reacuteseaux publique 15
Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique 17
Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial 19
Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute 19
Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute 20
Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension 24
Figure I8 Paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12) 25
Figure I9 Harmoniques 27
Figure I10 Exemple de surtension 27
Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension 28
Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension 29
Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques 30
Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique 32
Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps 34
Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 39
Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif 43
Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar 46
Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie 47
Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie 48
Figure II5 Classification des dispositifs FACTS 54
Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM 55
Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM 56
Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM 57
Liste des figures
Figure II9 Scheacutema de base du SSSC 58
Figure II10
Figure II11
Figure II12
Figure II13
Caracteacuteristique statiques du SSSC
Principe de fonctionnement de SSSC
Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple
Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du
SSSC
59
60
61
61
Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur 68
Figure III2 Modegravele des charges 69
Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt 70
Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport 70
Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur 72
Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone 73
Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM 74
Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation 76
Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT 82
Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink 82
Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas preacutedicteur) 85
Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas correcteur) 86
Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas correcteur obtenu
par les moyens de la parameacutetrisation locale
87
Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds 88
Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds 89
Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS 90
Figure IV9 Profile de tension du reacuteseau IEEE 39-nœuds 91
Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone 91
Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1 du systegraveme (eacutetat de base) 92
Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme (eacutetat de base) 92
Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de base 92
Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8 94
Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8 94
Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 8 95
Figure IV17 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 8 95
Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM 95
Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 03 96
Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 15 96
Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 15 97
Figure IV23 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV24 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV25 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 15 98
Figure IV26 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 15 98
Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents
emplacements du STATCOM
98
Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du
STATCOM
99
Figure IV29 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement 100
Figure IV30 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement 100
Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge15 102
Figure IV35 Profils de pertes de puissance actives avec SSSC sur la ligne 15 102
Figure IV36 Profils de pertes de puissance reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15 102
Figure IV37 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103
Figure IV38 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103
Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge 45 104
Figure IV41 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV42 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge48 105
Figure IV45 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV46 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC 106
Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents emplacements du
SSSC
106
Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS 62
Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS 63
Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme 72
Liste des tableaux
kV Kilovolt
Hz Hertz
THT Tregraves haute tension
UHT Ultra haute tension
Km Kilomegravetre
HTB Haute tension
RTE Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute
HTA Moyenne tension
BT Basse tension
SDO Socieacuteteacute de distribution de lrsquoouest
UMA Union du Maghreb Arabe
ONE Office National Marocain de lrsquoElectriciteacute
STEG Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz
Comelec Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute
IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Eacutelectriciteacute et en Eacutelectronique
CEI Commission eacutelectrotechnique internationale
119880119903119890119891 Tension de reacutefeacuterence
ms Mili-seconde
rms Root means square
pu Systegraveme de valeur relative (Per unit )
CPF Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance
GW Geacutegawatts
PSAT Power System Analysis Toolbox
AC Alternative Current (Courant altenatif)
IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Electriciteacute et en Electronique
Liste des acronymes
∆U Diffeacuterence de tension
∆T Diffeacuterence de temps
FACTS Flexible Alternating Current Transmission System
STATCOM Compensateur Statique Synchrone
SSSC
GTO
Compensateur Statique seacuterie synchrone
Gate Turn Off
119881119904 Tension de la source
119881119903 Tension de la charge
119868119898119886119909 Courant maximal
119868119898119894119899 Courant minimal
MLI Modulation par largeur dimpulsion
119881119904ℎ Tension (shunt) injecteacutee par le STATCOM
119876119904ℎ Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le STATCOM
119876119903 Puissance reacuteactive demandeacutee par la charge
119868119904ℎ Courant (shunt) injecteacute par le STATCOM
119881119904119890 Tension (seacuterie) injecteacute par le SSSC
119883119897 Reacuteactance de la ligne de transport
X Reacuteactance totale du reacuteseau
119883119890119891119891 Reacuteactance effective
V Tension de source
B Susceptance
119883119886 Reacuteactance seacuterie limitant les transitoires
119868119902 Composante du courant de la ligne sur lrsquoaxe q
119868prime119902 Composante du courant fourni par le compensateur shunt sur lrsquoaxe q
119881119904119902 Composante de la tension de la source sur lrsquoaxe q
119883119894 Angle de commutation
119868119897 Courant de ligne
λ Facteur de charge
Liste des symboles
Introduction geacuteneacuterale
INTRODUCTION GENERALE
9
Aujourdrsquohui la consommation de leacutenergie eacutelectrique et le sceacutenario des systegravemes
dalimentation est hautement complexe et interconnecteacute il y a un grand besoin
dameacuteliorer lutilisation deacutenergie eacutelectrique tout en conservant sa fiabiliteacute et sa seacutecuriteacute
Lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecoulement de puissance et la stabiliteacute dans le langage du systegraveme
eacutelectrique est la solution de leacutetat deacutequilibre des reacuteseaux Habituellement une centrale nest
pas situeacutee agrave proximiteacute du centre de charge mais elle peut ecirctre loin du centre de distribution
en raison de circonstances diverses Pour reacutepondre agrave la demande de puissance sans
cesse croissante les services publics preacutefegraverent sappuyer sur la production de
leacutelectriciteacute deacutejagrave existante au lieu de construire de nouvelles lignes de transmission qui
sont limiteacutees par des contraintes diverses
Les reacuteseaux eacutelectriques jusquagrave ces derniegraveres anneacutees sont controcircleacutes
meacutecaniquement malgreacute lutilisation de la microeacutelectronique des ordinateurs et des
moyens rapides de teacuteleacutecommunication dans le controcircle des reacuteseaux la derniegravere action dans
ces systegravemes de commande est prise avec des dispositifs meacutecaniques ayant un temps
de reacuteponse plus au moins long et avec lesquels laction damorccedilage et de reacuteamorccedilage
ne peut ecirctre reacutepeacutetitivement exeacutecuteacute agrave une freacutequence eacuteleveacutee
Les eacuteleacutements proposeacutes qui permettent drsquoameacuteliorer les systegravemes sont les dispositifs
FACTS laquo Flexible Alternating Current Transmission System raquo Les dispositifs FACTS font
en geacuteneacuteral appel agrave leacutelectronique de puissance des microprocesseurs de lautomatique des
teacuteleacutecommunications et des logiciels pour parvenir agrave controcircler les systegravemes de puissance Ce
sont des eacuteleacutements de reacuteponse rapide Ils donnent en principe un controcircle plus souple
de leacutecoulement de puissance Ils donnent aussi la possibiliteacute de charger les lignes de transit
agrave des valeurs pregraves de leur limite thermique et augmentent la capaciteacute de transfegravere de la
puissance dune reacutegion agrave une autre Ils Limitent aussi les effets des deacutefauts et
des deacutefaillances de leacutequipement et stabilisent le comportement du reacuteseau eacutelectrique
Lrsquoeacutetude du comportement de la tension dans les reacuteseaux eacutelectriques est devenue une
preacuteoccupation majeure des exploitants et planificateurs de ces systegravemes En fait plusieurs
incidents geacuteneacuteraliseacutes survenus dans le monde ont eacuteteacute associeacutes agrave des instabiliteacutes de tension Ce
mode drsquoinstabiliteacute nrsquoest pas encore bien maicirctriseacute compareacute au mode drsquoinstabiliteacute angulaire
(dynamique et transitoire) En effet le meacutecanisme causant lrsquoinstabiliteacute de tension semble lrsquoun
des plus importants problegravemes agrave clarifier Aujourdrsquohui encore il nrsquoy a pas une theacuteorie
INTRODUCTION GENERALE
10
disponible et largement accepteacutee pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension Les problegravemes lieacutes agrave
ce type drsquoinstabiliteacute constituent alors dans plusieurs pays un axe de recherche tregraves important
Des releveacutes sur les incidents survenus durant les derniegraveres deacutecennies ont montreacute que
lrsquoeffondrement de tension intervient geacuteneacuteralement suite agrave une perturbation majeure ou agrave une
augmentation importante de la charge sur un reacuteseau eacutelectrique soumis agrave de fortes contraintes
Ce reacuteseau srsquoaffaiblit et sa consommation reacuteactive srsquoaccroicirct Le pheacutenomegravene est alors
caracteacuteriseacute par une baisse progressive de la tension dans une ou plusieurs reacutegions
consommatrices et qui va en srsquoacceacuteleacuterant au bout de quelques minutes La deacutegradation de la
tension au niveau des charges est alors telle qursquoelle entraicircne des interruptions de service dont
les causes directes peuvent ecirctre
- Manque de tension
- Augmentation des pertes reacuteactive du reacuteseau
La deacutefaillance du reacuteglage de la tension au niveau des bornes des groupes a pour
conseacutequence une acceacuteleacuteration de la deacutegradation du plan de la tension qui peut aller jusqursquoagrave
des deacuteclenchements en cascade de groupes et de lignes et un effondrement geacuteneacuteral du reacuteseau
Dans cette situation les moyens classiques de controcircle des reacuteseaux (transformateur agrave
prises reacuteglables en charge transformateurs deacutephaseurs compensateurs seacuterie ou parallegravele
commuteacutes par disjoncteurs modification des consignes de production changement de
topologie du reacuteseau et action sur lexcitation des geacuteneacuterateurs) pourraient dans lavenir saveacuterer
trop lents et insuffisants pour reacutepondre efficacement aux problegravemes drsquoinstabiliteacute du reacuteseau
compte tenu notamment des nouvelles contraintes Il faudra donc compleacuteter leur action en
mettant en œuvre des dispositifs eacutelectroniques de puissance ayant des temps de reacuteponse
courts qui sont les FACTS
Le maintien de lrsquoeacutequilibre entre la production et la consommation neacutecessite alors une
surveillance permanente du systegraveme afin drsquoassurer la qualiteacute du service (problegraveme de
conduite) garantir sa seacutecuriteacute (problegraveme de protection) et sa stabiliteacute (problegraveme de reacuteglage)
Ainsi le premier chapitre de ce meacutemoire est consacreacute agrave une introduction geacuteneacuterale aux
problegravemes que rencontrent actuellement les reacuteseaux eacutelectriques Nous preacutesenterons ensuite La
INTRODUCTION GENERALE
11
stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
Dans le deuxiegraveme chapitre nous preacutesenterons le concept FACTS et plus
particuliegraverement le contexte Algeacuterien ainsi la conception et le principe de fonctionnement de
deux systegravemes FACTS qui seront retenus pour la suite de cette eacutetude
Dans le troisiegraveme chapitre nous preacutesenterons la modeacutelisation de deux systegravemes FACTS
qui sont retenus pour la simulation La modeacutelisation des eacuteleacutements des reacuteseaux sera eacutegalement
eacutevoqueacutee
Le chapitre quatre preacutesentera les reacutesultats des simulations lors de lrsquoeffondrement de
tension Ces tests concernent lrsquoimpact des dispositifs FACTS sur le pheacutenomegravene de
lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de
puissance (CPF) Nous utiliserons pour cela le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds
Lorsque tout ce qui preacutecegravede aura eacuteteacute exposeacute il ne nous restera plus qursquoagrave conclure et agrave
proposer des perspectives drsquoeacutetudes futures permettant de compleacuteter le travail reacutealiseacute tout au
long de ce meacutemoire
12
Chapitre 1
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
13
CHAPITRE I
I1) Introduction
Lrsquoeacutenergie eacutelectrique est la forme drsquoeacutenergie la plus largement reacutepandue car elle est
facilement transportable avec un rendement eacuteleveacute et un coucirct raisonnable Un reacuteseau eacutelectrique
est un ensemble dinfrastructures dont le but est dacheminer de leacutenergie eacutelectrique agrave partir de
centres de production vers les consommateurs deacutelectriciteacute (charge) Le premier reacuteseau
eacutelectrique a vu le jour aux Etats Unis en 1882 et a eacuteteacute conccedilu par Thomas
Edison Crsquoeacutetait un reacuteseau local agrave courant continu et servait agrave assurer lrsquoeacuteclairage de la reacutegion de
Manhattan La distribution de lrsquoeacutenergie eacutetait assureacutee par des cacircbles souterrains
Avec lrsquoinvention du transformateur par William Stanley en 1885 et celle du moteur agrave
courant alternatif par Nikola Tesla en 1888 les reacuteseaux agrave courant alternatif commencegraverent agrave
prendre le pas sur les reacuteseaux agrave courant continu du fait qursquoil eacutetait devenu possible drsquoacheminer
plus de puissance sur de plus grandes distances gracircce agrave des niveaux de tension plus eacuteleveacutes
Un autre avantage non neacutegligeable du courant alternatif est la suppression du collecteur
donc des problegravemes de commutation dans les alternateurs ce qui a permis de construire des
alternateurs de grande puissance agrave moyenne tension Les reacuteseaux eacutetaient drsquoabord monophaseacutes
puis triphaseacutes (23 kV en 1893) et agrave diffeacuterentes freacutequences (28Hz agrave 133Hz) Progressivement
la neacutecessiteacute de mise en fonctionnement en parallegravele et drsquointerconnexion des diffeacuterents reacuteseaux
a conduit agrave la standardisation de la freacutequence
60 Hz aux Etats Unis et au Canada
50 Hz pour la majoriteacute des pays en Afrique Asie et Europe
Les niveaux de tensions ont eux aussi eacutevolueacute graduellement jusqursquoagrave atteindre
aujourdrsquohui lrsquoUltra Haute tension 765 kV en service aux Etats Unis et ce depuis 1969Le
transport drsquoeacutenergie eacutelectrique sur de tregraves grandes distances est devenu plus avantageux en
courant continu qursquoen alternatif et ce gracircce au deacuteveloppement de lrsquoeacutelectronique de puissance
Ainsi il est plus eacuteconomique de convertir la THT ou UHT de lrsquoalternatif au continu de
transporter lrsquoeacutenergie eacutelectrique agrave lrsquoaide de deux lignes et de la reconvertir agrave lrsquoautre extreacutemiteacute
Des eacutetudes ont montreacute qursquoil eacutetait avantageux de recourir au courant continu lorsqursquoil
srsquoagissait de transporter de lrsquoeacutenergie eacutelectrique sur des distances supeacuterieures ou eacutegales agrave 500
km
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
14
CHAPITRE I
Lrsquoaccroissement eacutenorme de la demande de lrsquoeacutenergie eacutelectrique et les contraintes
eacuteconomiques de construire de nouveaux ouvrages conduisent agrave lrsquoexploitation des reacuteseaux
eacutelectriques preacutes de leurs limites de stabiliteacute et de seacutecuriteacute En effet lrsquoinstabiliteacute des reacuteseaux
eacutelectriques preacutesente un problegraveme majeur dans le bon fonctionnement de ces derniers autour du
monde Les perturbations ineacutevitables telles que les courts circuits les indisponibiliteacutes
momentaneacutees des lignes de transmission des geacuteneacuterateurs les transformateurs ainsi que les
pertes dans les lignes peuvent affecter le reacuteseau eacutelectrique agrave tout instant et lrsquoamener en dehors
de sa zone de stabiliteacute La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique est donc la proprieacuteteacute qui lui permet
de rester dans un eacutetat drsquoeacutequilibre pour des conditions de fonctionnement normales et de
retrouver un eacutetat drsquoeacutequilibre acceptable suite agrave une perturbation
I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique
Les reacuteseaux eacutelectriques (transport et distribution) ont pour rocircle drsquoacheminer lrsquoeacutenergie
des sites de production vers les lieux de consommation avec des eacutetapes de baisse du niveau
de tension dans des postes de transformation
Les reacuteseaux eacutelectriques ont pour fonction dinterconnecter les centres
de production tels que les centrales hydrauliques thermiquesetc avec les centres de
consommation (villes usines) [1]
I21) De la centrale aux abonneacutes
La tension agrave la sortie des grandes centrales est porteacutee agrave 400 000 volts (ou 400 kV) pour
limiter les pertes drsquoeacutenergies sous forme de chaleur dans les cacircbles des lignes eacutelectriques de
transport (ce sont les pertes par laquo effets de joule raquo) Ensuite la tension est progressivement
reacuteduite au plus preacutes de la consommation pour arriver aux diffeacuterents niveaux de tension
auxquels sont raccordeacutes les consommateurs (figure I1)
Centrale
De
Production
Poste de
Transformation
THT HT
Poste de
Transformation
MT BT
Poste de
Transformation
HT HT
Abonneacutes HT Abonneacutes BT Abonneacutes MT
Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique
Poste de
Transformation
HTMT
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
15
CHAPITRE I
Les reacuteseaux publics drsquoeacutelectriciteacute (figure I2) sont constitueacutes drsquoun ensemble de
conducteurs et de postes eacutelectriques permettant drsquoacheminer lrsquoeacutenergie depuis les installations
de production jusqursquoaux installations de consommation
Les conducteurs sont les lignes aeacuteriennes ou les cacircbles souterrains (ou les cacircblages
courant en faccedilades drsquoimmeubles) desservant le territoire selon un scheacutema mailleacute ou
arborescent Pour des raisons tenant agrave des calculs technico-eacuteconomiques ils sont exploiteacutes agrave
diffeacuterents niveaux de tension
Les postes eacutelectriques sont situeacutes aux nœuds du maillage ou de lrsquoarborescence des
conducteurs Ils accueillent les transformateurs (pour le changement de niveau de tension) les
organes drsquoaiguillage et de manœuvre des flux et les eacutequipements de surveillance et de seacutecuriteacute
du reacuteseau [2]
Le but premier dun reacuteseau deacutenergie est de pouvoir alimenter la demande des
consommateurs Comme on ne peut encore stocker eacuteconomiquement et en grande quantiteacute
leacutenergie eacutelectrique il faut pouvoir maintenir en permanence leacutegaliteacute [3]
(I1)
Figure I2 Reacuteseaux publiques
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
16
CHAPITRE I
Le reacuteseau eacutelectrique est exploiteacute de maniegravere agrave assurer trois principaux objectifs
bull La distribution drsquoeacutelectriciteacute doit pouvoir ecirctre garantie et ce malgreacute les aleacuteas du reacuteseau
En effet celle-ci est un enjeu agrave la fois financier et de seacutecuriteacute pour les biens mateacuteriels
et des personnes Ainsi lrsquoopeacuterateur du reacuteseau doit ecirctre capable de faire face agrave ces aleacuteas
et drsquoeacuteviter les deacutegacircts potentiels ainsi que leurs propagations Cet enjeu de sucircreteacute de
fonctionnement en reacutegime normal et en reacutegime perturbeacute est un des premiers objectifs
bull Lrsquoonde de tension fait lrsquoobjet drsquoengagement contractuel que lrsquoopeacuterateur se doit de
ternir en respectant une regravegle drsquoeacutegaliteacute cest-agrave-dire une impartialiteacute entre clients en
conservant une continuiteacute de service maximale
bull Le dernier objectif drsquoexploitation est un objectif eacuteconomique lrsquoexploitation doit ecirctre
meneacutee de maniegravere optimale dans le but de reacuteduire les pertes ainsi que les coucircts de
maintenance et drsquoinvestissement Drsquoautre part lrsquoexploitation doit favoriser lrsquoouverture
du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute
I 3) Fonctionnent du reacuteseau eacutelectrique
Lrsquoeacutelectriciteacute produite par les centrales est drsquoabord achemineacutee sur de longues distances
dans des lignes agrave haute tension (HTB) geacutereacutees par RTE (Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute)
Elle est ensuite transformeacutee en eacutelectriciteacute agrave la tension HTA pour pouvoir ecirctre
achemineacutee par le reacuteseau de distribution Cette transformation intervient dans les postes
sources
Une fois sur le reacuteseau de distribution lrsquoeacutelectriciteacute haute tension HTA alimente
directement les clients industriels Pour les autres clients (particuliers commerccedilants
artisans) elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation avant
drsquoecirctre livreacutee
Au final la qualiteacute de lrsquoalimentation en eacutelectriciteacute des utilisateurs du reacuteseau est donc le
reacutesultat de la qualiteacute de tout ce parcours [4]
I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectriques
Dans les pays doteacutes drsquoun systegraveme eacutelectrique eacutelaboreacute le reacuteseau est structureacute en plusieurs
niveaux assurant des fonctions speacutecifiques propres et caracteacuteriseacutes par des tensions adapteacutees agrave
ces fonctions
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
17
CHAPITRE I
Traditionnellement les reacuteseaux eacutelectriques sont deacutecomposeacutes en trois sous-systegravemes la
geacuteneacuteration le transport et la distribution (figure I3) Chaque sous-systegraveme est relieacute par des
postes sources chargeacutes de lrsquoadeacutequation des niveaux de tension
Dans le contexte de ce paragraphe nous allons preacutesenter la structure et la topologie du
reacuteseau eacutelectrique Algeacuterien (les informations des paragraphes ci ndashdessous sont prises lors drsquoun
stage effectueacute agrave la SDO
I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie
I411) Reacuteseaux drsquoutilisation
Ces sont les reacuteseaux de basse tension (BT) qui alimentent les maisons lrsquoeacuteclairage
public les moteurs et les appareils domestiques Ce type de reacuteseau eacutelectrique doit preacutesenter
une continuiteacute de service permanente Geacuteneacuteralement la gamme de tension est de 220 volts agrave
380 volts
Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
18
CHAPITRE I
I412) Reacuteseaux de distribution
Ce sont les reacuteseaux de moyenne tension (MT) qui fournissent aux reacuteseaux
drsquoutilisation les puissances neacutecessaires demandeacutees Ils doivent observer des distances limiteacutees
de voisinage crsquoest pour cela que ces reacuteseaux se reacutealisent en souterrain dans les villes (En
Algeacuterie le niveau de tension de distribution de lrsquoeacutenergie est fixeacute agrave 10 kV)
I413) Reacuteseaux de reacutepartition
Ce sont les reacuteseaux HTMT (3010 kV) ils fournissent les puissances neacutecessaires
aux reacuteseaux de distribution relieacutes entre eux ils facilitent le secours mutuel entre reacutegions
I414) Reacuteseaux de transport
Ils assurent lrsquoalimentation de lrsquoensemble du territoire national gracircce agrave des
transits de puissances importantes et de tensions qui sont de 60 220 et 400 kV
I42) Topologie des reacuteseaux
Les reacuteseaux doivent assurer le transit de lrsquoeacutenergie eacutelectrique avec une seacutecuriteacute
suffisante cette seacutecuriteacute drsquoalimentation est augmenteacutee soit
Par les lignes aux appareillages plus solides
Par des circuits plus nombreux
I421) Reacuteseaux radiaux
Le principe de fonctionnement de reacuteseau radial est agrave une seule voie drsquoalimentation Ceci
signifie que tout point de consommation sur une telle structure ne peut ecirctre alimenteacute que par
un seul chemin eacutelectrique possible Il est de type arborescent Cette arborescence se deacuteroule agrave
partir des points drsquoalimentation qui sont constitueacutes par les postes de distribution publique
HTBHTA ou HTAHTA (reacutepartition) Ce scheacutema (figure I4) est particuliegraverement utiliseacute pour
la distribution de la MT en milieu rural En effet il permet facilement et agrave un moindre coucirct
drsquoacceacuteder agrave des points de consommation de faible densiteacute de charge (gtgt10 kVA) et largement
reacutepartis geacuteographiquement (gtgt 100 km2)
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
19
CHAPITRE I
I422) Reacuteseaux boucleacutes
Cette topologie (Figure I5) est surtout utiliseacutee dans les reacuteseaux de reacutepartition et
distribution MT Les postes de reacutepartition HT ou MT alimenteacutes agrave partir du reacuteseau THT sont
relieacutes entre eux pour former des boucles ceci dans le but drsquoaugmenter la disponibiliteacute
Cependant il faut noter que les reacuteseaux MT ne sont pas forcement boucleacutes [23]
1 Source
2 Poste MTHT
3 Poste MTBT
4 Consommateur
Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute
Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
20
CHAPITRE I
I423) Reacuteseaux mailleacutes
Cette topologie (Figure I6) est presque la norme pour les reacuteseaux de transport Tous les
centres de production sont lieacutes entre eux par des lignes THT au niveau des postes
drsquointerconnexion ce qui forme un maillage Cette structure permet une meilleure fiabiliteacute
mais neacutecessite une surveillance agrave lrsquoeacutechelle nationale voire continentale
On obtient ainsi une meilleure seacutecuriteacute mais agrave un prix plus chers [5]
I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques [6]
Lrsquointerconnexion entre les reacuteseaux de transport drsquoeacutelectriciteacute sert agrave faire passer lrsquoeacutenergie
drsquoun pays agrave un autre Leur rocircle premier est de permettre drsquoassurer la distribution drsquoeacutelectriciteacute
en cas de deacutefaillance soudaine sur le reacuteseau national en faisant appel agrave lrsquoeacutenergie produite et
transporteacutee par les pays voisins
Lrsquointerconnexion des reacuteseaux permet de rendre solidaires les pays voisins et de
diversifier les sources de production Ce foisonnement renforce la seacutecuriteacute
drsquoapprovisionnement et diminue le risque de panne geacuteneacuteraliseacutee
Les infrastructures existantes doivent ecirctre adapteacutees afin drsquoacheminer lrsquoeacutenergie
produite par les nouvelles sources renouvelables
Les infrastructures eacutenergeacutetiques doivent permettre en augmentant les eacutechanges
interreacutegionaux de favoriser la concurrence et drsquoameacuteliorer le fonctionnement du marcheacute
Source 1 Source 2 Source 3 Source 4
Source 5 Source 6
Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
21
CHAPITRE I
I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du Maghreb Arabe
Degraves le mois de juin 1974 bien avant la constitution de lrsquoUnion du Maghreb Arabe
(UMA) en 1989 les entreprises publiques drsquoeacutelectriciteacute des trois pays lrsquoOffice National
Marocain de lrsquoElectriciteacute (ONE) la Socieacuteteacute Nationale Algeacuterienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz
(SONELGAZ) la Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz (STEG) ont deacutecideacute la creacuteation
du Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute (Comelec) immeacutediatement enteacuterineacutee par le Conseil
Permanent Consultatif Maghreacutebin (CPCM) qui regroupe les ministres de lrsquoEconomie des trois
pays
Les compagnies des deux autres pays ont rejoint le Comiteacute Sonelec (Mauritanie) en
1975 et Gecol (Libye) en 1989 apregraves la constitution de lrsquoUMA formant ainsi le groupe
speacutecialiseacute le plus ancien de lrsquoUnion dont les missions consistent agrave promouvoir et coordonner
agrave lrsquoeacutechelle maghreacutebine et vis agrave vis des institutions internationales les relations sur le plan
technique eacuteconomique commercial industriel du management de la formation et des
relations sociales Dans ce cadre des actions concregravetes et efficaces ont eacuteteacute conduites en
commun
bull Renforcement des lignes drsquointerconnexion et deacuteveloppement des eacutechanges eacutelectriques
avec pour finaliteacute drsquoassurer une solidariteacute des reacuteseaux tout en eacutevitant les risques de
propagation drsquoincidents graves
bull Programmes drsquoeacutequipement et eacutetude de projets communs diffusion drsquoun scheacutema
directeur agrave long terme du reacuteseau maghreacutebin projets de station de pompage ou mecircme de
centrale nucleacuteaire
bull Elaboration et mise agrave jour permanente drsquoune carte du reacuteseau eacutelectrique maghreacutebin y
compris le reacuteseau de distribution impliquant lrsquoalimentation des villages frontaliers agrave partir du
reacuteseau le plus proche et dans les conditions technico - eacuteconomiques les plus favorables la
premiegravere action et probablement la plus symbolique a eacuteteacute lrsquoalimentation du village tunisien
martyre de Sakiet Sidi Youcef agrave partir du reacuteseau algeacuterien ou du village marocain de Figuig agrave
partir du reacuteseau algeacuterien agrave Beni Ounif
bull Utilisation commune des structures de formation eacutelectriques et gaziegraveres
bull Promotion de lrsquointeacutegration industrielle maghreacutebine de lrsquointervention des bureaux
drsquoeacutetudes et entreprises de travaux et de fabrication de mateacuteriel eacutelectrique du Maghreb agrave
travers notamment le renforcement de la fonction engineering [7]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
22
CHAPITRE I
I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique
La qualiteacute de cette eacutenergie deacutepend de celle de la tension aux points de raccordement
toutefois cette tension subit geacuteneacuteralement beaucoup de perturbations de deux origines
distinctes drsquoune part les perturbations de courant causeacutees par le passage dans les reacuteseaux
eacutelectriques des courants perturbateurs comme les courants harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et
reacuteactifs et drsquoautre part les perturbations de tension causeacutees par des tensions perturbatrices
comme les tensions harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et les creux de tension [8]
La qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique est consideacutereacutee comme une combinaison de la qualiteacute
de la tension et de la qualiteacute du courant Nous allons donc deacutefinir ces deux notions dans la
suite de ce paragraphe
I61) Qualiteacute de la tension
Dans la pratique lrsquoeacutenergie eacutelectrique distribueacutee se preacutesente sous la forme drsquoun ensemble
de tensions constituant un systegraveme alternatif triphaseacute qui possegravede quatre caracteacuteristiques
principales amplitude freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie [9]
I611) Amplitude
Lrsquoamplitude de la tension est un facteur crucial pour la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute Elle
constitue en geacuteneacuteral le premier engagement contractuel du distributeur drsquoeacutenergie
Habituellement lrsquoamplitude de la tension doit ecirctre maintenue dans un intervalle de plusmn 10
autour de la valeur nominale
Dans le cas ideacuteal les trois tensions ont la mecircme amplitude qui est une constante
Cependant plusieurs pheacutenomegravenes perturbateurs peuvent affecter lrsquoamplitude des tensions En
fonction de la variation de lrsquoamplitude on distingue deux grandes familles de perturbations
- Les creux de tension coupures et surtensions Ces perturbations se caracteacuterisent par des
variations importantes de lrsquoamplitude Elles ont pour principale origine des courts-circuits et
peuvent avoir des conseacutequences importantes pour les eacutequipements eacutelectriques
- Les variations de tension Ces perturbations se caracteacuterisent par des variations de
lrsquoamplitude de la tension infeacuterieure agrave 10 de sa valeur nominale Elles sont geacuteneacuteralement
dues agrave des charges fluctuantes ou des modifications de la configuration du reacuteseau
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
23
CHAPITRE I
I612) Freacutequence
Dans le cas ideacuteal les trois tensions sont alternatives et sinusoiumldales drsquoune freacutequence
constante de 50 ou 60 Hz selon le pays Des variations de freacutequence peuvent ecirctre provoqueacutees
par des pertes importantes de production de lrsquoicirclotage drsquoun groupe sur ses auxiliaires ou son
passage en reacuteseau seacutepareacute ou drsquoun deacutefaut dont la chute de tension reacutesultante entraicircne une
reacuteduction de la charge [9]
I613) Forme drsquoonde
La forme drsquoonde des trois tensions formant un systegraveme triphaseacute doit ecirctre la plus proche
possible drsquoune sinusoiumlde En cas de perturbations au niveau de la forme drsquoonde la tension
nrsquoest plus sinusoiumldale et peut en geacuteneacuteral ecirctre consideacutereacutee comme une onde fondamentale agrave
50Hz associeacutee agrave des ondes de freacutequences supeacuterieures ou infeacuterieures agrave 50 Hz appeleacutees
eacutegalement harmoniques Les tensions peuvent eacutegalement contenir des signaux permanents
mais non-peacuteriodiques alors deacutenommeacutes bruits
I614) Symeacutetrie
La symeacutetrie drsquoun systegraveme triphaseacute se caracteacuterise par lrsquoeacutegaliteacute des modules des trois
tensions et celle de leurs deacutephasages relatifs La dissymeacutetrie de tels systegravemes est
communeacutement appeleacute deacuteseacutequilibre [9]
I62) Qualiteacute du courant
La qualiteacute du courant est relative agrave une deacuterive des courants de leur forme ideacuteale et se
caracteacuterise de la mecircme maniegravere que pour les tensions par quatre paramegravetres amplitude
freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie Dans le cas ideacuteal les trois courants sont drsquoamplitude et
de freacutequence constantes deacutephaseacutes de 2π3 radians entre eux et de forme purement
sinusoiumldale
Le terme laquo qualiteacute du courant raquo est rarement utiliseacute car la qualiteacute du courant est
eacutetroitement lieacutee agrave la qualiteacute de la tension et la nature des charges Pour cette raison laquo la
qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique raquo est souvent reacuteduite agrave laquo la qualiteacute de la tension raquo [10]
Crsquoest lrsquoobjectif de ce meacutemoire ougrave le terme de laquo qualiteacute de lrsquoeacutenergie raquo srsquoapplique
uniquement agrave celle de la tension [13]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
24
CHAPITRE I
I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique
Le reacuteseau eacutelectrique peut ecirctre soumis agrave de multiples perturbations Ces deacutefauts qui
peuvent ecirctre mesureacutes gracircce agrave lrsquoutilisation de centrales de mesure peuvent endommager les
machines et fragiliser toutes les installations eacutelectriques
Il existe diffeacuterents types de perturbations les creux de tension les surtensions
passagegraveres les pheacutenomegravenes transitoires les deacuteseacutequilibres les distensions harmoniques ou
encore les entailles de commutations [11]
I71) Classification des perturbations eacutelectriques
I711) Creux de tension et coupures
Un creux de tension (figure I7) est une baisse brutale de la tension en un point drsquoun
reacuteseau drsquoeacutenergie eacutelectrique agrave une valeur comprise (par convention) entre 90 et 1 (CEI
61000-2-1 CENELEC EN 50160) ou entre 90 et 10 (IEEE 1159) drsquoune tension de
reacutefeacuterence (119880119903119890119891) suivie drsquoun reacutetablissement de la tension apregraves un court laps de temps compris
entre la demi-peacuteriode fondamentale du reacuteseau (10 ms agrave 50 Hz) et une minute
La tension de reacutefeacuterence est geacuteneacuteralement la tension nominale pour les reacuteseaux BT et la
tension deacuteclareacutee pour les reacuteseaux MT et HT
Une tension de reacutefeacuterence glissante eacutegale agrave la tension avant perturbation peut aussi ecirctre
utiliseacutee sur les reacuteseaux MT et HT eacutequipeacutes de systegraveme de reacuteglage (reacutegleur en charge) de la
tension en fonction de la charge Ceci permet drsquoeacutetudier (agrave lrsquoaide de mesures simultaneacutees dans
Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
25
CHAPITRE I
chaque reacuteseau) le transfert des creux entre les diffeacuterents niveaux de tension La meacutethode
habituellement utiliseacutee pour deacutetecter et caracteacuteriser un creux de tension est le calcul de la
valeur efficace laquo rms (12) raquo du signal sur une peacuteriode du fondamental toutes les demi-
peacuteriodes (recouvrement drsquoune demi-peacuteriode)
La figure (I8) montre les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension qui sont donc
bull sa profondeur ∆U (ou son amplitude U)
bull sa dureacutee ∆T deacutefinie comme le laps de temps
a) Origines des creux de tension et coupures
Les creux de tension et les coupures bregraveves sont principalement causeacutes par des
pheacutenomegravenes conduisant agrave des courants eacuteleveacutes qui provoquent agrave travers les impeacutedances des
eacuteleacutements du reacuteseau une chute de tension drsquoamplitude drsquoautant plus faible que le point
drsquoobservation est eacutelectriquement eacuteloigneacute de la source de la perturbation
Les creux de tension et les coupures bregraveves ont diffeacuterentes causes
bull des deacutefauts sur le reacuteseau de transport (HT) de distribution (BT et MT) ou sur
lrsquoinstallation elle-mecircme [9]
Les creux de tension et les coupures bregraveves sont causeacutes par des pheacutenomegravenes aleacuteatoires
Ces pheacutenomegravenes concernent soit le reacuteseau du distributeur soit le reacuteseau de lrsquoutilisateur [12]
Figure I8 Les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12)
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
26
CHAPITRE I
I712) Harmonique
Une harmonique (figure I9) est une composante sinusoiumldale drsquoune onde peacuteriodique ou
drsquoune quantiteacute posseacutedant une freacutequence qui est multiple entier de la freacutequence fondamentale
a) Inters harmoniques
Les inter-harmoniques sont des signaux de freacutequence non multiple de la freacutequence
fondamentale
b) Infra-harmoniques
Les infra harmoniques sont des signaux de freacutequence infeacuterieure agrave celle du fondamentale
c) Conseacutequences des harmoniques
Les courants harmoniques qui se propagent dans les reacuteseaux eacutelectriques deacuteforment
lrsquoallure du courant de la source et polluent les consommateurs alimenteacutes par les mecircmes
reacuteseaux On peut classer les effets engendreacutes par les harmoniques en deux types [8]
les effets instantaneacutes
les effets agrave terme
d) Les principales sources drsquoharmoniques
Ce sont des charges qursquoil est possible de distinguer selon leurs domaines industrielles
ou domestiques
Les charges industrielles
Eacutequipements drsquoeacutelectroniques de puissance variateurs de vitesse redresseurs agrave
diodes ou agrave thyristors onduleurs alimentations agrave deacutecoupage
Charges utilisant lrsquoarc eacutelectrique fours agrave arc machines agrave souder eacuteclairage
(lampes agrave deacutecharge tubes fluorescents) Les deacutemarrages de moteurs par
deacutemarreurs eacutelectroniques et les enclenchements de transformateurs de puissance
sont aussi geacuteneacuterateurs drsquoharmoniques (temporaires) [9]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
27
CHAPITRE I
I713) Surtensions
Ce pheacutenomegravene (figure I10) se produit lorsqursquoun composant eacutelectrique posseacutedant deux
bornes reccediloit une tension supeacuterieure agrave celle de la tension normale du circuit [13]
Les surtensions sont de trois natures
bull Temporaires (agrave freacutequence industrielle)
bull De manœuvre
bull Drsquoorigine atmospheacuterique (foudre)
Elles peuvent apparaicirctre
bull en mode diffeacuterentiel (entre conducteurs actifs phph ndash phneutre)
bull en mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) [10]
Figure I9 Harmoniques
Figure I10 Exemple de surtension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
28
CHAPITRE I
a) Origine ou causes des surtensions
Les orages sont des eacuteveacutenements tregraves habituels et aussi tregraves dangereux On estime que
sur notre planegravete se produisent simultaneacutement quelques 2000 orages et quenviron 100 coups
de foudre se deacutechargent sur la terre chaque seconde Au total cela repreacutesente environ 4000
orages quotidiens et 9 millions de deacutecharges atmospheacuteriques chaque jour
Au moment de lrsquoimpact la foudre provoque une impulsion de courant qui arrive agrave
atteindre des dizaines de milliers drsquoampegraveres Cette deacutecharge geacutenegravere une surtension dans le
systegraveme eacutelectrique qui peut provoquer des incendies la destruction de machines et la mort de
personnes [14]
I714) Variations et fluctuations de tension
Des variations rapides de tension reacutepeacutetitives ou aleacuteatoires (figure I11) sont provoqueacutees
par des variations rapides de puissance absorbeacutee ou produite par des installations telles que les
soudeuses fours agrave arc eacuteoliennes etc [15]
Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations
cycliques ou aleacuteatoires de lrsquoenveloppe drsquoune tension dont les caracteacuteristiques sont la
freacutequence de la variation et lrsquoamplitude
a) Origines des variations et fluctuations de tension
bull Les variations lentes de tension sont causeacutees par la variation lente des charges
connecteacutees au reacuteseau
bull Les fluctuations de tension sont principalement dues agrave des charges industrielles
rapidement variables comme les machines agrave souder les fours agrave arc les laminoirs
Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
29
CHAPITRE I
I715) Deacuteseacutequilibres
Dans un reacuteseau triphaseacute on a ideacutealement des amplitudes eacutegales de la tension et du
courant respectivement sur chacune des trois phases et un angle de phase de 120 degreacutes
Lorsque les tensions ou les courants preacutesentent une diffeacuterence drsquoamplitude il y a deacuteseacutequilibre
(figure I12) et cela peut causer des problegravemes pour les eacutequipements triphaseacutes brancheacutes au
reacuteseau Lrsquoimpact le plus courant du deacuteseacutequilibre est la surchauffe des eacutequipements et par
conseacutequent la deacutegradation de lrsquoisolation eacutelectrique et la reacuteduction de la dureacutee de vie
a) Origines de deacuteseacutequilibres
Les deacuteseacutequilibres de tension surviennent habituellement en preacutesence drsquoun deacuteseacutequilibre
des charges et de leurs appels de courant En effet toute charge triphaseacutee doit appeler un
courant identique sur chaque phase Quant aux charges monophaseacutees brancheacutees agrave un reacuteseau
triphaseacute on doit les reacutepartir le plus uniformeacutement possible entre les trois phases
De plus certains deacuteseacutequilibres de tension reacutesultent de lrsquoexploitation et de la nature des
eacutequipements du reacuteseau eacutelectrique [16]
I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations
La figure (I13) preacutesente une classification possible des diffeacuterents types de
perturbations Il est agrave noter qursquoaucune classification ne fait actuellement reacutefeacuterence et drsquoautres
notions peuvent ecirctre parfois utiliseacutees variations rapides de tension surtensions temporaires
etc Il faut noter eacutegalement que lrsquoimpact agrave long terme de ces diffeacuterents types de perturbations
sur la dureacutee de vie des appareils eacutelectriques reste aujourdrsquohui assez meacuteconnu Preacutecisons enfin
qursquoen langage courant le terme tension fait le plus souvent reacutefeacuterence agrave la valeur efficace de
Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
30
CHAPITRE I
lrsquoonde de tension ou agrave une moyenne de la valeur efficace sur une certaine dureacutee (pour une
onde imparfaitement peacuteriodique la valeur efficace nrsquoa de sens que localement pour un
intervalle de temps suffisamment court) et non agrave la valeur instantaneacutee de la tension (qui
oscille autour de 0 V avec une peacuteriode de 20 ms)
I72) Le systegraveme de protection
A lrsquoinstar des alternateurs des transformateurs et des lignes drsquoautres dispositifs
existent pour assurer non seulement un fonctionnement normal mais aussi la protection des
eacutequipements et du personnel drsquoexploitation du reacuteseau Cela englobe les transformateurs de
mesures les disjoncteurs les interrupteurs les sectionneurs les fusibles les eacuteclateurs et sont
directement relieacutes au reacuteseau Ces dispositifs permettent drsquointerrompre volontairement et agrave
Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
31
CHAPITRE I
tout moment la fourniture drsquoeacutenergie eacutelectrique mais aussi automatiquement agrave la survenance
drsquoune quelconque perturbation (deacutefaut) Les eacutequipements de controcircle associeacutes agrave ces dispositifs
ainsi que les relais de protection sont installeacutes dans des salles de controcircle [17]
I8) La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique de HT est une proprieacuteteacute dun systegraveme de puissance
qui lui permet de rester dans un eacutetat deacutequilibre dans des conditions normales de
fonctionnement et de retrouver un eacutetat acceptable deacutequilibre apregraves avoir eacuteteacute soumis agrave
une perturbation [18]
Une perturbation sur un reacuteseau peut ecirctre une manœuvre preacutevue comme lenclenchement
dune inductance shunt ou non preacutevue comme un court-circuit causeacute par la foudre entre une
phase et la terre par exemple Lors de la perturbation lamplitude de la tension aux diffeacuterents
jeux de barres du reacuteseau peut varier ainsi que la freacutequence La variation de la freacutequence est
due aux variations de la vitesse des rotors des alternateurs [19]
I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques
La stabiliteacute peut ecirctre eacutetudieacutee en consideacuterant la topologie du reacuteseau sous
diffeacuterents angles Lrsquoeacutetat de fonctionnement drsquoun reacuteseau eacutelectrique est deacutecrit selon des
grandeurs physiques telles que lamplitude et langle de phase de la tension agrave chaque bus et la
puissance active reacuteactive circulant dans chaque ligne et la vitesse de rotation de la
geacuteneacuteratrice synchrone Si elles ne sont pas constantes le reacuteseau eacutelectrique est consideacutereacute
comme eacutetant en perturbations [16]
La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee selon la nature de la perturbation
Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor
Stabiliteacute de la freacutequence
Stabiliteacute de la tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
32
CHAPITRE I
La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee en petite et grande amplitude de perturbation en
fonction de lrsquoorigine et de lampleur du deacutefaut Par rapport au temps deacutevaluation la
stabiliteacute peut ecirctre agrave courte ou agrave longue dureacutee tel qursquoil est deacutecrit dans la figure (I14)
I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire)
Dans un reacuteseau eacutelectrique la stabiliteacute de lrsquoangle du rotor est deacutefinie comme la capaciteacute
drsquoun ensemble de geacuteneacuteratrices synchrones interconnecteacutees de conserver le synchronisme
dans des conditions de fonctionnement normales ou apregraves une perturbation Un systegraveme
est instable si la diffeacuterence entre les angles rotoriques des geacuteneacuterateurs augmente
indeacutefiniment ou si loscillation transitoire provoqueacutee par une perturbation nest pas
suffisamment amortie dans le temps deacutevaluation
Lrsquoinstabiliteacute angulaire se manifeste sous forme drsquoun eacutecart croissant entre les angles
rotorique Une machine qui a perdu le synchronisme sera deacutebrancheacutee par une protection de
survitesse ou par une protection de perte de synchronisme ce qui met en danger lrsquoeacutequilibre
production consommation du systegraveme
Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique [18]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
33
CHAPITRE I
I8211) Stabiliteacute angulaire aux petites perturbations
Elle concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir le synchronisme en preacutesence
de petites perturbations comme une petite variation de la charge ou de geacuteneacuteration manœuvre
drsquoeacutequipement etc Lrsquoeacutevaluation de ce type de perturbation prend quelques secondes
a) La stabiliteacute statique
Apregraves le reacutegime transitoire ducirc agrave la perturbation le systegraveme entre dans le reacutegime
permanent Dans ce cas pour eacutetudier le systegraveme il faut eacutevaluer la stabiliteacute statique du reacuteseau
Le systegraveme nest pas stable si les contraintes de fonctionnement ne sont pas respecteacutees
Cet eacutetat est appeleacute lrsquoeacutetat instable ou leacutetat durgence
Dans un reacuteseau qui est dans leacutetat durgence les opeacuterateurs du centre de controcircle ont
suffisamment de temps pour ramener le systegraveme agrave leacutetat stable ou au reacutegime normal en
apportant des modifications suppleacutementaires [20]
b) Stabiliteacute dynamique
Si une perturbation mineure est effectueacutee sur le reacuteseau agrave partir dun reacutegime permanent
stable et que le reacuteseau retrouve son mode de fonctionnement normal en reacutegime permanent le
reacuteseau est dit dynamiquement stable Pour un reacuteseau deacutenergie eacutelectrique on entend par
perturbation mineure des manœuvres ou des opeacuterations normales sur le reacuteseau comme
lenclenchement dune inductance shunt ou des variations mineures de la charge
c) Stabiliteacute transitoire
Lorsquil y a une perturbation majeure sur le reacuteseau et que le reacuteseau retrouve son mode
de fonctionnement normal apregraves la perturbation alors le reacuteseau est dit transitoirement stable
Les perturbations majeures sont les courts-circuits les pertes de lignes les bris deacutequipements
majeurs comme les transformateurs de puissance et les alternateurs peuvent ecirctre tregraves graves
pouvant mecircme conduire agrave lrsquoeffondrement total du reacuteseau Si lrsquoinstabiliteacute se manifeste
directement suite agrave la perturbation (plus preacuteciseacutement dans la premiegravere La stabiliteacute transitoire
deacutepend de la relation non-lineacuteaire couples- angles Le pheacutenomegravene de la stabiliteacute transitoire
concerne les grandes perturbations telles que [15]
Les courts-circuits affectant un eacuteleacutement du reacuteseau notamment aux bornes des
machines
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
34
CHAPITRE I
La perte drsquoun ouvrage (eg une ligne de transmissionhellip)
La perte drsquoun groupe de production
Les conseacutequences de ces deacutefauts seconde qui suit lrsquoeacutelimination du deacutefaut) elle est
appeleacutee instabiliteacute de premiegravere oscillation (en anglais First Swing Instability) (cas 1 figure
I15) et elle srsquoeacutetend sur 3 agrave 5 secondes Elle peut reacutesulter de la superposition des effets de
plusieurs modes drsquooscillation lents exciteacutes par la perturbation provoquant ainsi une variation
importante de lrsquoangle de rotor au-delagrave de la premiegravere oscillation (instabiliteacute de multi
oscillations) (cas 2 figure I15) La gamme de temps associeacutee srsquoeacutetend de 10 agrave 20 secondes
[25]
I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire
En vue de son importance dans la planification la conception et lrsquoexploitation des
reacuteseaux drsquoeacutenergie eacutelectrique lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire reste un deacutefit majeur
pour les ingeacutenieurs pour eacuteviter tous eacuteveacutenement qui peut conduire vers un black out Les
solutions envisageables drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire se basent sur [8]
bull Augmentation de la constante drsquoinertie des geacuteneacuterateurs
bull Augmentation de la puissance active
bull Installation des protections et des appareils de coupure rapides
bull Implantation des valves rapides des turbines agrave gaz
bull Installation des reacutesistances drsquoamortissement
bull Utilisation des PSS
bull Controcircle rapide et flexible de lrsquoeacutecoulement de puissance
a- Stable
b- instable
Cas 1 instabiliteacute de premiegravere oscillation Cas 2 instabiliteacute de plusieurs oscillations
Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
35
CHAPITRE I
I822) Stabiliteacute de la freacutequence
La stabiliteacute de freacutequence concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir sa freacutequence
proche de la valeur nominale suite agrave un incident seacutevegravere ayant ou non conduit agrave un
morcellement du systegraveme La stabiliteacute de freacutequence est eacutetroitement lieacutee agrave lrsquoeacutequilibre global
entre la puissance active produite et consommeacutee [20]
I823) Stabiliteacute de tension
Dans des conditions de fonctionnement normales ou suite agrave une perturbation La
stabiliteacute de tension concerne la capaciteacute dun systegraveme de puissance agrave maintenir des tensions
acceptables en tous ses nœuds En fonctionnement normal lorsque nous connectons des
eacutequipements consommateurs agrave un reacuteseau eacutelectrique la tension au point de raccordement
tombe leacutegegraverement et la puissance totale consommeacutee augmente
Selon lrsquoamplitude de la perturbation on distingue la stabiliteacute de tension de
petites perturbations et celle de grandes perturbations [20]
Lrsquoinstabiliteacute reacutesultante peut se produire sous forme de chute progressive ou eacuteleacutevation de
la tension de quelques jeux de barres Les reacutesultats possibles de lrsquoinstabiliteacute de tension sont la
perte de la charge dans un secteur ou deacuteclenchement des lignes de transmission et mecircme
drsquoautres eacuteleacutements par leurs systegravemes de protection agrave des pannes en cascades Il est deacutemontreacute
que la majoriteacute des blackouts sont causeacutes par lrsquoinstabiliteacute de tension [8]
I8231) Instabiliteacute de la tension
On deacutefinit la stabiliteacute de la tension comme la capaciteacute de maintenir une tension de barre
constamment acceptable agrave chaque nœud du reacuteseau dans des conditions normales de
fonctionnement apregraves avoir subi une perturbation Leacutetat du reacuteseau est dit instable en tension
lorsquune perturbation un accroissement de la charge ou une modification de la condition du
reacuteseau entraicircne une chute de tension progressive et incontrocirclable de la tension aboutissent en
un effondrement geacuteneacuteraliseacute de la tension [16]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
36
CHAPITRE I
I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension
Les problegravemes drsquoapparition du pheacutenomegravene drsquoeacutecroulement de tension sont toujours lieacutes agrave
la difficulteacute de reacutegler la tension au dessus drsquoune certaine valeur appeleacutee tension critique
Geacuteneacuteralement lrsquoeffondrement de tension se produit dans les reacuteseaux eacutelectriques qui sont
fortement chargeacutes court-circuiteacutes etou ont un manque de puissance reacuteactive
I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites perturbations
La stabiliteacute de tension de petites perturbations concernes la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique
agrave maintenir la tension dans les limites permise en preacutesence de perturbations telles que une
variation faible de la charge de la production etc [18]
I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes perturbations
Elle est deacutefinie comme la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique agrave maintenir les tensions des
nœuds dans les limites de fonctionnement permise en preacutesence des grandes perturbations agrave
savoir la perte drsquoun eacutequipement de transport ou de production le court circuithellipetc [18]
Dans ce meacutemoire nous nous inteacuteressons seulement agrave la stabiliteacute de tension Une eacutetude
deacutetailleacutee sera preacutesenteacutee dans la section suivante
I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension
La plupart de ces changements ont des effets significatifs sur la production la
consommation et la transmission de puissance reacuteactive ainsi sur la stabiliteacute de tension Par
conseacutequent des mesures peuvent ecirctre utiliseacutees pour ameacuteliorer la stabiliteacute de tension tels que
- Un controcircle automatique des condensateurs shunts
- Un blocage des reacutegleurs en charge automatique
- Une nouvelle reacutepartition de la geacuteneacuteration
- Une replanification du fonctionnement des geacuteneacuterateurs et des nœuds de commande
- Une reacutegulation de tension secondaire
- Un plan de deacutelestage
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
37
CHAPITRE I
I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation
Dans la plupart du temps les sources drsquoeacutenergie eacutelectrique se trouvent loin des zones de
consommation Cette situation rend le transport de lrsquoeacutenergie reacuteactive tregraves difficile agrave cause des
pertes reacuteactives tregraves eacuteleveacutees Cette difficulteacute de transport drsquoeacutenergie reacuteactive augmente la
probabiliteacute drsquoapparition drsquoune instabiliteacute ou drsquoun effondrement de tension
I92) Charge appeleacutee trop importante
Lrsquoune des causes de lrsquoinstabiliteacute de tension correspond agrave une charge eacuteleveacutee Elle est
ducirce agrave lrsquoaugmentation croissante de la demande et agrave un large transfert drsquoeacutenergie entre
compagnies Une instabiliteacute de tension peut se produire en particulier lorsque la charge eacuteleveacutee
est plus importante que celle preacutevue et le risque est drsquoautant plus grand que la consommation
reacuteactive est eacutegalement plus grande que preacutevue [18]
I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport
Les planificateurs sont de plus en plus conscients des limites dutilisation des reacuteseaux de
transport et dinterconnexion La situation actuelle dans beaucoup de pays au monde est
caracteacuteriseacutee par les tendances suivantes
1 Augmentation de la consommation deacutelectriciteacute due agrave lindustrialisation agrave
lurbanisation et agrave la croissance de la population Avec laugmentation des transits
de puissance les reacuteseaux deviennent plus compliqueacutes agrave geacuterer subissent de grandes
variations de puissance et de grandes pertes Ceci fait que leur niveau de seacutecuriteacute
diminue
2 Contraintes eacutecologiques et administratives Le respect de lenvironnement joue un
rocircle important dans la socieacuteteacute actuelle et cest principalement pourquoi il est de
plus en plus difficile dobtenir des permis de construire pour de nouvelles lignes ou
pour limplantation de nouvelles centrales Dans laffirmative cela demande
plusieurs anneacutees
3 Contraintes opeacuterationnelles La demande de puissance a une croissance constante
mais geacuteographiquement irreacuteguliegravere Les centrales qui geacutenegraverent leacutenergie sont
souvent eacuteloigneacutees des charges importantes et la localisation des nouvelles centrales
deacutepend essentiellement dautorisations administratives et du respect de
lenvironnement
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
38
CHAPITRE I
Pour satisfaire la demande deacutenergie sous ces conditions contradictoires les services
publics font de plus en plus appel pour des problegravemes eacuteconomiques et dameacutelioration de la
seacutecuriteacute aux eacutechanges internationaux de puissance ce qui demande une interconnexion entre
des systegravemes preacutevus indeacutependants au deacutepart
Laugmentation du maillage associeacute au mode de transit libre de puissance agrave travers les
reacuteseaux deacuteveloppe des boucles de puissance et des lignes en parallegravele ce qui surcharge
certaines lignes avec pour conseacutequence de deacuteteacuteriorer le profil de tension et de diminuer la
stabiliteacute du reacuteseau Consideacuterant que les reacuteseaux de transport eacutelectrique repreacutesentent une
grande valeur eacuteconomique il faut essayer daller dans les directions suivantes
Ameacuteliorer lutilisation des eacutequipements existants en augmentant leur capaciteacute de
transfert de puissance Dun point de vue financier cela peut se reacuteveacuteler avantageux
Ameacuteliorer la flexibiliteacute des reacuteseaux car pouvoir changer rapidement leur
configuration permet une meilleure reacutepartition de la puissance particuliegraverement en cas de
perturbations ou de transferts de puissance impreacutevus [21]
I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Le transport de la puissance reacuteactive par les lignes eacutelectriques cause des pertes une
diminution de la stabiliteacute du reacuteseau et une chute de tension agrave son extreacutemiteacute Afin deacuteviter cela
de la compensation de puissance reacuteactive seacuterie ou shunt selon les cas est utiliseacute pour limiter
ce transport de puissance reacuteactive
Diffeacuterents appareils eacutelectriques peuvent servir agrave reacutealiser cette compensation (figure I16)
machines synchrones batteries de condensateurs inductance ou FACTS [22]
La compensation est une technique de la gestion drsquoeacutenergie reacuteactive afin drsquoameacuteliorer la
qualiteacute eacutenergeacutetique dans les reacuteseaux eacutelectriques agrave courant alternatif Elle peut se reacutealiser de
plusieurs maniegraveres ayant pour buts
La correction du facteur de puissance
Ameacutelioration de la reacutegulation de la tension
Equilibre des charges
Lrsquoaide au retour agrave la stabiliteacute en cas de perturbation [19]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
39
CHAPITRE I
En installant des dispositifs controcirclables comme le transport drsquoeacutenergie en courant
continu (High Voltage Direct Current HVDC) et les dispositifs FACTS (Flexible Alternating
Current Transmission System) Malgreacute le coucirct eacuteleveacute de cette solution mais vu lrsquoeacutevolution
reacutecente des reacuteseaux eacutelectriques et leurs contraintes cette solution est tregraves efficace
Lrsquoune des meacutethodes drsquoameacuteliorer la capaciteacute drsquoun systegraveme eacutelectrique agrave reacutesister contre les
grands incidents est drsquointeacutegrer des dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance (FACTS)
dans le reacuteseau de transport Lrsquoeacutetude lrsquoapport et lrsquoutilisation de ces dispositifs font lrsquoobjet de
ce meacutemoire
Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Compensation
traditionnelles
Les dispositifs FACTS
Compensateurs
synchrones Batteries de
condensateurs
Batteries de
condensateurs
HT et MT
Les inductances
les PSS (Power
System Stabiliser)
1er
geacuteneacuteration
2eme
geacuteneacuteration
3eme
geacuteneacuteratio
n
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
40
CHAPITRE I
I11) Conclusion
Ce chapitre nous a permis drsquoexposer des geacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriques en
mentionnant la structure et la topologie du reacuteseau ensuite on a parleacute sur lrsquointerconnexion entre
les pays du Maghreb et le reacuteseau Algeacuterien
Dans ce chapitre nous avons aussi preacutesenteacute les deacutefinitions et les caracteacuteristiques des
diffeacuterents types de stabiliteacute drsquoun systegraveme de puissance Le concept geacuteneacuteral de la stabiliteacute est
syntheacutetiseacute en trois groupes (stabiliteacute de lrsquoangle de rotor de la tension et de la freacutequence)
Les dispositifs FACTS sont capables de remplir diverses fonctions comme le maintien
de tension le controcircle des flux de puissance et aussi lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau
etc
Dans le chapitre suivant nous allons exposer le concept des FACTS le contexte
algeacuterien concernant ses dispositifs sera aussi abordeacute
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
41
CHAPITRE I
Chapitre 2
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
42
II1) Introduction
Avec le deacuteveloppement technologique et industriel que vie le monde entier la demande
en eacutenergie eacutelectrique est en augmentation continue et sans cesse Pour satisfaire ces besoins et
acheminer cette eacutenergie aux points de consommation disperseacutes sur un large espace
geacuteographique les reacuteseaux eacutelectriques ayant des capaciteacutes de transit limiteacute agrave cause des limites
thermique des lignes doivent seacutelargir et de nouvelles lignes dextension seront ajouteacutees Face
agrave ce problegraveme et devant les contraintes environnementale eacutecologique et eacuteconomique de
reconstructions de nouvelles lignes la compagnie ameacutericaine EPRI (Electric Power Research
Institue) a lanceacute en 1988 un projet drsquoeacutetude des systegravemes FACTS afin de mieux maicirctriser le
transit de puissance dans les lignes eacutelectriques et daugmenter leurs capaciteacutes de transfert Le
concept FACTS regroupe tous les dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance qui
permettent drsquoameacuteliorer lrsquoexploitation du reacuteseau eacutelectrique
Aussi ces reacuteseaux eacutelectriques de taille importantes seront confronteacutes par divers
problegravemes de fonctionnement agrave cause du controcircle traditionnel utilisant des systegravemes de
commande eacutelectromeacutecaniques de temps de reacuteponse lent par rapport agrave ces nouveaux systegravemes
FACTS agrave base dinterrupteurs statiques et de court temps de reacuteponse (moins dune seconde)
Aujourdhui cette technologie FACTS simpose pour les systegravemes eacutenergeacutetiques en
augmentant leurs capaciteacutes de transport en ameacuteliorant le controcircle des paramegravetres de ces
derniers donc leur assurer une flexibiliteacute du transfert de leacutenergie et ameacuteliorer sa stabiliteacute
Le concept FACTS (Flexible AC Transmission System) est neacute pour reacutepondre aux
diffeacuterentes difficulteacutes croissantes de transmission dans les reacuteseaux et surtout la maicirctrise de
transit de puissance (compensateur de puissance reacuteactive variateur de charge universelhellip)
ces dispositifs peuvent ameacuteliorer le comportement dynamique des reacuteseaux eacutelectriques [25]
II2) Le concept FACTS
Les problegravemes des reacuteseaux eacutenonceacutes ci ndashdessus devenant plus preacutesents drsquoanneacutee en
anneacutee EPRI (Electric Power Research Institute) qui repreacutesente un consortium deacutedieacute agrave la
recherche dans les reacuteseaux eacutelectriques et regroupant des compagnies drsquoeacutelectriciteacute ameacutericaines
a lanceacute en 1988 le concept FACTS (Flexible AC Transmission Systems) qui est un projet agrave
long terme La technologie FACTS utilise lrsquoeacutelectronique de puissance et plus particuliegraverement
des systegravemes agrave thyristors qui permettent drsquoobtenir des vitesses de commande nettement
supeacuterieures agrave celles des systegravemes meacutecaniques qui sont encore largement utiliseacutes et un niveau
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
43
de maintenance bien infeacuterieur car les systegravemes meacutecaniques srsquousent beaucoup plus rapidement
que les systegravemes statiques Parmi les systegravemes FACTS on cite [26]
Compensateur synchrone statique (lsquoSTATCOMrsquo Static Synchronous Compensator)
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
Le controcircleur de transit de puissance entre ligne IPFC (Interline Power Flow
Controller)
Face agrave la saturation des reacuteseaux de puissance les compagnies de distribution drsquoeacutenergie
eacutelectrique exploitent de plus en plus leurs reacuteseaux pregraves des limites de seacutecuriteacute (conduite aux
limites) Cette situation engendre des problegravemes drsquoexploitation notamment pour le controcircle
des flux de puissance le maintien drsquoun profil de tension acceptable la surveillance des reports
de chargehellipetc Agrave cet effet lrsquoaspect seacutecuriteacute prend une grande importance et des recherches
sont entreprises dans diffeacuterents pays pour trouver des moyens susceptibles drsquoameacuteliorer la
seacutecuriteacute et rendre lrsquoexploitation des reacuteseaux plus flexible
Ainsi plusieurs eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees pour connaitre les avantages lieacutes agrave lrsquoutilisation
des dispositifs FACTS dans les reacuteseaux pour
le support du profil de la tension
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute statique et dynamique
lrsquoamortissement des oscillations subsynchrones
Ces avantages deacutecoulent principalement de lrsquoaugmentation des capaciteacutes de transit des
lignes existantes par un controcircle rigoureux des diffeacuterents variables du reacuteseau Pour fixer les
ideacutees nous pouvons prendre un exemple simple
Consideacuterons le transit de puissance sur une ligne agrave courant alternatif Cette ligne est
repreacutesenteacutee sur la figure (II1) les pertes eacutetant supposeacutees nulles la puissance transmise P est
fonction des amplitudes des tensions E1 et E2 aux extreacutemiteacutes de la ligne du deacutephasage 12057512
entre ces deux tensions et de lrsquoimpeacutedance x de la ligne comme le montre lrsquoeacutequation (II1)
1
Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif
x
p
1 2
119916120783
2 119916120784
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
44
119823 = 119812120783119812120784
119831 119852119842119847120517120783120784
Cette eacutequation montre que la puissance transmissible par une ligne est limiteacutee par les
paramegravetres eacutenonceacutes ci-dessus et pas forceacutement par sa limite thermique De plus il deacutecoule de
cette eacutequation que si lrsquoon peut reacutegler un deux ou les trois paramegravetres on controcircle alors le
transit de puissance dans la ligne [26]
Elle montre aussi quil est possible daugmenter la puissance transiteacutee entre deux
reacuteseaux soit en maintenant la tension des systegravemes soit en augmentant langle de transport
entre les deux systegravemes soit en reacuteduisant artificiellement limpeacutedance de la liaison En jouant
sur un ou plusieurs de ses paramegravetres les FACTS permettent un controcircle preacutecis des transits de
puissance reacuteactive une optimisation des transit de puissance active sur les installations
existantes et une ameacutelioration de la stabiliteacute dynamique du reacuteseau Ils permettent aussi aux
consommateurs industriels de reacuteduire les deacuteseacutequilibres de charges et de controcircler les
fluctuations de tensions creacuteeacutees par des variations rapides de la demande de puissance reacuteactive
et ainsi daugmenter les productions de reacuteduire les coucircts et dallonger la dureacutee de vie des
eacutequipements [27]
En effet les FACTS permettent de
ne pas transporter drsquoeacutenergie reacuteactive en la fournissant lagrave ougrave elle est demandeacutee
augmenter les puissances maximales transmissibles et donc les transferts de
puissance active
controcircler les flux de puissance pour la surcharge des lignes et le risque de
deacuteclenchement en cascade [26]
II21) Fonctionnement des FACTS
Un FACTS agit geacuteneacuteralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de
la puissance reacuteactive sur le reacuteseau Ceci a pour effet de modifier lamplitude de la tension agrave
son point de connexion et par conseacutequent la puissance active maximale transmissible
Les FACTS sont utiliseacutes aussi pour le filtrage des courants harmoniques et la
stabilisation de la tension Lordre de grandeur de la puissance dun FACTS va de
quelques MVA (Meacutega Volts Ampegraveres) agrave quelques centaines de MVA Ils sappliquent dans
deux secteurs principaux
(II1)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
45
Grand reacuteseaux de transmission
Pour ameacuteliorer le controcircle augmenter les capaciteacutes de transfert de puissance et assister
la reacutecupeacuteration du reacuteseau conseacutecutive agrave un deacutefaut dans les systegravemes de transmission AC
(Alternative Current)
Reacuteseaux Industriels
Pour ameacuteliorer la qualiteacute de la puissance fournie en un point preacutecis du reacuteseau AC en
preacutesence de fluctuations de charge eg compensation du flicker pour les fours agrave arc Gamme
de puissance infeacuterieure agrave celle dun reacuteseau de transmission
II22) Contexte algeacuterien
Depuis les anneacutees 2000 le deacuteveloppement du reacuteseau de transport drsquoeacutelectriciteacute fait partie
des prioriteacutes de lrsquoAlgeacuterie [26]
Le reacuteseau de transport algeacuterien est en phase drsquoexpansion car il doit reacutepondre agrave la forte
augmentation de la demande en eacutelectriciteacute (+ 5 agrave 7 par an) Les principaux besoins en
eacutelectriciteacute sont domestiques lieacutes
bull agrave lrsquoaccroissement de la population (celle-ci a plus que tripleacute en 50 ans et son
taux de croissance est actuellement estimeacute agrave 12 par an)
bull au changement des habitudes de consommation avec lrsquousage des appareils En
outre dans les anneacutees 90 peu drsquoinvestissements ont eacuteteacute entrepris sur le reacuteseau
eacutelectrique et celui-ci srsquoest deacutegradeacute
Au total depuis 2005 pregraves de 15 000 km de nouvelles lignes HT et THT ont eacuteteacute
reacutealiseacutes ou restent agrave construire
Le deacuteveloppement du reacuteseau de transport concerne agrave la fois le deacuteveloppement des
reacuteseaux hauts tension (60 et 220 000 Volts) et la creacuteation drsquoun reacuteseau agrave tregraves haute tension
(400 000 Volts)
Le deacuteveloppement du reacuteseau 400 000 Volts est mis en œuvre agrave la fois dans lrsquoaxe
bull Est-Ouest (interconnexions internationales avec le Maroc et la Tunisie)
bull Nord-Sud (raccordement des reacuteseaux du Sud jusqursquoalors le point trop isoleacute du reacuteseau
national)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
46
En 2002 un total de trois SVC (static var compensator) a eacuteteacute introduit dans le reacuteseau
national de la Sonelgaz un dispositif agrave la sous station de Naama et deux agrave Beacutechar (figure
II2)
Les trois SVC ont une classe identique -10+40Mvar agrave la tension 220 kV (figure II3) et
lrsquoune des plates- formes de ses trois SVC est montreacutee par la figure (II2) Le reacuteseau est
constitueacute drsquoune ligne de 500km sous une tension de 220kv Un seul circuit aeacuterien de la ligne
de transmission pour lrsquoalimentation de la charge eacuteloigneacutee dans la partie ouest du pays
Des productions locales de diesel et des turbines agrave gaz alimentent les charges locales de
Beacutechar depuis le deacutebut des anneacutees quatre vingt dix et elles ont eacuteteacute fermeacutees pendant lrsquoanneacutee
2002
Deux sous stations 22060 kV une intermeacutediaire (Naama) et une agrave la fin de la ligne
(Beacutechar) ont eacuteteacute eacutequipeacutees avec des SVC (figure II3) pour les objectifs suivants
bull Pour fournir au systegraveme de transmission le support en eacutenergie reacuteactive afin de
maintenir une tension stable pendant le fonctionnement normal et quotidien
bull Pour le rendement dynamique au cours du controcircle de la ligne 220 kV mise sous
tension ainsi pour le maintien drsquoune tension stable dans le systegraveme sous diverses
conditions drsquoexploitation En particulier pour preacutevenir lrsquoeffondrement de tension
(voltage collapse) et lrsquoinstabiliteacute du systegraveme pendant le transitoire et lrsquoeacutevolution
rapide des conditions de tension dans le systegraveme Les charges prisent hors reacuteseau
220 kV sont de lrsquoordre de 12 MVA agrave Naama et 35 MVA agrave Beacutechar
Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar [26]
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
47
II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS
La compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive au niveau des lignes de transmission permet la
reacutegulation du profil de la tension le long de ces lignes avec un bon controcircle de la puissance
active transmise Il est reconnu que la stabiliteacute peut ecirctre ameacutelioreacutee quelque soit son type si la
compensation reacuteactive du systegraveme de transmission varie rapidement Les meacutethodes de
compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive classiques se basent sur les batteries de condensateurs ou
les bobines fixes ou commandeacutees meacutecaniquement Ces meacutethodes sont non efficaces dans le
controcircle du reacuteseau eacutelectrique quand il est seacutevegraverement perturbeacute
Gracircce aux avanceacutees reacutecentes dans la technologie des IGBT et GTO le temps de reacuteaction
de ces dispositifs a diminueacute agrave quelques milli secondes Il est possible donc de reacutepondre agrave la
demande par lrsquoutilisation drsquoune compensation rapide en utilisant les dispositifs FACTS [31]
II3) Les dispositifs FACTS
Selon lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) la deacutefinition du terme
FACTS est la suivante Systegravemes de Transmission en Courant Alternatif comprenant des
dispositifs baseacutes sur leacutelectronique de puissance et dautres dispositifs statique utiliseacutes pour
accroicirctre la controcirclabiliteacute et augmenter la capaciteacute de transfert de puissance du reacuteseau
Avec leurs aptitudes agrave modifier les caracteacuteristiques apparentes des lignes les FACTS
sont capables daccroicirctre la capaciteacute du reacuteseau dans son ensemble en controcirclant les transits de
puissances Les dispositifs FACTS ne remplacent pas la construction de nouvelles lignes Ils
sont un moyen de diffeacuterer les investissements en permettant une utilisation plus efficace du
reacuteseau existant [28]
Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie [26]
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
48
II4) Classification des dispositifs FACTS
II41) Classification selon la geacuteneacuteration
Depuis les premiers compensateurs trois geacuteneacuterations de dispositifs FACTS ont vu le
jour Elles se distinguent par la technologie des semi-conducteurs et des eacuteleacutements de
puissance utiliseacutes
II411) Geacuteneacuteration I
Baseacutee sur les thyristors classiques Ceux-ci sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour enclencher
ou deacuteclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance reacuteactive dans les
transformateurs de reacuteglage
II412) Geacuteneacuteration II
Dite avanceacutee est neacutee avec lavegravenement des semi-conducteurs de puissance commander
agrave la fermeture et agrave louverture comme le thyristor GTO Ces eacuteleacutements sont assembleacutes pour
former les convertisseurs de tension ou de courant afin drsquoabsorber ou dinjecter des courants
(tensions) controcirclables dans le reacuteseau
II413) Geacuteneacuteration III
FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adapteacutee agrave chaque cas
Contrairement aux deux premiegraveres geacuteneacuterations celle-ci nutilisent pas des dispositifs
auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le reacuteseau
II42) Classification selon la cateacutegorie
Les dispositifs FACTS peuvent ecirctre classeacutes en trois cateacutegories figure (II4)
Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie
Dispositifs FACTS
Compensateurs shunt
Compensateurs seacuteries
Compensateurs hybrides
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
49
II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS
Le but de cette section est de donner une description bregraveve et de deacutefinir diffeacuterent shunt
seacuterie et combineacutes seacuterie-shunt dispositifs FACTS nous allons utiliser les termes et les
deacutefinitions drsquoIEEE [26]
a) Dispositifs FACTS Shunt
Compensateur statique de puissance reacuteactive (Static Var Compensator- SVC)
Un geacuteneacuterateur (ou absorbeur) statique drsquoeacutenergie reacuteactive shunt dont la sortie est ajusteacutee
en courant capacitif ou inductif afin de controcircler des paramegravetres speacutecifiques du reacuteseau
eacutelectrique typiquement la tension des nœuds Les sous-ensembles du SVC sont
Inductance Controleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Reactor-
TCR)
Une inductance placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele La valeur de
lrsquoinductance est continuellement changeacutee par lrsquoamorccedilage des thyristors
Condensateur Commuteacute par Thyristors (Thyristor-Switched
Capacitor- TSC)
Un condensateur placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele Les
thyristors fonctionnent en pleine conduction
Inductance Commuteacutee par Thyristors (Thyristor-Switched Reactor-
TSR)
Une inductance commuteacutee par thyristors dans le TSR les thyristors fonctionnent en
pleine conduction
Compensateur Statique Synchrone (Static Synchronous Compensator-
STATCOM)
Un geacuteneacuterateur synchrone fonctionnant comme un compensateur parallegravele de lrsquoeacutenergie
reacuteactive dont le courant capacitif ou inductif geacuteneacutereacute peut ecirctre controcircleacute seacutepareacutement de la
tension du systegraveme agrave courant alternatif
Geacuteneacuterateur Statique Synchrone (Static Synchronous Generator- SSG)
Un convertisseur de puissance statique agrave interrupteurs auto commuteacutes alimenteacute par une
source deacutenergie eacutelectrique approprieacutee et exploiteacute pour produire un ensemble ajustables de
tensions de sortie multi phases qui peut ecirctre coupleacute agrave un systegraveme de puissance alternatif dans
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
50
le but deacutechanger indeacutependamment la puissance controcirclable active et reacuteactive
Toutefois deux dispositifs particuliers peuvent ecirctre mis en eacutevidence
Systegraveme de Stockage par Batterie (Battery Energy Storage System-
BESS)
Un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie drsquoune source de nature chimique la conversion de la
tension de source est capable drsquoajuster rapidement lrsquoeacutenergie amont qui est fournit ou absorber
drsquoun systegraveme alternatif
Systegraveme de Stockage drsquoEacutenergie par Aimant Supraconducteur
(Superconducting Magnetic Energy Storage- SMES)
Un dispositif contenant des convertisseurs eacutelectroniques que rapidement injectent et ou
absorbent la puissance active et ou reacuteactive Le SMES sert principalement au controcircle
dynamique du flux de puissance dans les systegravemes eacutelectriques
Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var Generator
or Absorber- SVG)
Un dispositif eacutelectrique statique un eacutequipement ou un systegraveme qui est capable de tracer
un courant controcircleacute capacitif et ou inductif agrave partir dun systegraveme de puissance eacutelectrique et
ainsi geacuteneacuterer ou absorber la puissance reacuteactive Geacuteneacuteralement consideacutereacute pour consister en
connexion shunt Inductance controcircleacutee par thyristors etou condensateur commuteacute par
thyristors
Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var System- SVS)
Une combinaison de diffeacuterent compensateurs de puissance reacuteactive statiques et
meacutecaniquement commuteacutes dont les sorties sont coordonneacutes
Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Braking
Resistor- TCBR)
Une reacutesistance commuteacutee par thyristors et connecteacutee en parallegravele qui est controcircleacutee pour
aider le systegraveme de puissance agrave se stabiliser ou de minimiser lacceacuteleacuteration des puissances
drsquoune uniteacute geacuteneacuteratrice lors dune perturbation
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
51
b) Dispositifs FACTS seacuteries
La compensation seacuterie peut ecirctre utiliseacutee dans les systegravemes eacutenergeacutetiques pour la
commande du flux drsquoeacutenergie en reacutegime permanent En cas de lignes de transport avec une
capaciteacute thermique suffisante la compensation peut soulager des surcharges eacuteventuelles
sur drsquoautres lignes parallegraveles
Controcircleur de transit de puissance entre lignes (Interline Power Flow Controller-
IPFC)
Une combinaison de deux ou plusieurs compensateurs statiques seacuterie synchrone qui sont
relieacute entre eux via une liaison commune agrave courant continu pour faciliter lrsquoeacutecoulement
bidirectionnel de la puissance active entre les bornes alternatives des SSSC et sont controcircleacutes
pour fournir une compensation reacuteactive indeacutependante pour lrsquoeacutecoulement de puissance ajusteacute
dans chaque ligne et maintenir la distribution de lrsquoeacutecoulement de puissance reacuteactive deacutesireacute
entre les lignes
Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (Thyristor Controlled Series
Capacitor- TCSC)
Un compensateur agrave reacuteactance capacitif qui consiste en une seacuterie de condensateurs en
parallegravele avec des inductances commandeacutees par thyristor afin de pouvoir assurer une variation
homogegravene de la reacuteactance capacitive
Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (Thyristor Switched Series
Capacitor- TSSC)
Compensateur agrave reacuteactance capacitive qui est constitueacute drsquoun banc de capaciteacute seacuterie
shunteacute par une inductance commuteacutee par thyristor pour fournir un controcircle pas agrave pas de la
reacuteactance capacitive seacuterie
Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Series
Reactor- TCSR)
Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute de lrsquoinductance seacuterie shunteacute par
une inductance commandeacutee par thyristor afin de fournir une reacuteactance inductive seacuterie
leacutegegraverement variable
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
52
Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (Thyristor Switched Series Reactor-
TSSR)
Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute drsquoune inductance seacuterie shunteacutee par
une inductance commuteacutee par thyristor afin de fournir un controcircle pas agrave pas de la reacuteactance
inductive seacuterie
Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (Static Synchronous Series
Compensator- SSSC)
Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par
lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur Le SSSC agit sur le courant de ligne en inseacuterant une
tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou inductive Un
SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une ligne voire drsquoen
inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun condensateur ou
drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait que la tension
injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC preacutesente lrsquoavantage
de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante indeacutependamment du courant
c) Dispositifs FACTS hybrides (seacuterie ndashparallegravele)
Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (Unified Power Flow Controller- UPFC)
Une combinaison entre un STATCOM et un SSSC coupleacutes via une liaison agrave courant
continu pour permettre un eacutecoulement bidirectionnel de la puissance active entre la sortie du
SSSC et celle du STATCOM
Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Phase
Shifting Transformer- TCPST)
Transformateur deacutephaseur ajusteacute par un thyristor afin de fournir un angle de phase
rapidement variable Ce dispositif est eacutegalement appeleacute reacutegulateur drsquoangle de phase
commandeacute par thyristor (TCPAR -Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)
Reacutegulateur de puissance interphases (Interphase Power Controller- IPC)
Un controcircleur de la puissance active et reacuteactive connecteacute en seacuterie et comprenant dans
chaque phase des branches inductives et capacitives soumises agrave des tensions deacutephaseacutees
seacutepareacutement Les puissances active et reacuteactive peuvent ecirctre reacutegleacute indeacutependamment en ajustant
les deacutecalages de phase et ou les impeacutedances de branche agrave laide des commutateurs
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
53
meacutecaniques ou eacutelectroniques Dans le cas particulier ougrave lrsquoimpeacutedance inductive et capacitive
forment une paire conjugueacutee chaque terminal de lIPFC est une source passive de courant
deacutependant de la tension agrave lautre borne
d) Autres dispositifs FACTS
Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled voltage
Limiter- TCVL)
Une varistance agrave oxyde meacutetallique commuteacutee par thyristor utiliseacutee pour limiter la
tension agrave ses bornes durant les conditions transitoires
Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Voltage
Regulator- TCVR)
Un Transformateur commandeacute par thyristor qui peut fournir une tension variable dans
une phase avec un control continu
La figure (II5) preacutesente les diffeacuterents dispositifs qui peuvent controcircler certains variables
du systegraveme eacutelectrique
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
54
Dans la section qui suit nous allons deacutevelopper la preacutesentation du STATCOM et du
SSSC Il srsquoagit des dispositifs FACTS qui nous inteacuteresse particuliegraverement dans cette eacutetude et
que nous devons traiter pour une meilleure compreacutehension de la suite de ce meacutemoire
II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors
a) Dispositifs FACTS Shunt
Compensateur synchrone statique(STATCOM)
Un compensateur synchrone statique est constitueacute drsquoun convertisseur agrave source de
tension drsquoun transformateur de couplage et de la commande Dans cette application la source
drsquoeacutenergie agrave courant continue peut ecirctre remplaceacutee par un condensateur agrave courant
FACTS
Shunt
Thyristors GTO
Series
Thyristors GTO
Hybrides
Serie-Shunt
Autres FACTS
TCSC
TSSSC
GCSC
TCSR
IPFC
TSSR
SSSC
STATCOM
SSG
BESS
SMES SVC
TCR
TSC
TCBR
SVS
TSR
UPFC
TCPST
IPC
TCVR
TCPAR
TCPSR
TCVL
Figure II5 Classification des dispositifs FACTS
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
55
continue de sorte que lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie en reacutegime permanent entre le compensateur
statique et le systegraveme ca peut ecirctre uniquement reacuteactif comme illustreacute par la figure (II6)
119868119902 (est le courant de sortie du convertisseur) perpendiculaire agrave la tension du convertisseur
119881119894 (Lrsquoamplitude de la tension du convertisseur) et donc la sortie reacuteactive du convertisseur
sont reacuteglables [27]
Le convertisseur STATCOM
Produit les ondes rectangulaires de tension triphaseacutee eacutequilibreacutee Un compensateur
statique pouvant geacuteneacuterer ou absorber une puissance reacuteactive Il sagit du STATCOM
(Compensateur Statique) qui a connu jusqursquoagrave preacutesent sous diffeacuterents appellations
1 ASVC (Advanced Static Var Compensator)
2 STATCON (Static Condenser)
3 SVG (Static Var Generator)
4 SVC light (ABB)
5 SVC plus (SIEMENS)
Le principe de ce type de compensateur est connu depuis la fin des anneacutees 70 mais ce
nrsquoest que dans les anneacutees 90 que ce type de compensateur a connu un essor important gracircce
aux deacuteveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [27]
Le STATCOM possegravede plusieurs avantages par rapport aux compensateurs
conventionnels
La vitesse de reacuteaction la reacuteponse en moins drsquoun cycle agrave des variations de la
tension
Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
56
Lorsque la tension est basse il peut produire plus de puissance reacuteactive
notamment au moment ougrave lrsquoon a besoin drsquoune puissance reacuteactive consideacuterable
pour empecirccher la chute tension
Cependant le STATCOM de base engendre de nombreux harmoniques Il faut donc
utiliser pour reacutesoudre ce problegraveme des compensateurs multi-niveaux agrave commande MLI ou
encore installer des filtres
Le rocircle du STATCOM est drsquoeacutechanger de lrsquoeacutenergie reacuteactive avec le reacuteseau Pour ce
faire lrsquoonduleur est coupleacute au reacuteseau par lrsquointermeacutediaire drsquoune inductance qui est en geacuteneacuteral
lrsquoinductance de fuite du transformateur de couplage
Lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie reacuteactive se fait par le controcircle de la tension de sortie de
lrsquoonduleur 119881119904ℎ dont laquelle est en phase avec la tension du reacuteseau (Figure II7) Le
fonctionnement peut ecirctre deacutecrit de la faccedilon suivante
Si la tension 119881119904ℎ est infeacuterieure agrave la tension V le courant circulant dans lrsquoinductance est
deacutephaseacute de-π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant inductif (figure
II7a)
Si la tension119881119904ℎ est supeacuterieur agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est deacutephaseacute
de +π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant capacitif (figure II7b)
Si la tension 119881119904ℎ est eacutegale agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est nul et par
conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutechange drsquoeacutenergie
Lrsquoavantage de ce dispositif est de pouvoir eacutechanger de lrsquoeacutenergie de nature inductive ou
capacitive uniquement agrave lrsquoaide drsquoune inductance Contrairement au SVC il nrsquoy a pas
drsquoeacuteleacutement capacitif qui puisse provoquer des reacutesonances avec des eacuteleacutements inductifs du
119881119904ℎ
119881119904ℎ
119868119904ℎ V
V
a) Courant inductif b) Courant capacitif
Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM
119868119904ℎ
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
57
reacuteseau La caracteacuteristique statique de ce convertisseur est donneacutee par la figure (II8) Ce
dispositif a lrsquoavantage contrairement au SVC de pouvoir fournir un courant constant
important mecircme lorsque la tension V diminue
Le STATCOM permet le mecircme controcircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce
dispositif est capable de deacutelivrer la puissance reacuteactive mecircme si la tension au jeu de barres
(nœud de connexion) est tregraves faible dapregraves sa caracteacuteristique on constate que le courant
maximal du STATCOM est indeacutependant de la tension du nœud
Pour un STATCOM ideacuteal nayant pas des pertes actives leacutequation (II2) deacutecrit le
transfert de puissance reacuteactive dans le reacuteseau eacutelectrique [5]
119876119904ℎ =|⋁ 2
119896 |
Xshminus
|Vk||Vsh|
Xshcos( 120579119896 minus 120579119904ℎ) =
|⋁ 2119896 |minus
Xsh
|Vk||Vsh|
Xsh
Si |119881119896| gt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne positive et le STATCOM absorbe la puissance reacuteactive
Si |119881119896| lt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne neacutegative et le STATCOM fournie la puissance reacuteactive
Deacutepassement
transitoire en
fonctionnement
Deacutepassement
transitoire en
fonctionnement
Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM
119868119904ℎ
119868119898119886119909 119868119898119894119899
Capacitif Inductif
V
(II2)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
58
b) Dispositifs FACTS Seacuteries
Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC)
Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par
lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur (figure II9) Le SSSC agit sur le courant de ligne en
inseacuterant une tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou
inductive Un SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une
ligne voire drsquoen inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun
condensateur ou drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait
que la tension injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC
preacutesente lrsquoavantage de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante
indeacutependamment du courant [26]
Ce type de compensateur seacuterie (Compensateur Synchrone Statique Seacuterie) est le plus
important dispositif de cette famille Il est constitueacute drsquoun onduleur triphaseacute coupleacute en seacuterie
avec la ligne eacutelectrique agrave laide dun transformateur Ce dispositif possegravede des avantages si
lrsquoon compare avec le TCSC
Elimination des composants passifs (inductance et capaciteacutes)
Une aptitude symeacutetrique dans les deux modes (inductif et capacitif)
Son rocircle est drsquointroduire une tension triphaseacutee agrave la freacutequence du reacuteseau en seacuterie avec la
ligne de transport
Figure II9 Scheacutema de base du SSSC
Transformateur
seacuterie
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
59
Nous pouvons dans ce cas reacutegler continuellement la valeur apparente de la capaciteacute ou
de lrsquoinductance ainsi introduite dans la ligne Lrsquoavantage de ce dispositif est de ne pas
introduire physiquement un condensateur ou une inductance mais de simuler leurs fonctions
Cela eacutevite lapparition des oscillations dues agrave la reacutesonance avec les eacuteleacutements inductifs du
reacuteseau La caracteacuteristique statique drsquoun Compensateur Synchrone Statique Seacuterie est preacutesenteacutee
par la figure (II10)
Si lon utilise un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie le SSSC peut agrave ce moment lagrave eacutechanger
de la puissance active avec la ligne eacutelectrique Ceci peut contribuer agrave ameacuteliorer la stabiliteacute du
reacuteseau Dans ce cas la tension 119881119887 nrsquoest pas obligatoirement en quadrature avec le courant de
ligne
Principe de fonctionnement de SSSC
Le SSSC injecte en seacuterie une tension alternative avec une amplitude et un angle de
phase reacuteglable dans la ligne de transport agrave lrsquoaide drsquoun transformateur seacuterie Le SSSC peut
produire ougrave absorber de la puissance reacuteactive suivant la commande de convertisseur statique
il permet drsquoassurer une compensation shunt indeacutependante agrave la ligne de transport Il fourni ou
absorbe la puissance reacuteactive neacutecessaire localement et produit de la puissance active comme
reacutesultat de lrsquoinjection en seacuterie drsquoune tension [21]
Le principe de fonctionnement peut ecirctre expliqueacute par la figure (II11)
Figure II10 Caracteacuteristique statiques du SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
60
Le SSSC deacutelivre une tension triphaseacutee 119881119904119890 agrave la freacutequence du reacuteseau en quadrature (
90 ) avec le courant de la ligne et controcirclable afin daugmenter ou diminuer la tension agrave
travers la ligne repreacutesenteacutee par sa reacuteactance 119883119897 selon le mode de compensation capacitif ou
inductif respectivement (figure II12) mais comme la reacuteactance de la ligne ne varie pas
reacuteellement cest le courant dans la ligne qui sera affecter par cette variation et par
conseacutequence les puissances correspondante
Ideacutealement la tension 119881119904119890 est agrave 90 du courant de la ligne ce qui fait quaucun eacutechange
de la puissance active nrsquoest entre le reacuteseau et le SSSC Pratiquement il y a toujours une petite
composante de cette tension 119881119904119890 en phase avec le courant 119868119897 qui geacutenegravere une petite quantiteacute de
la puissance active pour couvrir les pertes dans le convertisseur
On peut expliquer les diffeacuterents modes de compensation capacitive et inductive en ce
reacutefeacuterant aux diagrammes vectoriels de la figure (II13) qui suit en admettant le scheacutema
eacutequivalent dun SSSC installeacute dans un reacuteseau eacutelectrique simple repreacutesenteacute sur la figure (II12)
Figure II11 Principe de fonctionnement de SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
61
bull
Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du
reacuteseau
Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du
reacuteseau (eacutetat deacutequilibre) la tension au borne de la reacuteactance effective 119881119909119890119891119891
est eacutegale agrave la tension aux bornes de la ligne de transport sans compensation
la ougrave le degreacute de compensation K est nul K = 119881119902
119881119894 x 100 avec 119883119902 =
119881119902
119868119894
Dans le mode de compensation inductif le courant de la ligne 119868119897 diminue en
augmentant le degreacute de compensation K de 0 agrave 100 Du diagramme (b)
on voit que pour maintenir 119881119904 119881119903 et constants la variation dans
lamplitude de 119881119904119890 se reacutepercute directement sur la tension 119881119897 et chaque
Figure II12 Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple
Figure II13 Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
62
augmentation dans 119881119904119890 entraicircne une diminution dans 119881119897 et par conseacutequence
dans le courant 119868119897
En mode capacitif le courant dans la ligne augmente avec laugmentation du
niveau de compensation la tension 119881119904119890 injecteacutee en anti-phase avec la tension
119881119897 (- 90deg en arriegravere du courant 119868119897 ) force la tension 119881119897 agrave augmenter pour
garder langle de charge constant ainsi que les tensions aux extreacutemiteacutes de la
ligne (figure II12c) [37]
II6) Coucirct des dispositifs FACTS [29]
Mis agrave part les avantages techniques apporteacutes par les FACTS drsquoautres critegraveres lieacutes au
coucirct doivent ecirctres pris en consideacuteration dans la deacutecision drsquoinstaller un dispositif Sur le plan
eacuteconomique le critegravere geacuteneacuteralement adopteacute dans lrsquoeacutevaluation des beacuteneacutefices obtenus par un
FACTS est que lrsquoaccroissement des revenues doit exceacuteder les coucircts drsquoexploitations de
maintenance et drsquoamortissement de lrsquoinstallation
Le coucirct drsquoune installation FACTS deacutepend principalement des facteurs tels que
Les performances requises
La puissance de lrsquoinstallation
Le niveau de tension du systegraveme
La technologie du semi-conducteur utiliseacute
Controcircleurs FACTS Coucirct (US$)
Condensateur Shunt 8$Kvar
Condensateur Seacuterie 20$ Kvar
SVC 40$Kvar
TCSC 40$Kvar
STATCOM 50$Kvar
UPFC Partie Seacuterie 50$Kvar
UPFC Partie Shunt 50$Kvar
Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
63
II7) Synthegravese des dispositifs FACTS
Les diffeacuterents dispositifs FACTS preacutesenteacutes dans ce chapitre possegravedent tous leurs propres
caracteacuteristiques tant en reacutegime permanent quen reacutegime transitoire Chaque type de dispositif
sera donc utiliseacute pour reacutepondre agrave des objectifs bien deacutefinis Des consideacuterations eacuteconomiques
entreront eacutegalement dans le choix du type dinstallation agrave utiliser Le tableau (II2) syntheacutetise
les principaux beacuteneacutefices techniques des nouvelles technologies de FACTS Le nombre +
est proportionnel agrave lefficaciteacute du dispositif
II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie
des dispositifs FACTS [29]
A Les avantages des dispositifs FACTS
Controcircle le transit de la puissance active
Augmente la seacutecuriteacute des systegravemes eacutenergeacutetiques (augmentation de la limite de la
stabiliteacute transitoire amortissement des oscillations hellip)
Reacuteduit le transit de lrsquoeacutenergie reacuteactive
Optimise les puissances geacuteneacutereacutees donc reacuteduit le coucirct de production de lrsquoeacutenergie
Agir comme filtre actif
Ameacutelioreacutee lrsquointerconnexion et lrsquoeacutechange eacutenergeacutetique
Dispositif
Controcircle du
transit de
puissance
Controcircle
de la
tension
Stabiliteacute
transitoire
Stabiliteacute
statique
STATCOM + +++ ++ ++
SSSC ++ + +++ ++
IPFC +++ ++ +++ ++
Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS [14]
+ Petite ++ Moyenne +++Forte
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
64
B Les inconveacutenients
Lrsquointroduction des harmoniques du reacuteseau eacutelectrique ce qui le rend pollueacute cest-agrave- dire le
signal sera tendu et non sinusoiumldale Il rend le reacuteseau vulneacuterable agrave la surtension ducirce aux
commutations reacutepeacutetitives
C Les contraintes des dispositifs FACTS
Les dispositifs FACTS sont consideacutereacutes comme des solutions pour aider les systegravemes
eacutelectriques mais ils preacutesentent des inconveacutenients en plus qursquoils ne sont pas une solution
universelle ils existent plusieurs contraintes pour que ces dispositifs soient efficaces et
rentables [30]
o Le choix du FACTS
o Le choix du modegravele du FACTS
o Choix de la localisation des FACTS
o Protection pour les FACTS et pour le reacuteseau
o Interactions entre les dispositifs FACTS et les autres eacuteleacutements
Nous avons deacutecideacute pour la suite de notre travail de ne pas eacutetudier lrsquoimpact de chaque
cateacutegorie des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique Notre choix srsquoest porteacute sur lrsquoeacutetude du
Compensateur Statique Synchrone (STATCOM) et du Conpensateur statique seacuterie
synchrone (SSSC)Il nous a sembleacute raisonnable drsquoessayer drsquoanalyser lrsquoimpact de la
compensation shunt et de la compensation seacuterie de faccedilon seacutepareacutee avant de regrouper lrsquoeacutetude
de ces concepts FACTS agrave lrsquoaide de la compensation hybride
II9) Conclusion
Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre en premier lieu le concept FACTS ainsi nous
avons donneacute une bregraveve description et des deacutefinitions des divers types de dispositifs FACTS
Cette description est adopteacutee comme classification universelle des systegravemes FACTS La
plupart dentre eux sont deacutejagrave en service dans la pratique Si aujourdhui les FACTS sont encore
peu utiliseacutes par rapport agrave leur potentiel les eacutevolutions techniques de leacutelectronique de
puissance vont rendre les solutions FACTS de plus en plus compeacutetitives face aux
renforcements des reacuteseaux le contexte algeacuterien a eacuteteacute abordeacute ainsi que la conception et le
fonctionnement des 2 dispositifs retenus pour cette eacutetude
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
65
Nous avons choisi deacutetudier le STATCOM et le SSSC comme dispositifs FACTS pour
controcircler et ameacuteliorer la tension et la puissance reacuteactive Le chapitre suivant (chapitre III) sera
deacutedieacute agrave la modeacutelisation des systegravemes FACTS
66
Chapitre 3
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
67
Dans le but drsquoeacutetudier lrsquoimpact des FACTS sur lrsquoameacutelioration de tension des reacuteseaux
eacutelectriques des modegraveles approprieacutes sont neacutecessaires agrave deacutevelopper Nous tenons agrave mentionner
que plusieurs logiciels incorporent ces modegraveles Dans ce chapitre nous allons preacutesenter les
modegraveles matheacutematiques du STATCOM et du SSSC retenus au chapitre II
III1) Introduction
Pour pouvoir observer limpact des dispositifs FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique il est
neacutecessaire de les repreacutesenter par des modegraveles Ceux-ci sont ensuite inteacutegreacutes dans des
programmes de calcul permettant de simuler leurs effets sur lensemble du systegraveme
Plusieurs modegraveles de FACTS ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes tant pour des reacutegimes de
fonctionnement stationnaire que dynamique Certains modegraveles sont speacutecifiques agrave un type de
dispositif alors que dautres plus geacuteneacuteraux sont utiliseacutes pour repreacutesenter plusieurs FACTS
Dans le cadre de ce meacutemoire et plus preacuteciseacutement le chapitre quatre cest lrsquoimpact des
dispositifs FACTS sur le reacuteseau de transport qui est eacutetudieacute Dans ce contexte nous nous
restreignons agrave leacutetude de lrsquoeffondrement de tension et plus particuliegraverement aux effets des
FACTS sur la stabiliteacute des tensions
La modeacutelisation des FACTS est effectueacutee sur la base des eacuteleacutements utiliseacutes dans les
calculs de lrsquoeacutecoulement de puissance Ce sont plus particuliegraverement les geacuteneacuterateurs les
charges les eacuteleacutements shunt ainsi que les lignes et les transformateurs
III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS [26]
III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs
Les geacuteneacuterateurs sont des eacuteleacutements qui permettent la conversion de leacutenergie (meacutecanique
photonique chimique) vers une forme eacutelectrique Ils peuvent fournir ou consommer de
leacutenergie active ou reacuteactive et ils peuvent maintenir un niveau de tension deacutesireacutee
Un geacuteneacuterateur peut ecirctre consideacutereacute comme une source de puissance active et reacuteactive qui
peut maintenir une tension de consigne Agrave cause de facteurs comme la limite thermique du
rotor celle du stator et la limite de stabiliteacute au reacutegime permanent le fonctionnement dun
geacuteneacuterateur est limiteacute en puissance active ainsi quen puissance reacuteactive Ainsi un geacuteneacuterateur
peut ecirctre modeacuteliseacute dans le calcul drsquoeacutecoulement de puissance par le scheacutema de la figure (III1)
Dans lrsquoanalyse de lrsquoeacutecoulement de puissance les geacuteneacuterateurs sont modeacuteliseacutes comme des
injecteurs de courants La puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur est reacutegleacutee agrave travers le
controcircle de la turbine qui doit ecirctre dans les limites de la capaciteacute du systegraveme turbine
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
68
geacuteneacuterateur La tension est lieacutee principalement agrave lrsquoinjection de la puissance reacuteactive au jeu de
barres de production et comme le geacuteneacuterateur doit fonctionner dans les limites de sa courbe de
capaciteacute reacuteactive il nrsquoest pas possible de reacutegler la tension en dehors de certaines limites
admissibles
Avec
Si Puissance apparente complexe
PGi Puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i
QGi Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i
V i Tension complexe au nœud i
δi Deacutephasage de la tension au nœud i
Les limites de production des geacuteneacuterateurs sont deacutefinies par
PGimin le PGi le PGimax
QGimin le QGi le QGimax
Dans les calculs de transit de puissance la puissance PGi est prise constante et la
tension V i peut ecirctre maintenue en module agrave une valeur consigne constante La phase δi et la
puissance reacuteactive quand agrave elles deacutependent de leacutetat du reacuteseau Lorsque QGi deacutepasse une de ces
limites sa valeur est fixeacutee agrave cette valeur limite et la tension ne peut plus ecirctre controcircleacutee Le
nœud nest plus consideacutereacute comme geacuteneacuterateur mais comme une charge
120575119894
119878119894 i 119881 119894
119875119866119894 119876119866119894
119876119866119894
Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur
(III1)
(III2)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
69
III22) Modegraveles des charges [26]
Les charges repreacutesentent les consommateurs connecteacutes au reacuteseau (figure III2) Elles
correspondent agrave des injections neacutegatives aux nœuds Les charges sont modeacuteliseacutees par des
puissances constantes indeacutependantes de la tension nodale
SLi = PLi + j QLi
Ougrave
SLi La puissance complexe de la charge
PLi La puissance active
QLi La puissance reacuteactive
La puissance reacuteactive QLi peut ecirctre positive ou neacutegative selon que la charge est de nature
inductive ou capacitive respectivement
III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt [26]
Dans la plupart des cas les eacuteleacutements shunt sont des dispositifs destineacutes agrave la
compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive et la tenue de la tension chaque eacuteleacutement connecteacute au
reacuteseau sera modeacuteliseacute par des admittances 1199101198940 de la forme
1199101198940 = 1198921198940 + 1198951198871198940
Le symbole geacuteneacuteral repreacutesentant un eacuteleacutement shunt est donneacute agrave la figure III3a La
susceptance 1198871198940 peut ecirctre inductive ou capacitive Dans le premier cas leacuteleacutement consomme de
la puissance reacuteactive (fig III3b) alors quil en fournit au systegraveme dans le second (fig III3c)
Les modegraveles des dispositifs FACTS preacutesenteacute dans la section suivante sont baseacutes sur une
(III3)
Figure III2 Modegravele des charges
PLi QLi
i
(III4)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
70
simple modification des eacuteleacutements approprieacutes de 119884
III24) Modegraveles de la ligne [26]
Les lignes sont deacutefinies par leur scheacutema en 120587 (figure III4) qui caracteacuterise en geacuteneacuteral les
lignes moyennes dont les paramegravetres sont la reacutesistance r la reacuteactance 119909 = 119871 ω et la
susceptance b =119862120596 Dans le cas des lignes longues on peut toujours se ramener agrave un scheacutema
eacutequivalent en 120587 Les lignes de transport sont modeacuteliseacutees par leur scheacutema en 120587 classique dans
lequel la conductance transversale est neacutegligeacutee
La matrice dadmittance nodale dune ligne reliant un nœud i agrave un nœud k est donneacute par
lrsquoeacutequation (III5)
Y = (
yik+
yik0
2
minusyik
minusyik yik + yik0
2
)
Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt a) symbole b) eacuteleacutement
inductif c) eacuteleacutement capacitif
c) eacuteleacutement capacitif
(III5)
i 119909119894119896 119903119894119896 k
119887119894119896119900
2
119887119894119896119900
2
Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
71
Ougrave ladmittance longitudinale yik vaut
yik = 1
rik + j 120013ik
Avec
rik Reacutesistance longitudinale de la ligne
120013ik Reacuteactance longitudinale de la ligne
Ladmittance transversale correspondant aux effets capacitifs seacutecrit
yik0 = j119887ik0
Avec
119887ik0 Sousceptance transversale de la ligne
III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques [32]
Chaque nœud est caracteacuteriseacute par quatre variables Pi Qi Vi θi Si on connaicirct deux des
quatre variables nous permettent de deacuteterminer les deux autres agrave partir des eacutequations
principales de leacutecoulement de puissance En pratique le problegraveme se pose autrement Pour
cela il faut classifier les nœuds du systegraveme comme suit (Tableau III1)
Nœud de charge (P-Q) Pour ce type de nœuds on associe geacuteneacuteralement les charges
Ces derniegraveres sont caracteacuteriseacutees par la consommation des puissances active et reacuteactive
On peut aussi associer des geacuteneacuterateurs avec des puissances active et reacuteactive fixeacutees
Les variables agrave deacuteterminer sont le module et la phase de la tension
Nœud geacuteneacuterateur (P-V) Pour ce type de nœuds on associe les centrales de
production On speacutecifie la puissance active et le module de la tension Les variables agrave
deacuteterminer sont la phase de la tension et la puissance reacuteactive
Nœud bilan (slack bus) Pour ce type de nœud on associe la centrale de production la
plus puissante Dans un nœud k (nœud de reacutefeacuterence ou slack bus) on speacutecifie la phase
et le module de la tension Les valeurs agrave deacuteterminer sont les puissances actives et
reacuteactives
(III6)
(III7)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
72
III26) Modegraveles du transformateur
Les transformateurs sont repreacutesenteacutes par leur impeacutedance connecteacutee en seacuterie avec un
transformateur ideacuteal (figure III5) Le rapport de transformation est reacuteel pour un
transformateur classique alors quil est complexe dans le cas dun transformateur deacutephaseur
De maniegravere geacuteneacuterale le rapport de transformation complexe μik
est deacutefini par
μik
=Ui
Um
avec
Ui Tension complexe au nœud i
Um Tension complexe au nœud m
III27) Modegraveles de la machine synchrone
Nœuds Puissances actives Puissances reacuteactives Module de Tension Lrsquoangle de phase
Nœud (PQ) Connue Connue Inconnue Inconnue
Nœud (PV) Connue Inconnue Connue Inconnue
Nœud (slack
bus)
Inconnue Inconnue Connue Connue
Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme
(III8)
Si i
Ii Im
Um
119898
119903119894119896 Ik
Uk
119909119894119896
Ui μik 1
119896
Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
73
(III10)
La fem de la machine synchrone est donneacutee par la relation suivante
Ersquo = 119881119904+119903119886119868119904+j119883119889119868119904
Ersquo fem transitoire de la machine synchrone
119881119904 Tension aux bornes de la machine
119868119904 courant de la machine
119903119886 Reacutesistance statorique de la machine
119883119889 Reacuteactance transitoire de la machine
La repreacutesentation de la machine synchrone utiliseacutee pour la solution du reacuteseau et le diagramme
de phase sont scheacutematiseacutes dans la figure suivante
Les composantes de la tension 119881119904 aux bornes de la machine suivant les axes d-q sont
119881119889 = 119864prime119889 minus 119903119868119889 minus 119883prime
119902 119868prime119902
119881119902 = 119864prime119902 minus 119903119868119902 + 119883prime119889 119868prime119889
III28) Modeacutelisation du STATCOM
(III9)
Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone
(III11)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
74
(III12)
(III13)
Le STATCOM appartient agrave la deuxiegraveme geacuteneacuteration des dispositifs FACTS Selon
lIEEE Le STATCOM est un moyen de compensation dynamique connecteacute en parallegravele au
systegraveme eacutelectrique il est baseacute sur lrsquoinjection drsquoun courant AC controcircleacute agrave travers un
transformateur de couplage La structure de base drsquoun STATCOM ayant le scheacutema qui est
montreacute par la figure (III7) [33]
En geacuteneacuteral la tension du STATCOM 119881119904ℎest injecteacutee en phase avec la tension 119881119903 de la
ligne et dans ce cas il n y a pas deacutechange de leacutenergie active avec le reacuteseau mais seulement la
puissance reacuteactive qui sera injecteacutee (ou absorbeacutee) par le STATCOM Le STATCOM a le
mecircme rocircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce dispositif capable de deacutelivrer la
puissance reacuteactive mecircme si la tension de jeu de barre de connexion est faible Avec
lhypothegravese dun STATCOM ideacuteal (convertisseur sans pertes) la contrainte de fonctionnement
que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas eacutechanger la puissance active avec le reacuteseau
La tension du STATCOM est donneacute par
119864119904ℎ = 119881119904ℎ(119888119900119904120575119904ℎ + 119895119904119894119899120575119904ℎ)
Le courant injecteacutee par le STATCOM est donneacute par
119868119904ℎ =119881119904ℎ minus 119881119894
119895119883119894
Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
75
(III14)
(III15)
(III16)
(III17)
La puissance de transmission entre les deux systegravemes peut ecirctre repreacutesenteacutee par
La puissance active transmis
119875 = 119881119894119881119904ℎ
119883 119904119894119899(120575119894minus120575119904ℎ)
La puissance reacuteactive transmis
119876 =119881119894
2
119883minus
119881119894119881119904ℎ
119883 cos (120575119894120575119904ℎ)
Ougrave 119881119894119881119904ℎ est la tension aux nœuds (120575119894120575119904ℎ) lrsquoangle entre la tension et X impeacutedance de la
ligne Apregraves lrsquoexeacutecution de quelques opeacuterations complexes les eacutequations de puissance active
et reacuteactive sont obtenues comme suit
119875119904ℎ = 1198811198942119892119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ) + 119887119904ℎ119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ))
119876119904ℎ = minus1198811198942119887119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ) minus 119887119904ℎ119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ))
Avec 119892119904ℎ + 119895119887119904ℎ = 1119885119904ℎ
frasl
119892119904ℎ Conductance eacutequivalente du STATCOM
119887119904ℎ Susceptance eacutequivalente du STATCOM
119885119904ℎ Impedance eacutequivalente du STATCOM
III29) Modeacutelisation du SSSC
Le SSSC peut acqueacuterir un eacuteleacutement de stockage drsquoeacutenergie pour une compensation de la
puissance active momentaneacutement qui reacutesulte dans un maintien efficace de la stabiliteacute du
reacuteseau eacutelectrique Un SSSC est donc modeacuteliseacute comme une source de tension en seacuterie la figure
(III8) montre un SSSC inseacutereacute dans un reacuteseau agrave deux machines et son diagramme vectoriel des
tensions [33]
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
76
(III18)
(III19)
(III20)
(III21)
(III22)
(III23)
A partir du diagramme vectoriel on peut voir que la tension injecteacutee en seacuterie controcircle
directement la tension agrave travers lrsquoinductance X de la ligne qui en la augmentant reacutesulte en
une augmentation dans la valeur du courant et par conseacutequence une augmentation dans la
puissance transmissible agrave travers la ligne Ce fonctionnement est similaire agrave une compensation
seacuterie par un condensateur Si on eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant
de la ligne on obtient le mecircme reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un
condensateur
119880= -j119883119862 119868
Avec 119883119862 qui repreacutesente la reacuteactance capacitive du condensateur Mais comme le SSSC
est une source de tension il peut alors maintenir une tension constante puisque il controcircle
indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC peut augmenter ou diminuer le
flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant la tension injecteacutee en seacuterie agrave la
ligne Comme le SSSC est une source reacuteactive la tension geacuteneacutereacutee est perpendiculaire au
courant de la ligne ce courant est
119868 =1198801minus119880119902minus1198802
119895119883
119920 =120783
119947119935(( 119880120783 minus 119880120784) minus 119880119954
(119880120783minus119880120784)
|119880120783minus119880120784|)
119920 =119947(119880120783minus119880120784)
119935(120783 minus
119880119954
|119880120783minus119880120784|)
Cette eacutequation montre qursquoagrave lrsquoabsence du SSSC la chute de tension agrave travers X
est ( 1198801
minus 1198802
) Si on prend 1198802 Comme reacutefeacuterence du SSSC
1198802
= U2
et
Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
77
(III24)
(III25)
1198801=1198801(119888119900119904120575 + 119895119904119894119899120575)
Si on prend par consideacuteration que
|119880120783
minus 119880120784
| = radic119880120783120784 + 119932120784
120784 minus 120784119932120783119932120784119940119952119956120633
Ce qui nous donne la puissance agrave travers la ligne
P = 11988011198802119904119894119899120575
119883(1 minus
119880119902
radic11988012+1198802
2minus211988011198802119888119900119904120575
)
Par conseacutequent la puissance transmise P est une fonction de la tension injecteacutee La
puissance transmise en fonction de lrsquoangle δ
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
78
III3) Conclusion
Dans ce chapitre nous avons modeacuteliseacute les diffeacuterents composants du reacuteseau eacutelectrique agrave
savoir les lignes de transport les transformateurs et les charge les machines
synchroneshellipetc
Des modegraveles simplifieacutes de deux diffeacuterents types de FACTS agrave savoir le STATCOM et le
SSSC baseacute sur la modification de la matrice admittance 119884 et suitable pour lrsquoeacutetude du controcircle
du power flow et la reacutegulation de la tension ont eacuteteacute deacutemontreacutees dans ce chapitre Les deux
modegraveles ont eacuteteacute observeacutes dans la litteacuterature Agrave cet effet une bregraveve preacutesentation des approches
existantes agrave des modegraveles de ces deux dispositifs FACTS ont eacuteteacute fournis Les modegraveles
seacutelectionneacutes sont faciles agrave impleacutementer dans les logiciels du power flow comme le PSAT Au
chapitre suivant crsquoest lrsquoimpact du STATCOM et du SSSC sur lrsquoeffondrement de tension qui
sera analyseacute
79
Chapitre 4
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
80
IV1) Introduction
Le transfert de puissance au travers drsquoun reacuteseau eacutelectrique srsquoaccompagne de chutes de
tension entre les points de production et ceux de consommation Dans des conditions
normales de fonctionnement ces chutes de tension sont de lrsquoordre de quelque pour cents de la
tension nominale Une des preacuteoccupations des planificateurs et des exploitants est de srsquoassurer
que les tensions aux diffeacuterents jeux de barres du reacuteseau demeurent malgreacute tout dans des
limites prescrites speacutecialement dans des conditions de forte charge etou suite agrave des incidents
plausibles Dans certaines circonstances cependant dans les secondes ou dans les minutes qui
suivent lrsquoapparition drsquoune perturbation les tensions peuvent deacutecroitre de maniegravere
catastrophique agrave tel point que la puissance ne peut plus ecirctre achemineacutee correctement aux
consommateurs et que lrsquointeacutegriteacute du systegraveme peut ecirctre mise en danger
Le meacutecanisme qui sous-tend cet affaissement des tensions est lrsquoinstabiliteacute de tension et
la catastrophe qui en reacutesulte est lrsquoeffondrement de tension [34]
En termes simples lrsquoinstabiliteacute de la tension provient drsquoun comportement des charges
qui tend agrave ramener la consommation de puissance de celles-ci au-delagrave de ce que peuvent
fournir ensemble le reacuteseau de transport et les geacuteneacuterateurs
Dans de nombreux reacuteseaux agrave travers le monde lrsquoinstabiliteacute de tension est consideacutereacutee
comme une source majeure de deacutefaillance au moins aussi importante que les surcharges
thermiques drsquoeacutequipements (et le risque associeacute de deacuteclenchements en cascade) ou lrsquoinstabiliteacute
angulaire (perte de synchronisme entre geacuteneacuterateurs) connues depuis plus longtemps
Plusieurs facteurs contribuent agrave cet eacutetat de fait
- comme on le sait la construction de nouvelles lignes eacutelectriques est de
plus en plus difficile souvent retardeacutee et parfois impossible
- la concentration de la production dans ces centrales de plus en plus
puissantes a diminueacute le nombre de points tenus en tension dans le reacuteseau et
augmenteacute les distances eacutelectriques entre centres de production et de consommation
Certes lrsquoeacutemergence de la production deacutecentraliseacutee va quelque peu inverser cette
tendance en rapprochant producteurs et consommateurs Encore faut ndashil que ces
sources drsquoeacutenergie fournissent les services auxiliaires que sont la reacutegulation de
tension et la mise agrave disposition drsquoune reacuteserve de puissance reacuteactive
- lrsquousage massif de condensateurs shunt pour soutenir le profil de tension
permet de transporter de plus grandes quantiteacutes de puissance mais rapproche le point
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
81
drsquoinstabiliteacute des plages de fonctionnement normal
- lrsquoinstabiliteacute de tension est souvent deacuteclencheacutee par la perte
drsquoeacutequipements de transport et ou de production incidents dont la probabiliteacute
drsquoapparition est relativement eacuteleveacutee (compareacutee par exemple agrave celle du court-circuit
triphaseacute consideacutereacute en stabiliteacute transitoire angulaire)
- lrsquoouverture du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute incite agrave faire fonctionner les
reacuteseaux plus pregraves de leurs limites physiques pour des raisons de rentabiliteacute
eacuteconomique Plus encore que par le passeacute il est donc neacutecessaire drsquoeacutevaluer ces
limites en particulier vis ndashagrave vis du risque drsquoinstabiliteacute de tension
IV2) Outils de simulation
Plusieurs outils de simulation ont eacuteteacute utiliseacutes dans lrsquoanalyse et lrsquoeacutetude des reacuteseaux
eacutelectriques tels que (Matlab EMTP Etap PowerWorld PSAThellip etc) Ces logiciels
permettent de nous renseigner sur les diffeacuterents facteurs drsquoun reacuteseau eacutelectrique et agrave simuler les
diffeacuterents cas pour avoir les paramegravetres du reacuteseau Ces derniers utilisent les mecircmes
concepts Dans ce meacutemoire le logiciel PSAT est utiliseacute pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de
tension drsquoun reacuteseau de transport
PSAT est un logiciel librement distribueacutes conccedilu par Federico Milano baseacute sur
MATLAB pour lanalyse et lrsquooptimisation des reacuteseaux eacutelectriques Lrsquointerface graphique
interactive du PSAT permet agrave lrsquoutilisateur drsquoeffectuer les fonctions statiques et dynamiques
suivantes [35]
Calcul drsquoeacutecoulement de puissance (Power Flow- PF)
Calcul drsquoeacutecoulement de puissance Optimal (Optimal Power Flow- OPF)
Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation Power Flow- CPF)
Analyse de la stabiliteacute de petites perturbations (Small Signal Stability Analysis-
SSSA)
Simulation temporelle (Time Domaine Simulation- TDS)
Analyse transitoire drsquoeacutelectromagneacutetique (Electro Magnetic Transient Analysis-
EMT)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
82
Interface graphique (Graphical User Interface- GUI)
Eacutediteur de reacuteseau graphique (Graphical Network Editor- GNE)
Toutes les opeacuterations de PSAT peuvent ecirctre reacuteparties en deux genres drsquoanalyse
- La premiegravere analyse est de reacutesoudre les problegravemes de lrsquoeacutecoulement de puissance
Cette application srsquoeffectue dans une page de commande ou un eacutediteur comme
montre la figure (IV1)
- La seconde analyse est drsquoimplanter le reacuteseau agrave eacutetudier en utilisant une bibliothegraveque
de Simulink qui contient de nombreux modegraveles pour lrsquoimplantation des systegravemes
eacutelectriques comme montreacute dans la figure (IV2)
IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques
La deacutefinition et les types de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques sont repreacutesenteacutes dans le
chapitre I
Durant les derniegraveres deacutecennies la stabiliteacute de tension dans les systegravemes dalimentation
est devenue un vaste champ de recherches Les pheacutenomegravenes dinstabiliteacute en tension peuvent
srsquoeacutetendre dans une plage de temps allant de quelques secondes agrave quelques heures et ont eacuteteacute
eacutetudieacutes en utilisant une varieacuteteacute de modegraveles statiques et dynamiques y compris les reacutegulateurs
et les dispositifs eacutelectroniques de puissance
Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
83
Les sujets pertinents pour le marcheacute de leacutelectriciteacute et pour les techniques optimales
deacutecoulement de puissance sont geacuteneacuteralement les pheacutenomegravenes drsquoeffondrement de tension
reacutesultant des variations de charge et des opeacuterations de commutation Lrsquoeffondrement de
tension est geacuteneacuteralement la conseacutequence de laugmentation de la charge dans les systegravemes
caracteacuteriseacutes par des conditions de chargement lourd et ou lorsque survient une modification
dans le systegraveme comme une ligne hors service Le reacutesultat est geacuteneacuteralement que le point de
fonctionnement actuel qui est stable laquodisparaicirctraquo et le systegraveme transitoire suivant conduit agrave
une rapide irreacutecupeacuterable baisse de tension
IV31) Facteur de charge et les directions de puissance [34]
Loutil analytique le plus accepteacute pour lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes de lrsquoeffondrement de
tension est la theacuteorie de la bifurcation qui est une theacuteorie matheacutematique geacuteneacuterale capable de
classer les instabiliteacutes drsquoeacutetudier le comportement du systegraveme dans le voisinage
drsquoeffondrement ou des points instables et de donner une information quantitative sur les
actions correctives pour eacuteviter les conditions critiques
Dans la theacuteorie de la bifurcation il est supposeacute que les eacutequations du systegraveme deacutependent
dun ensemble de paramegravetres avec des variables deacutetat comme suit
0 = 119891 (120013 λ)
avec
119891 Eacutequation de lrsquoeacutecoulement de puissance
120013 Variables deacutependantes
120582 Facteur de charge
Alors les proprieacuteteacutes de la stabiliteacute instabiliteacute sont eacutevalueacutees en variant lsquolsquolentementrsquorsquo les
paramegravetres Dans ce meacutemoire le paramegravetre utiliseacute pour eacutetudier la proximiteacute du systegraveme de
lrsquoeffondrement de tension est le soi-disant facteur de charge 120582 (120582 isin ℛ) ce qui modifie les
puissances du geacuteneacuterateur et la charge comme suit
(IV1)
1198751198661 = (1 + 120582)(1198751198660 + 119875119878)
1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)
1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)
(IV2)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
84
Avec
1198751198660 Puissance active du geacuteneacuterateur
1198751198710 Puissance active de la charge
119875119878 Fourniture de lrsquooffre (Supply bids)
119875119863 Demande drsquooffre (Demand bids)
Les puissances qui multiplient λ sont appeleacutees les puissances de direction Les eacutequations
(IV2) diffegraverent du modegravele geacuteneacuteralement utiliseacute dans lanalyse du calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) cest-agrave-dire
Ougrave le facteur de charge touche uniquement les variables puissances PS et PD Dans les
diagrammes typiques de bifurcation les tensions sont traceacutees en fonction de λ cest agrave dire la
mesure de la capaciteacute de charge du systegraveme obtenant ainsi les courbes V(p)
Les indices 0 1 et 2 deacutenotent le cas de base le premier point et le deuxiegraveme point de
directions des puissances respectivement
IV 32) Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation
power flow- CPF) [34]
Les techniques du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance sont largement
reconnues comme un outil preacutecieux pour deacuteterminer les courbes V(P) du systegraveme de
puissance et permettent destimer les conditions de chargement maximal et des solutions
laquocritiquesraquo (par exemple saddle-node et limites induites de points de bifurcation) Malgreacute que
les grands systegravemes neacutecessitent un calcul numeacuterique exigeant le CPF nest pas affecteacutee par
des instabiliteacutes numeacuteriques En fait il est capable de deacuteterminer la partie stable et instable des
courbes V(p) et peut fournir des informations suppleacutementaires telles que les facteurs de
sensibiliteacute de la solution actuelle agrave leacutegard des paramegravetres pertinents
Dun point de vue matheacutematique le CPF est une technique dhomotopie et permet
dexplorer la stabiliteacute des eacutequations du systegraveme eacutelectrique en faisant varier un paramegravetre du
systegraveme qui dans les eacutetudes de stabiliteacute statique et dynamique typique de tension est le
paramegravetre de charge λ De maniegravere geacuteneacuterale le CPF consiste en un pas preacutedicteur reacutealiseacute par
le calcul du vecteur tangent et un pas correcteur qui peut ecirctre obtenu soit par lintermeacutediaire
PG2 = (PG0 + λPS)
PL2 = (PL0 + λPD)
PL2 = (PL0 + λPD)
(IV3)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
85
dun parameacutetrage local ou agrave une intersection perpendiculaire
a) Pas preacutedicteur
Au point deacutequilibre geacuteneacuterique p la relation suivante sapplique
Et le vecteur tangent peut ecirctre approximeacute par
Agrave partir de lrsquoeacutequation (IV4) et (IV5) on a
Agrave ce point un pas de grandeur k de controcircle doit ecirctre choisi pour deacuteterminer la quantiteacute Δ120013119901
et Δ120582119901 avec une normalisation afin deacuteviter de grands pas quand 120591119901 est grand
Δ120582119901 ≜ 119896
120591119901 Δ120013119901 ≜
119896 120591119901
120591119901
Ougrave ∙ est la norme euclidienne et 119896 = plusmn1 Le signe de k deacutetermine lrsquoaugmentation ou la
diminution de 120582 La figure (IV3) preacutesente une repreacutesentation graphique du pas preacutedicteur
119891(120013 p λp) = 0 rArr d119891
dλ|
p= D120013 119891|p
d120013
dλ|
p+
d119891
dλ|
p= 0 (IV4)
120591p = d120013
dλ|
p asymp
Δ 120013 p
∆λp
(IV5)
120591119901 = minus D120013 119891|pminus1
part119891
partλ|
p
∆120013p = 120591119901 ∆λp
(IV6)
(IV7)
(120013119901 120582119901)
120591119901
119891(120013 120582) = 0
(120013119875 + ∆120013119875 120582119875 + ∆120582119875)
Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance
pas preacutedicteur obtenu par les moyens de la tangente
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
86
b) Pas correcteur
Pour le pas correcteur lrsquoensemble des eacutequations n+1 est reacutesolu
119891(120013 λ) = 0
120578(120013 λ) = 0
Ougrave la solution de 119891 doit ecirctre dans le collecteur de bifurcation et 120578 est une eacutequation
additionnelle pour garantir un ensemble non singulier au point de bifurcation Pour le choix de
120578 il yrsquoa deux options lrsquointersection perpendiculaire et la parameacutetrisation locale
Dans le cas de lrsquointersection perpendiculaire dont la repreacutesentation est donneacutee par la figure
(IV2) lrsquoexpression de 120578 devient (eacutequation IV9)
Tandis que pour la parameacutetrisation locale soit le paramegravetre 120582 soit la variable 120013119894 est forceacutee
drsquoecirctre une valeur fixe
(120013119901 120582119901)
119891(120013 120582) = 0
(120013119888 120582119888)
(120013119888 minus (120013119875 + ∆120013119875 ) 120582119888 minus (120582119875 + Δ120582119901 ) )
120578 (120013 λ) = [Δ120013p
Δλp]
T
[120013c minus (120013p + Δ120013p)
λc minus (λp minus Δλp)] = 0
ppcx )(
(IV8)
(IV9)
(IV10)
Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas
correcteur obtenu par les moyens dintersection perpendiculaire
P
900
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
87
Ou
pipici xxxx )(
Le choix pour que la variable soit fixe deacutepend du collecteur de bifurcation de 119891 comme
crsquoest preacutesenteacute agrave la figure (IV5)
IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE 39 nœuds
IV41) Preacutesentation du reacuteseau
Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds est un reacuteseau de transport standard IEEE New England
39 nœuds sera utiliseacute pour les diffeacuterents sceacutenarios de nos simulations Ce reacuteseau repreacutesente
une simplification du reacuteseau de transport de la reacutegion Nouvelle Angleterre (nord-est des Etats-
Unis) Il srsquoagit donc drsquoune partie drsquoun reacuteseau reacuteel ameacutericain Ce reacuteseau fonctionne agrave 100
kV et comporte 10 geacuteneacuterateurs (119875119866119905119900119905119886119897119890= 619 Gw 119876119866119905119900119905119886119897119890= 113 Gvar) et 39 nœuds dont
19 nœuds de charge et 48 lignes Un scheacutema complet de ce reacuteseau est preacutesenteacute par la figure
IV6) [36]
Les donneacutees des jeux de barres ainsi que les caracteacuteristiques des branches sont
indiqueacutees dans lrsquoannexe A1
Le reacuteseau de transport IEEE-39 nœuds est constitueacute de 3 reacutegions (figure IV7) Chaque
reacutegion contient des nœuds PV et des nœuds PQ ainsi des geacuteneacuterateurs synchrones
(IV11)
Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas
correcteur obtenu par les moyens de la parameacutetrisation locale
λ
Correcteur
Correcteur
x
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
88
En utilisant la technique du CPF la stabiliteacute de tension est eacutetudieacutee Le comportement du
systegraveme test consideacutereacute avec et sans les dispositifs FACTS sous diffeacuterentes conditions de
charge est eacutetudieacute Lrsquoemplacement des FACTS est deacutetermineacute agrave travers le CPF
Un modegravele classique PQ est utiliseacute pour les charges Les limites des geacuteneacuterateurs sont
ignoreacutees Lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension est effectueacutee en commenccedilant agrave partir dun point
de fonctionnement stable initiale et en augmentant ensuite les charges par le facteur 120582 jusqursquoagrave
atteindre le point de singulariteacute de la lineacutearisation de lrsquoeacutecoulement de puissance
Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
89
Lorganigramme de la stabiliteacute de tension avec les FACTS en utilisant la meacutethode CPF
est illustreacute par la figure (IV8)
De la figure (IV8) on peut observer que les eacutequations des dispositifs FACTS sont
ajouteacutees dans les eacutequations de lrsquoeacutecoulement de puissance Les nouvelles eacutequations de
lrsquoeacutecoulement de puissance sont ensuite utiliseacutees dans le pas correcteur du processus CPF
Zone I
Noeuds (PQ) 4 5 6
7 8 910 11 12 13
14
Noeuds (PV) 31 32 39
Zone II
Noeuds(PQ) 1 2 3 17 18 25 26
27
Noeuds(PV) 3037
Zone III
Noeuds (PQ) 15 16 19 20 21 22 23 24
28 29
Noeuds (PV) 3334353638
Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds
Reacuteseau IEEE 39-nœuds
Geacuteneacuterateurs synchrones
30 31323334353637
3839
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
90
IV5) Emplacement du STATCOM
Fixer le nombre des points du CPF
Reacutesoudre les eacutequations de
lrsquoeacutecoulement de puissance de
charge avec les FACTS
Reacutesoudre les eacutequations de
lrsquoeacutecroulement de charge avec les
FACTS
Nombres des points de CPF
Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS
Lire les donneacutees
Pas preacutedicteur dans la meacutethode
CPF
Creacuteer les eacutequations de lrsquoeacutecoulement
de puissance avec les eacutequations du
FACTS
La courbe PV
complegravete
Fin
Deacutebut
Pas correcteur dans la meacutethode
CPF
Non
Oui
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
91
IV5) Emplacement du STATCOM
Drsquoapregraves le profil de tension (figure IV9) ainsi une preacutesentation des nœuds critiques sur
la figure (IV10) et leurs courbes V(p) obtenues par la meacutethode du CPF illustreacutee aux figures
(IV11 IV12 IV13) nous implanterons le STATCOM sur le nœud de charge le plus fragile
du reacuteseau de transport Le point de chargement maximal ou le point de bifurcation quand la
matrice jacobienne est singuliegravere survient agrave 120640=22806 pu
Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone
Reacuteseau IEEE 39-nœuds
Zone I
Les noeuds fragiles
875641214
le noeud le plus critique 8
Zone II
Les noeuds fragiles
3181727
le noeud le plus critique 3
Zone III
Les noeuds fragiles
1516242128
le noeud le plus critique 15
Figure IV9 Profil des tensions du reacuteseau IEEE 39-nœuds
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
92
Le calcul du CPF sur le reacuteseau seul (crsquoest ndash agrave dire sans y inseacuterer le STATCOM) a
montreacute que le nœud concerneacute est le nœud 8 de la zone 1
IV51) Impact du STATCOM
Apregraves la deacutetermination du nœud fragile du reacuteseau consideacutereacute et qui a besoin drsquoecirctre
soutenus les valeurs nominales (the ratings) du STATCOM doivent ecirctre choisies il est agrave
Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de
base)
0 05 1 15 2 25
065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
X 228
Y 07822
Lambda(pu)
Tensio
ns(pu)
Zone 3
V15
V16
V21
V24
V28
Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme
(eacutetat de base)
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
115
12
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu
)
Zone 2
V3
V17
V18
V27
Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1
du systegraveme (eacutetat de base)
0 05 1 15 2 250
02
04
06
08
1
12
14
X 228
Y 06766
Lambda (pu)
Tensio
ns(p
u)
Zone 1
V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
93
preacutevoir que par lintroduction du STATCOM aux nœuds critiques le profil de tension sera
plat et le facteur de charge du systegraveme va augmenter
Les gestionnaires des reacuteseaux eacutelectriques imposent une toleacuterance de plusmn 5 sur la tension
du reacuteseau de transport pour garantir une qualiteacute de distribution de lrsquoeacutelectriciteacute Nous
prendrons donc 119880119898119894119899 = 095pu et 119880119898119886119909 = 105 pu (soit respectivement 95KV et 105 KV
pour notre reacuteseau de transport de 100KV nominal) On obtient les valeurs nominales de la
puissance reacuteactive du STATCOM par [21]
119876119898119886119909 = 119868119871119898119886119909 lowast 119880119898119886119909
Et
119876119898119898119894119899 = 119868119888119898119886119909 lowast 119880119898119894119899
Drsquoougrave 119883119878119871 = 119880max minus 119880119898119894119899
119868119871119898119886119909minus 119868119888119898119886119909
Avec
119868119871119898119886119909 Courant inductif maximum
119868119888119898119886119909 Courant capacitif maximum
119880119898119886119909 119880119898119894119899 tension limites en reacutegulation
119883119878119871 ∶ Pente de la caracteacuteristique statique dans la zone de fonctionnement en reacutegulation
Quand le STATCOM est connecteacute au nœud 8 on observe drsquoapregraves la figure (IV14) que
les nœuds les plus fragiles de la zone 1 ont un profil de tension plus plat que lrsquoeacutetat de base et
introduire le STATCOM va augmenter le facteur de charge agrave la valeur maximale Comme
attendu le point de bifurcation pour le STATCOM placeacute au nœud 8 survient agrave une valeur de
charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 231 pu Sa puissance reacuteactive capacitive calculeacutee drsquoapregraves les
eacutequations IV12 et IV13 est de ndash 380 Mvar + 420 Mvar pour une puissance de base de
100MVA
(IV12)
(IV13)
(IV14)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
94
IV511) Profils des tensions et les pertes de puissances dans le
systegraveme
Les profils des tensions du cas de base et du systegraveme avec le STATCOM sont illustreacutes
agrave la figure (IV15) Il est eacutevident agrave partir de cette figure que le STATCOM fournit un meilleur
profil de tension au point drsquoeffondrement de tension compareacute agrave lrsquoeacutetat de base Cela est ducirc au
fait que le STATCOM est installeacute au nœud le plus faible
Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV16)
et la figure (IV17) respectivement Lrsquoaugmentation des pertes au voisinage du point
drsquoeffondrement est faible dans le cas du STATCOM placeacute au nœud 8
Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Ten
sion
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 8
Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
X 2315
Y 07441
Lambda(pu)
Tensio
ns(p
u
Zone STATCOM au 8
V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
95
La figure (IV18) illustre le paramegravetre de charge pour diffeacuterents emplacements du
STATCOM sur les nœuds les plus critiques des 3 zones selon les courbes V(p) des figures
(IV11 IV12 et IV13)
Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives
avec STATCOM au nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Zone 1 avec STATCOM au noeud 8
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 8
Figure IV17 Profils de pertes de
puissances reacuteactives avec STATCOM au
nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 1 avec STATCOM au noeud 8
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 8
Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM
[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
225
226
227
228
229
23
231
232
233
234
Base STATACOM aunœud 08
STATACOM aunœud 03
STATACOM aunœud 15
22806
23164232
234
Paramegravetre de charge(pu)
Paramegravetre decharge(pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
96
Puisque notre but agrave travers la recherche de lrsquoemplacement ideacuteal du dispositif
STATCOM est drsquoaugmenter la stabiliteacute de tension c-agrave-d maximiser le facteur de charge 120582 du
systegraveme tous en controcirclant la tension et minimisant les pertes des puissances actives et
reacuteactives nous placcedilons le mecircme STATCOM sur ces diffeacuterents nœuds fragiles et nous
observons lrsquoimpact qursquoil peut apporter
Le STATCOM placeacute sur le nœud 3 de la zone 2 et le nœud 15 de la zone 3 offre le
maximum du facteur de charge (voir figure IV18)
Les courbes V(p) avec le STATCOM sur les nœuds 3 et 15 sont illustreacutes sur les figures
(IV19) et (IV20) ainsi leurs profils des tensions sont illustreacutes sur les figures (IV21) et
(IV22)
Drsquoapregraves ces figures on constate une leacutegegravere ameacutelioration de tension sur les nœuds 2 3 et
4 pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3
Pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 15 on remarque sur les profils des
tensions une leacutegegravere baisse de tension sur les nœuds 5 6 7 8 9 11 et 13 et une ameacutelioration
pour les nœuds 15 16 17 18 et 20
Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au
nœud 03
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
115
12
Lambda(pu)
Tensio
n (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
X 2325
Y 08385
V3
V17
V18
V27
Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au
nœud 15
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
X 234
Y 07461
Lambda(pu)
Tensio
ns(p
u)
Zone 3 avec STATCOM au noeud 15
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
97
Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV23)
et la figure (IV24) respectivement pour le STATCOM au nœud 3 et les figures (IV25) et
(IV26) pour le STATCOM au nœud 15 Lrsquoaugmentation des pertes actives et reacuteactives au
voisinage du point drsquoeffondrement est grande dans le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3
et 15 presque pour tous les nœuds
Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme
avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 3
Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme
avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns(p
u)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 15
Figure IV23 Profils de pertes de puissances
actives avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 03
Figure IV24 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 03
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
98
IV512) Synthegravese
Les diffeacuterents emplacements du STATCOM preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE
39 nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV27) et
(IV28) syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du STATCOM Notre choix du nœud 8
comme un nœud fragile qui avait besoin drsquoecirctre soutenu est raisonnable vu lrsquoapport qursquoil a
fourni (figure IV28)
Figure IV25 Profils de pertes de puissance actives
avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 15
Figure IV26 Profils de pertes de puissance
reacuteactives avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 3 avec STATCOM au noeud 15
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 15
Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les
diffeacuterents emplacements du STATCOM [Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
0
20
40
60
80
100
Base STATCOMau 08
STATCOMau 03
STATCOMau 15
404 354 418 415
895298
738
9261 9249
Pertes de puissancesactives (pu)
Pertes de puissancesreacuteactives (pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
99
IV6) Emplacement du SSSC
Comme nous lrsquoavons deacutejagrave signaleacute dans le chapitre 2 Un SSSC fonctionne sans la
preacutesence drsquoune source de tension externe Il opegravere comme une source de tension en seacuterie agrave la
ligne Cette source geacutenegravere une tension en quadrature avec et controcircleacutee seacutepareacutement du courant
qui passe agrave travers la ligne dont le but drsquoaugmenter ou de diminuer la tension injecteacute en seacuterie
dans la ligne et par conseacutequence controcircler le flux de puissance qui passe agrave travers la ligne
Son fonctionnement est similaire agrave une compensation seacuterie par un condensateur Si on
eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant de la ligne on obtient le mecircme
reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un condensateur
119880119902 = minus119895 119883119888119868
Avec
119883119888 Reacuteactance capacitive du condensateur
(IV15)
Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du STATCOM
[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
07846081614
073999
0
02
04
06
08
1
12
1 5 10 15 20 25 30 35
Zone 1 (08)
Zone 2 (03)
Zone 3 (15)
Base
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
100
Mais comme le SSSC est une source de tension il peut alors maintenir une tension
constante puisque il la controcircle indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC
peut augmenter ou diminuer le flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant
la tension injecteacutee en seacuterie agrave la ligne
Dans nos simulations nous avons reacutegleacute la tension injecteacutee entre ses limites ainsi le taux de
compensation du SSSC
IV61) Impact du SSSC
Drsquoapregraves la figure (IV6) et la figure (IV9) le nœud 8 le plus fragile est alimenteacute par trois
lignes 8-5 8-7 et 8-9 Donc pour seacutelectionner lrsquoemplacement du SSSC nous allons nous baser
sur lrsquoaugmentation maximale de la puissance au point de lrsquoeffondrement [34] Les figures
(IV29) et (IV30) montrent clairement que les puissances actives et reacuteactives sur la ligne 15
(8-9) sont maximales au point de lrsquoeffondrement de tension
Apregraves lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 15 les figures (IV31) (IV32) et (IV33)
montrent les courbes V(p) des 3 zones le point de bifurcation pour le SSSC inseacutereacutee sur la
ligne 15 survient agrave une valeur de charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 239 pu Nous pouvons
remarquer que les courbes V(p) gardent toujours la partie infeacuterieure (partie instable) de la
courbe
Figure IV29 Puissances actives
maximales au point drsquoeffondrement
0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Lambda (pu)
Puis
sance a
ctives (
pu
X 228
Y -08897
X 228
Y 4079
X 228
Y 7041
PBUS05 BUS08
PBUS07 BUS08
PBUS08 BUS09
Figure IV30 Puissances reacuteactives
maximales au point drsquoeffondrement
0 05 1 15 2-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
Lambda (pu)
Puis
sances r
eacuteactives(p
u)
X 228
Y 1762
X 228
Y -05669
X 228
Y -4221
QBUS05 BUS08
QBUS07 BUS08
QBUS08 BUS09
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
101
Les profils des tensions des pertes actives et reacuteactives sont illustreacutes sur les figures
(IV34) (IV35) (IV36) respectivement
Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC
sur la ligne 15
0 05 1 15 2 25065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
115
X 239
Y 07389
Lambda (pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 2 avec SSSS sur la ligne 15
V3
V17
V18
V27
Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec
SSSC sur la ligne 15
0 05 1 15 2 250
02
04
06
08
1
12
14
X 239
Y 06732
Lambda(pu)
Tensio
n(p
u)
Zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15
0 05 1 15 2 2505
06
07
08
09
1
11
12
X 239
Y 06487
Lambda (pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 avec SSSC sur la ligne 15
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
102
Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tens
ions
(pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 15
Figure IV35 Profils de pertes de
puissances actives avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 15
Figure IV36 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
103
Drsquoapregraves ces reacutesultats nous pouvons conclure que le SSSC inseacutereacute sur la ligne 15 de la
zone 1 nrsquoa pas ameacutelioreacute les profils de tension les pertes actives et reacuteactives au point
drsquoeffondrement de tension
Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion pour le SSSC nous allons le placeacute dans
la zone 3 ougrave se trouve le 2egraveme nœud fragile drsquoapregraves la courbe de la figure IV9 qui est le nœud
15
Nos simulations nous en permettent de trouver 2 situations critiques lors de
lrsquoeffondrement de tension sur la ligne 45 (22- 35) et la ligne 48 (29- 38) leurs puissances
actives et reacuteactives au point drsquoeffondrement sont illustreacutees par les figures (IV37) et (IV38)
IV611) SSSC inseacutereacute sur la ligne 45
Nous avons inseacutereacute le SSSC sur la ligne 45 entre le nœud 22 et le nœud 35 la courbe
V(p) de la zone 3 (zone drsquoinsertion du SSSC) les profils de tensions les pertes actives et
reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV39) (IV40) (IV41) et (IV42) respectivement
Figure IV37 Puissances actives
maximales au point drsquoeffondrement de la
zone 3
0 05 1 15 2-20
-15
-10
-5
0
5
X 228
Y -1513
Lambda (pu)
Puis
sances a
ctives (
pu)
Zone 3 Etat de base
X 228
Y -1895
PBUS22 BUS35
PBUS29 BUS38
Figure IV38 Puissances reacuteactives
maximales au point drsquoeffondrement de la
zone 3
0 05 1 15 2-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
X 2281
Y -3841
Lambda (pu)
puis
sances r
eacuteactives (
pu)
Zone 3 Etat de base
X 2281
Y -945Q
BUS22 BUS35
QBUS29 BUS38
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
104
Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 45 les profils des tensions sont meilleurs par apport
agrave ceux du SSSC sur la ligne 15 de la zone 1
IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48
Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion du SSSC sur notre reacuteseau de transport
nous allons lrsquoinseacutereacute sur la ligne 48 entre le nœud 29 et le nœud 38 la courbe V(p) les profils
de tensions les pertes actives et reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV43) (IV44)
(IV45) et (IV46) respectivement
Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme
avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV41 Profils de pertes de puissances
actives avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV42 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec
SSSC sur la ligne 45
0 05 1 15 2 25065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
115
X 234
Y 07265
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 SSSC sur la ligne 45
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
105
Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 les profils des tensions ne sont pas meilleurs
par apport au cas du SSSC sur la ligne 45 mais pour les pertes reacuteactives lrsquoinsertion sur la
ligne 48 est meilleure que pour lrsquoinsertion sur la ligne 45
Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec
SSSC sur la ligne 48
0 05 1 15 2 25
065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
X 2306
Y 0704
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 avec SSSC sur la ligne 48
V15
V16
V21
V24
V28
Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme
avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 48
Figure IV46 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Petes reacuteactiv
es (pu)
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48
Figure IV45 Profils de pertes de puissances
actives avec SSSC sur la ligne 48
Figure (IV45) Profils de pertes de puissance
actives avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pertes activ
es (pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 48
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
106
IV613) Synthegravese
Les diffeacuterents emplacements du SSSC preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE 39
nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV47) et (IV48)
syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du SSSC
Lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 45 de la zone 3 nous a fourni des meilleurs reacutesultats au
point drsquoeffondrement
Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC
[Extrait de lrsquoannexe B1 B3]
222
224
226
228
23
232
234
236
238
24
Base SSSC agrave laligne 15
SSSC agrave laligne 45
SSSC agrave laligne 48
22806
239
234
23
Paramegravetre de charge(pu)
Paramegravetre de charge(pu)
Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents
emplacements du SSSC [Extrait de lrsquoannexe B1 B3]
0
20
40
60
80
100
120
Base SSSC agrave laligne 15
SSSC agrave laligne 45
SSSC agrave laligne 48
404 466 402 363
89529810482
8381 8211
Pertes Actives (pu)
Pertes Reactives (pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
107
IV7) Conclusion
Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre une eacutetude de lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute des
reacuteseaux eacutelectriques en y inseacuterant deux systegravemes FACTS le STATCOM (Static Synchronous
Compensator) et le SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Le reacuteseau utiliseacute pour
les simulations est le reacuteseau de transport IEEE_39 nœuds Lrsquoanalyse des performances du
reacuteseau porte sur le support du profil de tension lrsquoaugmentation de la stabiliteacute en tension et la
diminution des pertes actives et reacuteactives et ce pour lrsquoeffondrement de tension Le
programme utiliseacute est un logiciel de calcul drsquoeacutecoulement de puissance (PF) et le calcul
continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) [PSAT]
Les tests effectueacutes ont montreacute plusieurs reacutesultats inteacuteressants Tout drsquoabord le systegraveme
FACTS shunt (le STATCOM) assure une stabilisation globale du reacuteseau En effet dans tous
les cas le STATCOM tend soit agrave stabiliser tous les nœuds soit en agrave stabiliser certains sans
affecter les autres En tout eacutetat de cause ce systegraveme nrsquoa jamais deacutestabiliseacute un nœud quel qursquoil
soit En fait le STATCOM ameacuteliore les performances du reacuteseau eacutelectrique (surtout en termes
de stabiliteacute et de soutien de tension) en fournissant de la puissance reacuteactive dans la zone de
charge Ceci doit ecirctre nuanceacute en ce qui concerne le compensateur seacuterie Si celui ndashci peut avoir
un bon comportement local crsquoest-agrave-dire dans la zone ougrave il est implanteacute en augmentant le
paramegravetre de charge il peut deacutestabiliser certains nœuds du reacuteseau Cette deacutestabilisation risque
drsquoecirctre importante Pour ecirctre efficace un SSSC doit ecirctre implanteacute sur une ligne preacutesentant des
puissances maximales au point drsquoeffondrement
Les reacutesultats obtenus pour la stabiliteacute de tension restent valables pour le support du
profil de tension On peut toutefois noter que la stabiliteacute drsquoun nœud ne deacutepend pas
uniquement de son niveau de tension crsquoest-agrave-dire qursquoun nœud agrave tension eacuteleveacutee peut malgreacute
tout ecirctre instable
Gracircce agrave lrsquoinsertion de ces deux systegravemes FACTS on pourra suivant les cas eacuteviter un
effondrement de tension du reacuteseau Les FACTS ont donc un apport beacuteneacutefique en termes de
seacutecuriteacute du reacuteseau
108
Conclusion geacuteneacuterale
Conclusion geacuteneacuterale
109
Le deacuteveloppement de leacutelectronique de puissance a permet dameacuteliorer la gestion des
reacuteseaux eacutelectriques en introduisant un nouveau concept par les systegravemes de transmission de
leacutenergie agrave courant alternatif flexible appeleacutee FACTS avec lesquels le controcircle du flux de
puissance active et reacuteactive ainsi que laugmentation des capaciteacutes de charge des lignes sont
atteints et performeacutes par linjection des tension (ou courant) des convertisseur conccedilus avec des
interrupteurs statiques modernes commandeacutees en ouverture et en fermeture tels que les GTO
IGBT concernant la nouvelle geacuteneacuteration de ces systegravemes FACTS
Dans le contexte de lrsquoinsertion des systegravemes FACTS dans les reacuteseaux eacutelectriques nous
avons orienteacute nos travaux vers lrsquoeacutetude de la stabiliteacute de tension en reacutegime statique
speacutecialement lrsquoemplacement optimal des dispositifs FACTS en utilisant le calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance
Nous avons dans ce cadre choisi drsquoeacutetudier le comportement de deux dispositifs FACTS
qui sont
le Compensateur Statique Synchrone le STATCOM (Static Synchronous
Compensator)
le Conpensateur statique seacuterie synchrone le SSSC (Static Synchronous Series
Compensator
Ces dispositifs ont eacuteteacute choisis comme base de deacutepart en vue de lrsquoeacutetude ulteacuterieure de
systegravemes FACTS plus complexes
Lrsquoimpact des systegravemes FACTS sur lrsquoeffondrement de tension a eacuteteacute meneacute agrave bien agrave lrsquoaide
de deux logiciels le PSAT et le MATLAB et deux modegraveles FACTS ont eacuteteacute utiliseacutes Pour les
simulations statiques nous avons utiliseacute le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds le facteur de
charge a eacuteteacute calculeacute par la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF)
Cette technique a montreacute ses capaciteacutes agrave surmonter les problegravemes de la singulariteacute de la
matrice jacobienne rencontreacutes dans les algorithmes standards de calcul de lrsquoeacutecoulement de
puissance
Les simulations statiques ont montreacute lrsquoapport incontestable des FACTS dans
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute de tension Le systegraveme FACTS shunt le STATCOM stabilise le
reacuteseau de faccedilon globale alors que le SSSC a un meilleur comportement local Lrsquoimplantation
Conclusion geacuteneacuterale
110
du SSSC doit ecirctre faite sur une ligne preacutesentant des puissances maximales au point de
lrsquoeffondrement Ces reacutesultats sont eacutegalement valables en ce qui concerne le support du profil
de tension Les FACTS ameacuteliorent le niveau de seacutecuriteacute du reacuteseau car on pourra gracircce agrave leur
insertion et suivant les cas eacuteviter lrsquoeffondrement de tension
Nous pouvons maintenant eacutenoncer quelques perspectives ayant pour objectif de
compleacuteter ce que nous avons preacutesenteacute dans ce rapport de meacutemoire
bull Comparaison entre tous les types des FACTS et leur impact sur le pheacutenomegravene de
lrsquoeffondrement de tension
bull Lorsque les compensations shunt et seacuterie seront bien connues nous pourrons alors nous
inteacuteresser aux deacutephaseurs commandeacutes par thyristors et agrave lrsquoUPFC le compensateur
universel qui reacuteunit agrave lui seul les fonctions FACTS de compensation shunt et seacuterie et de
deacutephasage
bull Pour les besoins de la deacutetermination de lrsquoemplacement optimal des FACTS nous
proposons pour un futur travail de deacutevelopper un programme baseacute sur les meacutethodes
heuristiques qui simule lrsquoemplacement optimal des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique
bull Le raccordement des eacutenergies renouvelables aux reacuteseaux intelligents dits laquosmart
gridsraquo lrsquoun des deacutefis des eacutenergies renouvelables telles que lrsquoeacuteolien ou le solaire reacuteside
dans le risque drsquointerruption de leur production dont la stabiliteacute est menaceacutee par leur
caractegravere aleacuteatoire Les systegravemes FACTS apportent une solution agrave ce problegraveme de
capaciteacute et de stabiliteacute du reacuteseau lequel integravegre une part croissante deacutenergie
renouvelable
111
Bibliographie
112
[1] Site Internet httpsfrscribdcomdocument1602868764597291-Generalites-Sur-
Les-Reseaux-Electriques Geacutenie eacutelectrique laquo Reacuteseaux eacutelectriques raquo Geacuteneacuteraliteacutes sur
les reacuteseaux eacutelectriques chapitre 1 extraitpdf
[2] Site Internet wwwcrefrreseauxreseaux-publics laquoDescription geacuteneacuterale des
reacuteseaux drsquoeacutelectriciteacuteraquo Commission de Reacutegulation de lrsquoEnergie (CRE)
[3] Lilien J l laquoTransport et Distribution de lrsquoEnergie Electriqueraquo cours donneacute agrave
lrsquoInstitut drsquoElectriciteacute Montefiore Universiteacute de liegravege 2010
[4] Site Internet httpwwwenedisfrfonctionnement-du-reseau
[5] Noui Issam laquoReacuteduction des pertes dans les reacuteseaux eacutelectriques par la compensation
seacuterie TCSC raquo meacutemoire de Master Universiteacute Mohamed Khider Biskra 08
deacutecembre 2015
[6] K A Hamoud laquo Modeacutelisation des grands systegravemes eacutelectriques interconnecteacutes
application agrave lanalyse de seacutecuriteacute dans un environnement compeacutetitif raquo Thegravese de
Doctorat Grenoble-INP 2010
[7] Keramane Abdelnour laquoMaghreb de lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques agrave
lrsquointeacutegration eacutenergeacutetiqueraquo Article 047 octobre 2015
[8] Boukadoum Aziz laquocontribution agrave lrsquoanalyse et la reacuteduction de la pollution
harmonique dans le reacuteseau eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Magister Universiteacute Badji
Mokhtar Annaba 21 octobre 2007
[9] Site drsquointernet http wwwcrefrreseauxreseaux-publics-d-electricitequalite-de-
l-electricitesection2_1
[10] Vanya Ignatova laquoMeacutethodes drsquoanalyse de la qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique
Application aux creux de tension et agrave la pollution harmoniqueraquo Thegravese de Doctorat
Universiteacute JOSEPH FOURIER 20 Octobre 2006
[11] Site drsquointernet httpwwwsig-gechprofessionnelsimmobilierles-energiesvotre-
electricitequalite-de-l-electricite
[12] Technique de lrsquoingeacutenieur laquoProbleacutematiques communes des reacuteseaux eacutelectriques du
fonctionnement au comptage Ti302- Reacuteseaux eacutelectriques et applications Reacutef
Internet 42266 | 2e eacuteditionraquo
[13] Site drsquointernet httpwwwpagesjaunescatrucsla-surtension-quest-ce-que-cest
[14] Haimour Rachida laquoControcircle des Puissances Reacuteactives et des Tensions par les
Dispositifs FACTS dans un Reacuteseau Eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Magister ENSET ndash
ORAN -2009
Bibliographie
s
113
[15] Houari Boudjella laquoControcircle des puissances et des tensions dans un reacuteseau de
transport au moyen de dispositif FACTS (SVC) raquo Meacutemoire de Magister
Universiteacute Djillali Liabes Sidi Bel Abbes 23 janvier 2008
[16] Bulletin sur la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute laquoLe deacuteseacutequilibre de tension et de courantraquo Ndeg
G1546F Hydro Quebec 2014
[17] Site Internet https frscribdcomdocument74812348Reacuteseaux-eacutelectriques
laquoGeacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriquesraquo Chapitre 1
[18] Rabah Benahid Mohamed Boudour laquoAmeacutelioration de la stabiliteacute de tension dans
les reacuteseaux eacutelectriqueraquo Ouvrage eacutedition universitaires europeacuteennes 2014
[19] Boutaba Samira laquoAmeacutelioration de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique par lrsquoutilisation
drsquoun ASVCraquo Meacutemoire de Magister Universiteacute Hassiba Ben Bouali Chlef 09 juin
2009
[20] Bounouira Adlane laquoEtude de la stabiliteacute transitoire des reacuteseaux eacutelectriquesraquo
Meacutemoire de Master Universiteacute Constantine I 24 juin 2014
[21] Yvon Besanger laquoEtude des FACTS (Flexible AC Transmission System) et de leur
comportement dans les reacuteseaux de transport et dinterconnexionraquo Thegravese de
Doctorat Institut national polytechnique de Grenoble 05 Juillet 1996
[22] Site Internet httpsfrwikipediaorgwikicompensation_de_puissance_reacuteactive
laquoCompensation de puissance reacuteactiveraquo
[23] Farid Hamoudi laquoAchitectures des reacuteseaux eacutelectriques Power systemraquo cours UEF
10 novembre 2015
[24] Hingorani Narain G Laszlo Gyugyi laquoUnderstanding FACTS Concepts And
Technoloqy of Flexible AC Transmission Systemsraquo Ouvrage Edition 2001
[25] Larbi Boumediene laquoPlacement Des Dispositifs laquoD-FACTSraquo et controcircle des
tensions dans un reacuteseau de distribution raquo Thegravese de doctorat es-science lUSTO 04
Janvier 2010
[26] Kassou Amina Merzougui Meriem laquo Impact drsquoun dispositif FACTS (Flexible AC
Transmission Systems) sur lrsquoeacutecoulement de puissanceraquo Meacutemoire de Master
Universiteacute de Saida 28 octobre 2013
[27] Ben Hakkoum Med abdelilah Legougui Ali laquo Compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive
drsquoun reacuteseau IEEE par systegraveme FACTSraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi
Merbah Ourgla 2016
[28] Alain Innocent Leka laquo Ameacutelioration du transit de puissance par les FACTS et
simulation sur MatlabSimulink dun reacuteseau eacutelectriqueraquo Diplocircme de professeur
114
drsquoenseignement technique deuxiegraveme grade 2008
[29] Kerbaa Amel laquo Etude de lrsquoinfluence des systegravemes FACTS sur la qualiteacute de
lrsquoeacutenergie eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Master 02 Juin 2013
[30] Ay Abdelouahab laquo Modeacutelisation et Analyse drsquoun Compensateur Statique SVCraquo
Meacutemoire de Magister Universiteacute Batna 1 02 mai 2013
[31] Hamadou ZakariaM laquo Optimisation des paramegravetres drsquoun FACTS shunt pour
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire drsquoun systegraveme eacutelectriqueraquo Meacutemoire de
Magister Universiteacute Seacutetif 1 20 Juin 2012
[32] Oussama Mammeri laquoDiffeacuterentes meacutethodes de calcul de la puissance reacuteactive dans
un nœud agrave charge non lineacuteaire en preacutesence dun systegraveme de compensation de
leacutenergieraquo Universiteacute de Batna 2 Meacutemoire de Magister 2012
[33] Benras Med Amine Laroui souleymane laquo Utilisation drsquoun dispositif STATCOM
pour lrsquoameacutelioration du transit de puissance drsquoun reacuteseau de transport drsquoeacutenergie
alternatifraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi Merbah Ourgla 09 Juin 2015
[34] Bekri oum el fadhel loubaba laquoContribution agrave lrsquoeacutetude des systegravemes FACTS
(Flexible AC Transmission Systems) et leurs emplacements optimaux dans les
reacuteseaux eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat en Eacutelectrotechnique Universiteacute Djilali
Liabes de Sidi-Bel-Abbegraves 2013
[35] Federico Milano laquo Power System Analysis Toolbox Documentation for PSATraquo
version 218 Janvier 6 2013
[36] Diana Iuliana Craciun laquo Modeacutelisation des eacutequivalents dynamiques des reacuteseaux
eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat 15 Deacutecembre 2010
[37] Abdelaagraveli Alibi laquo Controcircle des Reacuteseaux Electriques par les Systegravemes FACTS
(Flexible AC Transmission Systems raquo Meacutemoire de Magister Universiteacute de Batna
13 Juin 2009
115
Annexes
116
117
A Donneacutees du reacuteseau IEEE 39 nœuds
Lines Power
rating
(MVA)
Voltage
Rating
(kV)
Frequence
rating
(Hz)
Trnasfo-
magnitude
Resistance
(pu)
Reactance
(pu)
Supstance
1-2 100 100 60 000000 000350 004110 069870
1-39 100 100 60 000000 00010 002500 075000
1-39 100 100 60 000000 000200 005000 037500
2-3 100 100 60 000000 000130 001510 025720
2-25 100 100 60 000000 000700 000860 014600
3-4 100 100 60 000000 000130 002130 022140
3-18 100 100 60 000000 000110 001330 021380
4-15 100 100 60 000000 000080 001280 013420
4-14 100 100 60 000000 000080 001290 013820
5-6 100 100 60 000000 000020 000260 004340
5-8 100 100 60 000000 000080 001120 014760
6-7 100 100 60 000000 000060 000920 011300
6-11 100 100 60 000000 000070 000820 013890
7-8 100 100 60 000000 000040 000460 007800
8-9 100 100 60 000000 000230 003630 038040
9-39 100 100 60 000000 000100 002500 120000
10-11 100 100 60 000000 000040 000430 007290
10-13 100 100 60 000000 000040 000430 007290
13-14 100 100 60 000000 000090 001010 017230
14-15 100 100 60 000000 000180 002170 036600
15-16 100 100 60 000000 000090 000940 017100
16-17 100 100 60 000000 000070 000890 013420
16-19 100 100 60 000000 000160 001950 030400
16-21 100 100 60 000000 000080 001350 025480
16-24 100 100 60 000000 000030 000590 006800
17-18 100 100 60 000000 000070 000820 013190
17-27 100 100 60 000000 000130 001730 032160
21-22 100 100 60 000000 000080 001400 025650
22-23 100 100 60 000000 000060 000960 018460
23-24 100 100 60 000000 000220 003500 036100
25-26 100 100 60 000000 000320 003230 051300
26-27 100 100 60 000000 000140 001470 023960
26-28 100 100 60 000000 000430 004740 078020
26-29 100 100 60 000000 000570 006250 102900
28-29 100 100 60 000000 000140 001510 024900
2-30 100 100 60 102500 000000 001810 000000
6-31 100 100 60 107000 000000 002500 000000
6-31 100 100 60 107000 000000 005000 000000
10-32 100 100 60 107000 000000 002000 000000
12-11 100 100 60 100600 000160 004350 000000
12-13 100 100 60 100600 000160 004350 000000
19-20 100 100 60 106000 000070 001380 000000
19-33 100 100 60 107000 000070 001420 000000
20-34 100 100 60 100900 000090 001800 000000
22-35 100 100 60 102500 000000 001430 000000
23-36 100 100 60 100000 000050 002720 000000
25-37 100 100 60 102500 000060 002320 000000
29-38 100 100 60 102500 000080 001560 000000
118
Ndeg du geacuteneacuterateur
H (sec)
119877119886 119883prime119889 119883prime119902 119883119889 119883119902 119879prime119889119900 119879prime119902119900 119883119897
1 50000 0 00006 0008 002 0019 7 07 0003
2 303 0 00697 0170 0295 0282 656 15 0035
3 353 0 00531 00876 02495 0237 57 15 00304
4 286 0 00436 0166 0262 0258 569 15 00295
5 260 0 0132 0166 067 062 54 044 0054
6 348 0 005 00814 0254 0241 73 04 00224
7 264 0 0049 0186 0295 0292 566 15 00322
8 243 0 0057 00911 02920 0280 67 041 0028
9 345 0 0057 00587 02106 0205 479 196 00298
10 420 0 0031 0008 01 0069 102 0 00125
Ndeg du geacuteneacuterateur
119870119860 119879119860 119881119877119872119868119873 119881119877119872119860119883 119870119864 119879119864 119870119865 119879119865 1198621 1198622
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 62 005 -10 10 -0633 0405 057 05 066 088
3 50 006 -10 10 -00198 05 008 10 013 034
4 50 006 -10 10 -00525 05 008 10 008 0314
5 400 002 -100 -100 -10 0785 003 10 007 091
6 50 002 -10 10 -00419 0417 00754 1246 0064 0251
7 400 002 -65 65 -10 073 003 10 053 074
8 50 002 -10 10 -0047 0528 00854 126 0072 0282
9 400 002 -105 105 -10 14 003 10 062 085
10 50 006 -10 10 -00485 025 004 1 008 026
Annexe A1 Donneacutees du reacuteseau IEEE 39-nœud
119
B Reacutesultats du power flow avec le PSAT
POWER FLOW REPORT
P S A T 219
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail federicomilanoucdie
website faraday1ucdiepsathtml
File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeb_d_Ieee39
Date 09-Jun-2017 153332
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 337
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
120
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 098837 -066635 0 0 0 0
BUS02 091007 -052232 0 0 0 0
BUS03 077924 -068701 0 0 73428 005473
BUS04 065385 -074122 0 0 114019 41959
BUS05 066496 -062088 0 0 0 -044217
BUS06 067682 -055724 0 0 0 0
BUS07 063518 -07578 0 0 53315 19155
BUS08 063731 -080455 0 0 119035 40135
BUS09 088016 -076257 0 0 0 0
BUS10 072414 -036303 0 0 0 0
BUS11 070043 -042663 0 0 0 0
BUS12 063569 -043042 0 0 019383 20067
BUS13 070204 -042245 0 0 0 0
BUS14 067659 -057193 0 0 0 0
BUS15 069422 -062942 0 0 72972 3489
BUS16 076104 -052743 0 0 75116 073656
BUS17 076356 -060644 0 0 0 0
BUS18 076264 -066831 0 0 3603 068411
BUS19 091709 -024485 0 0 0 0
BUS20 089167 -031561 0 0 155065 23488
BUS21 077199 -035331 0 0 62482 26224
BUS22 088171 -006877 0 0 0 0
BUS23 086321 -008056 0 0 56439 19292
BUS24 07756 -051796 0 0 70372 -21025
BUS25 093695 -045068 0 0 5108 10763
BUS26 083005 -050209 0 0 31697 038766
121
BUS27 077377 -062834 0 0 64079 17217
BUS28 086833 -029065 0 0 46976 062938
BUS29 090865 -013955 0 0 64649 061342
BUS30 10475 -04087 58254 95686 0 0
BUS31 098193 0 133488 175863 020979 01049
BUS32 098303 010972 151461 187014 0 0
BUS33 099716 -000678 147267 10807 0 0
BUS34 10123 -008336 118373 79733 0 0
BUS35 10492 017356 151459 157144 0 0
BUS36 10635 031043 13049 101381 0 0
BUS37 10278 -013919 125829 6659 0 0
BUS38 10265 018789 193404 113176 0 0
BUS39 103 -074024 233017 127501 251753 57009
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -07402
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 000039
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098206
e1d_Syn_2 000015
delta_Syn_3 011009
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098313
e1d_Syn_3 000028
delta_Syn_4 -00064
omega_Syn_4 1
122
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000032
delta_Syn_5 -008265
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000057
delta_Syn_6 017388
omega_Syn_6 1
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 031077
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 00003
delta_Syn_8 -013886
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000027
delta_Syn_9 018826
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000028
delta_Syn_10 -040867
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
123
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098193
vr1_Exc_2 10001
vr2_Exc_2 -1179
vf_Exc_2 098246
vm_Exc_3 098303
vr1_Exc_3 10012
vr2_Exc_3 -07868
vf_Exc_3 09835
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079795
vf_Exc_4 099744
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030385
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10492
vr1_Exc_6 10706
vr2_Exc_6 -067176
vf_Exc_6 10496
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10855
vr2_Exc_7 -031913
vf_Exc_7 10638
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073425
vf_Exc_8 1028
124
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57287
tg2_Tg_2 57287
tg3_Tg_2 43538
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
125
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
tg3_Tg_10 19
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 233017
p_Syn_1 233017
q_Syn_1 127501
vf_Syn_2 098246
pm_Syn_2 133489
p_Syn_2 133488
q_Syn_2 175863
vf_Syn_3 09835
pm_Syn_3 151461
p_Syn_3 151461
q_Syn_3 187014
vf_Syn_4 099744
pm_Syn_4 147267
p_Syn_4 147267
q_Syn_4 10807
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 118373
126
p_Syn_5 118373
q_Syn_5 79733
vf_Syn_6 10496
pm_Syn_6 151462
p_Syn_6 151459
q_Syn_6 157144
vf_Syn_7 10638
pm_Syn_7 13049
p_Syn_7 13049
q_Syn_7 101381
vf_Syn_8 1028
pm_Syn_8 125829
p_Syn_8 125829
q_Syn_8 6659
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 193404
p_Syn_9 193404
q_Syn_9 113176
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 58254
p_Syn_10 58254
q_Syn_10 95686
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
127
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -29402 20187 005093 -003257
BUS01 BUS39 2 14701 -10093 000582 -023653
BUS01 BUS39 3 14701 -10093 000582 -023653
BUS02 BUS03 4 83713 76933 020549 22022
BUS02 BUS25 5 -5537 18564 029017 023195
BUS03 BUS04 6 15723 44591 004916 069085
BUS03 BUS18 7 -07493 097723 000298 -0091
BUS04 BUS05 8 -40818 -009527 003119 044062
BUS04 BUS14 9 -57969 -033235 006305 095555
BUS05 BUS06 10 -111502 -18364 005774 073114
128
BUS05 BUS08 11 70371 17427 00953 12716
BUS06 BUS07 12 95297 33531 01339 20045
BUS06 BUS11 13 -75986 -083911 008922 097932
BUS07 BUS08 14 40642 -056691 001668 016022
BUS08 BUS09 15 -091415 -42695 010425 14208
BUS09 BUS39 16 -10184 -56903 003659 -018671
BUS10 BUS11 17 7823 34845 005605 056551
BUS10 BUS13 18 73231 32305 004896 048928
BUS13 BUS14 19 71513 16135 00984 10223
BUS14 BUS15 20 1193 -069671 000707 -008669
BUS15 BUS16 21 -61113 -4099 010049 095887
BUS16 BUS17 22 51209 -045295 00319 032762
BUS16 BUS19 23 -102938 -39142 033316 38445
BUS16 BUS21 24 -75106 041206 007824 11706
BUS16 BUS24 25 -10399 -18394 000228 00046
BUS17 BUS18 26 43783 -019098 002304 019313
BUS17 BUS27 27 071071 -058958 000167 -016774
BUS21 BUS22 28 -13837 -3381 027167 4578
BUS22 BUS23 29 10372 15681 000291 -009404
BUS23 BUS24 30 83187 33043 023923 35628
BUS25 BUS26 31 15326 27558 004095 001147
BUS26 BUS27 32 57848 2892 008598 07485
BUS26 BUS28 33 -3195 -031065 006372 013951
BUS26 BUS29 34 -42678 -022476 015083 087458
BUS28 BUS29 35 -79563 -10795 011934 10905
BUS02 BUS30 36 -58254 -74984 0 20702
BUS06 BUS31 37 -65695 -25408 0 61999
BUS06 BUS31 38 -65695 -25408 0 61999
BUS10 BUS32 39 -151461 -6715 0 119864
129
BUS12 BUS11 40 -007516 -099262 000397 010795
BUS12 BUS13 41 -011868 -10141 000418 011357
BUS19 BUS20 42 38649 -17168 001672 032972
BUS19 BUS33 43 -144918 -60419 02349 47652
BUS20 BUS34 44 -116584 -43953 01789 3578
BUS22 BUS35 45 -151459 -95271 0 61873
BUS23 BUS36 46 -129283 -35713 012071 65668
BUS25 BUS37 47 -124678 -22077 011512 44514
BUS29 BUS38 48 -189592 -38828 038127 74347
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 29911 -20513 005093 -003257
BUS39 BUS01 2 -14643 077281 000582 -023653
BUS39 BUS01 3 -14643 077281 000582 -023653
BUS03 BUS02 4 -81658 -54911 020549 22022
BUS25 BUS02 5 58272 -16244 029017 023195
BUS04 BUS03 6 -15231 -37683 004916 069085
BUS18 BUS03 7 075229 -10682 000298 -0091
BUS05 BUS04 8 4113 053589 003119 044062
BUS14 BUS04 9 58599 12879 006305 095555
BUS06 BUS05 10 112079 25676 005774 073114
BUS08 BUS05 11 -69418 -047112 00953 12716
BUS07 BUS06 12 -93958 -13486 01339 20045
BUS11 BUS06 13 76878 18184 008922 097932
BUS08 BUS07 14 -40476 072713 001668 016022
130
BUS09 BUS08 15 10184 56903 010425 14208
BUS39 BUS09 16 1055 55035 003659 -018671
BUS11 BUS10 17 -77669 -2919 005605 056551
BUS13 BUS10 18 -72742 -27412 004896 048928
BUS14 BUS13 19 -70529 -059119 00984 10223
BUS15 BUS14 20 -11859 061002 000707 -008669
BUS16 BUS15 21 62118 50579 010049 095887
BUS17 BUS16 22 -5089 078056 00319 032762
BUS19 BUS16 23 106269 77587 033316 38445
BUS21 BUS16 24 75888 075852 007824 11706
BUS24 BUS16 25 10422 1844 000228 00046
BUS18 BUS17 26 -43553 038412 002304 019313
BUS27 BUS17 27 -070903 042184 000167 -016774
BUS22 BUS21 28 141087 7959 027167 4578
BUS23 BUS22 29 -10343 -16621 000291 -009404
BUS24 BUS23 30 -80794 025853 023923 35628
BUS26 BUS25 31 -14917 -27443 004095 001147
BUS27 BUS26 32 -56988 -21435 008598 07485
BUS28 BUS26 33 32587 045016 006372 013951
BUS29 BUS26 34 44187 10993 015083 087458
BUS29 BUS28 35 80756 21701 011934 10905
BUS30 BUS02 36 58254 95686 0 20702
BUS31 BUS06 37 65695 87407 0 61999
BUS31 BUS06 38 65695 87407 0 61999
BUS32 BUS10 39 151461 187014 0 119864
BUS11 BUS12 40 007913 11006 000397 010795
BUS13 BUS12 41 012285 11277 000418 011357
BUS20 BUS19 42 -38482 20465 001672 032972
BUS33 BUS19 43 147267 10807 02349 47652
131
BUS34 BUS20 44 118373 79733 01789 3578
BUS35 BUS22 45 151459 157144 0 61873
BUS36 BUS23 46 13049 101381 012071 65668
BUS37 BUS25 47 125829 6659 011512 44514
BUS38 BUS29 48 193404 113176 038127 74347
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1443043
REACTIVE POWER [pu] 1212158
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1402543
REACTIVE POWER [pu] 31686
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 405
REACTIVE POWER [pu] 895298
Annexe B1 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds (eacutetat de base)
132
CONTINUATION POWER FLOW REPORT
P S A T 218
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail FedericoMilanouclmes
website httpwwwuclmesareagseeWebFederico
File Cworkworkpsat 216psat 218psattestsPFE _2017PFE_SEVersion 2PFE_SESimulation
STATCOM_version 2b_d_Ieee39satatcomN08
Date 18-Jun-2017 183446
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 500
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
133
BUS01 09982 -053682 0 0 0 0
BUS02 093356 -040526 0 0 0 0
BUS03 083248 -056145 0 0 74588 005559
BUS04 075506 -060782 0 0 115819 42622
BUS05 078731 -051917 0 0 0 -061985
BUS06 079546 -047221 0 0 0 0
BUS07 07767 -061636 0 0 54157 19458
BUS08 07846 -06495 0 1e-005 120915 093843
BUS09 094102 -062322 0 0 0 0
BUS10 081535 -031761 0 0 0 0
BUS11 080223 -03697 0 0 0 0
BUS12 074304 -037112 0 0 019689 20384
BUS13 079549 -036353 0 0 0 0
BUS14 076855 -047744 0 0 0 0
BUS15 075482 -05163 0 0 74124 35441
BUS16 080356 -042235 0 0 76302 074819
BUS17 080696 -049169 0 0 0 0
BUS18 08103 -054653 0 0 36599 069492
BUS19 093308 -015476 0 0 0 0
BUS20 089997 -022503 0 0 157514 23859
BUS21 080567 -026193 0 0 63469 26638
BUS22 090079 000883 0 0 0 0
BUS23 088298 -000265 0 0 57331 19597
BUS24 081562 -041378 0 0 71484 -21357
BUS25 095503 -033343 0 0 51887 10933
BUS26 085531 -038802 0 0 32198 039379
BUS27 080829 -050935 0 0 6509 17489
BUS28 08815 -018388 0 0 47718 063932
134
BUS29 091752 -003447 0 0 6567 062311
BUS30 10475 -029318 58951 82418 0 0
BUS31 098195 0 134949 126708 021311 010655
BUS32 098304 0104 153273 141443 0 0
BUS33 099716 008297 149029 9774 0 0
BUS34 10123 000838 119789 75294 0 0
BUS35 10493 024882 153272 14353 0 0
BUS36 10635 038446 132051 93699 0 0
BUS37 10278 -002369 127335 58893 0 0
BUS38 10265 029432 195718 107923 0 0
BUS39 103 -06063 235805 99174 255729 5791
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -060625
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 000039
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098204
e1d_Syn_2 000015
delta_Syn_3 010437
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098312
e1d_Syn_3 000029
delta_Syn_4 008336
omega_Syn_4 1
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000032
135
delta_Syn_5 000911
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000058
delta_Syn_6 024915
omega_Syn_6 1
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 03848
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 00003
delta_Syn_8 -002336
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000028
delta_Syn_9 02947
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000028
delta_Syn_10 -029314
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098195
136
vr1_Exc_2 099998
vr2_Exc_2 -11788
vf_Exc_2 098233
vm_Exc_3 098304
vr1_Exc_3 10011
vr2_Exc_3 -078672
vf_Exc_3 09834
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079793
vf_Exc_4 099742
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030384
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10493
vr1_Exc_6 10705
vr2_Exc_6 -067175
vf_Exc_6 10496
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10855
vr2_Exc_7 -031913
vf_Exc_7 10638
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073424
vf_Exc_8 10279
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
137
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57229
tg2_Tg_2 57229
tg3_Tg_2 43494
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
138
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
tg3_Tg_10 19
ist_Statcom_1 4
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 235805
p_Syn_1 235805
q_Syn_1 99174
vf_Syn_2 098233
pm_Syn_2 13495
p_Syn_2 134949
q_Syn_2 126708
vf_Syn_3 09834
pm_Syn_3 153273
p_Syn_3 153273
q_Syn_3 141443
vf_Syn_4 099742
pm_Syn_4 149029
p_Syn_4 149029
q_Syn_4 9774
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 119789
139
p_Syn_5 119789
q_Syn_5 75294
vf_Syn_6 10496
pm_Syn_6 153274
p_Syn_6 153272
q_Syn_6 14353
vf_Syn_7 10638
pm_Syn_7 132051
p_Syn_7 132051
q_Syn_7 93699
vf_Syn_8 10279
pm_Syn_8 127335
p_Syn_8 127335
q_Syn_8 58893
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 195718
p_Syn_9 195718
q_Syn_9 107923
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 58951
p_Syn_10 58951
q_Syn_10 82418
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
140
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
vref_Statcom_1 1087
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -28037 16564 004173 -016258
BUS01 BUS39 2 14018 -082822 000477 -026649
BUS01 BUS39 3 14018 -082822 000477 -026649
BUS02 BUS03 4 85352 60288 016491 17143
BUS02 BUS25 5 -54854 23382 028801 022363
BUS03 BUS04 6 15487 28864 002097 020373
BUS03 BUS18 7 -063723 13726 000397 -009632
BUS04 BUS05 8 -4203 -14955 002777 036443
BUS04 BUS14 9 -58512 -008406 004804 069451
141
BUS05 BUS06 10 -114092 -13397 004257 05262
BUS05 BUS08 11 71784 009964 006653 084029
BUS06 BUS07 12 97568 16469 009295 13554
BUS06 BUS11 13 -79267 038477 006971 0728
BUS07 BUS08 14 42481 -16543 001373 011035
BUS08 BUS09 15 -074523 -34437 004342 03998
BUS09 BUS39 16 -078866 -38435 001309 -084056
BUS10 BUS11 17 81006 19153 004175 040109
BUS10 BUS13 18 72267 32265 003778 035886
BUS13 BUS14 19 70483 18322 007572 074431
BUS14 BUS15 20 10733 030933 000404 -016363
BUS15 BUS16 21 -63432 -30711 007799 071062
BUS16 BUS17 22 50068 -056869 002747 02623
BUS16 BUS19 23 -10422 -32119 029317 33425
BUS16 BUS21 24 -76042 085882 007274 10625
BUS16 BUS24 25 -10319 -16082 000166 -001185
BUS17 BUS18 26 43215 -062084 002043 015313
BUS17 BUS27 27 06578 -021016 000089 -019797
BUS21 BUS22 28 -140238 -28675 025194 42217
BUS22 BUS23 29 10514 15365 000274 -010306
BUS23 BUS24 30 84048 27448 022283 32842
BUS25 BUS26 31 16596 25876 003759 -004213
BUS26 BUS27 32 59316 24294 007946 066838
BUS26 BUS28 33 -32111 -013633 006074 008103
BUS26 BUS29 34 -43183 -005718 014609 079232
BUS28 BUS29 35 -80436 -085668 011761 1067
BUS02 BUS30 36 -58951 -6548 0 16938
BUS06 BUS31 37 -66409 -19488 0 43334
BUS06 BUS31 38 -66409 -19488 0 43334
142
BUS10 BUS32 39 -153273 -51418 0 90025
BUS12 BUS11 40 -005903 -1078 000342 009294
BUS12 BUS13 41 -013786 -096038 000276 007506
BUS19 BUS20 42 39641 -13164 001576 031072
BUS19 BUS33 43 -146793 -52379 022361 4536
BUS20 BUS34 44 -118031 -4013 017582 35164
BUS22 BUS35 45 -153272 -86257 0 57273
BUS23 BUS36 46 -130892 -30649 01159 63049
BUS25 BUS37 47 -126217 -15664 01118 43229
BUS29 BUS38 48 -191925 -33962 037929 73961
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 28454 -1819 004173 -016258
BUS39 BUS01 2 -13971 056173 000477 -026649
BUS39 BUS01 3 -13971 056173 000477 -026649
BUS03 BUS02 4 -83702 -43145 016491 17143
BUS25 BUS02 5 57734 -21145 028801 022363
BUS04 BUS03 6 -15277 -26826 002097 020373
BUS18 BUS03 7 06412 -14689 000397 -009632
BUS05 BUS04 8 42307 18599 002777 036443
BUS14 BUS04 9 58993 077857 004804 069451
BUS06 BUS05 10 114517 18659 004257 05262
BUS08 BUS05 11 -71119 074065 006653 084029
BUS07 BUS06 12 -96638 -029146 009295 13554
BUS11 BUS06 13 79964 034323 006971 0728
143
BUS08 BUS07 14 -42344 17647 001373 011035
BUS09 BUS08 15 078866 38435 004342 03998
BUS39 BUS09 16 080175 3003 001309 -084056
BUS11 BUS10 17 -80589 -15142 004175 040109
BUS13 BUS10 18 -71889 -28677 003778 035886
BUS14 BUS13 19 -69726 -10879 007572 074431
BUS15 BUS14 20 -10693 -047297 000404 -016363
BUS16 BUS15 21 64212 37817 007799 071062
BUS17 BUS16 22 -49793 083099 002747 02623
BUS19 BUS16 23 107152 65544 029317 33425
BUS21 BUS16 24 76769 020366 007274 10625
BUS24 BUS16 25 10336 15963 000166 -001185
BUS18 BUS17 26 -43011 077397 002043 015313
BUS27 BUS17 27 -065692 001218 000089 -019797
BUS22 BUS21 28 142758 70892 025194 42217
BUS23 BUS22 29 -10486 -16395 000274 -010306
BUS24 BUS23 30 -8182 053938 022283 32842
BUS26 BUS25 31 -1622 -26297 003759 -004213
BUS27 BUS26 32 -58521 -17611 007946 066838
BUS28 BUS26 33 32719 021736 006074 008103
BUS29 BUS26 34 44644 08495 014609 079232
BUS29 BUS28 35 81612 19236 011761 1067
BUS30 BUS02 36 58951 82418 0 16938
BUS31 BUS06 37 66409 62821 0 43334
BUS31 BUS06 38 66409 62821 0 43334
BUS32 BUS10 39 153273 141443 0 90025
BUS11 BUS12 40 006245 1171 000342 009294
BUS13 BUS12 41 014062 10354 000276 007506
BUS20 BUS19 42 -39483 16271 001576 031072
144
BUS33 BUS19 43 149029 9774 022361 4536
BUS34 BUS20 44 119789 75294 017582 35164
BUS35 BUS22 45 153272 14353 0 57273
BUS36 BUS23 46 132051 93699 01159 63049
BUS37 BUS25 47 127335 58893 01118 43229
BUS38 BUS29 48 195718 107923 037929 73961
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1460172
REACTIVE POWER [pu] 102682
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1424692
REACTIVE POWER [pu] 288773
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 35479
REACTIVE POWER [pu] 738047
Annexe B2 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du
STATCOM au nœud 8 (Zone 1)
145
POWER FLOW REPORT
P S A T 219
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail federicomilanoucdie
website faraday1ucdiepsathtml
File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeteste ssscb_d00
Date 09-Jun-2017 153006
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 336
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 099097 -068975 0 0 0 0
BUS02 091781 -05429 0 0 0 0
BUS03 079734 -070717 0 0 75617 005636
BUS04 066326 -076185 0 0 117417 43209
BUS05 066473 -064183 0 0 0 -044187
146
BUS06 067567 -057647 0 0 0 0
BUS07 063172 -078416 0 0 54904 19726
BUS08 063378 -083261 0 0 122583 41331
BUS09 087869 -078891 0 0 0 0
BUS10 072734 -037936 0 0 0 0
BUS11 070208 -044367 0 0 0 0
BUS12 063793 -044818 0 0 019961 20665
BUS13 070846 -044069 0 0 0 0
BUS14 069215 -059233 0 0 0 0
BUS15 07407 -064955 0 0 75147 3593
BUS16 081822 -05593 0 0 77354 075851
BUS17 080501 -063045 0 0 0 0
BUS18 079536 -068866 0 0 37104 07045
BUS19 093754 -029105 0 0 0 0
BUS20 090167 -036109 0 0 159687 24188
BUS21 087 -041123 0 0 64345 27006
BUS22 10049 -018383 0 0 0 0
BUS23 095617 -018974 0 0 58121 19867
BUS24 084024 -055252 0 0 7247 -21652
BUS25 094412 -04701 0 0 52603 11084
BUS26 08466 -05244 0 0 32642 039922
BUS27 0802 -06492 0 0 65988 1773
BUS28 087316 -031212 0 0 48376 064814
BUS29 091081 -015774 0 0 66575 06317
BUS30 10475 -042699 5993 9148 0 0
BUS31 098193 0 137349 178813 021605 010802
BUS32 098303 010582 155818 187617 0 0
BUS33 099716 -005013 151503 95238 0 0
BUS34 10123 -012399 121778 74705 0 0
147
BUS35 10492 -014155 155816 166126 0 0
BUS36 10635 017417 134243 63977 0 0
BUS37 10278 -015159 129449 64436 0 0
BUS38 10265 017894 198968 113339 0 0
BUS39 103 -076593 23972 128843 259257 58709
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -076589
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 00004
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098206
e1d_Syn_2 000016
delta_Syn_3 01062
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098313
e1d_Syn_3 000029
delta_Syn_4 -004973
omega_Syn_4 1
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000033
delta_Syn_5 -012326
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000059
delta_Syn_6 -014122
omega_Syn_6 1
148
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 017452
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 000031
delta_Syn_8 -015125
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000028
delta_Syn_9 017933
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000029
delta_Syn_10 -042696
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098193
vr1_Exc_2 10001
vr2_Exc_2 -1179
vf_Exc_2 098247
vm_Exc_3 098303
vr1_Exc_3 10012
vr2_Exc_3 -07868
149
vf_Exc_3 09835
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079793
vf_Exc_4 099741
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030384
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10492
vr1_Exc_6 10706
vr2_Exc_6 -067177
vf_Exc_6 10497
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10854
vr2_Exc_7 -03191
vf_Exc_7 10637
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073425
vf_Exc_8 1028
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
150
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57296
tg2_Tg_2 57296
tg3_Tg_2 43545
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
151
tg3_Tg_10 19
vcs_Sssc_1 024834
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 23972
p_Syn_1 23972
q_Syn_1 128843
vf_Syn_2 098247
pm_Syn_2 137351
p_Syn_2 137349
q_Syn_2 178813
vf_Syn_3 09835
pm_Syn_3 155818
p_Syn_3 155818
q_Syn_3 187617
vf_Syn_4 099741
pm_Syn_4 151503
p_Syn_4 151503
q_Syn_4 95238
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 121778
p_Syn_5 121778
q_Syn_5 74705
vf_Syn_6 10497
pm_Syn_6 155819
p_Syn_6 155816
q_Syn_6 166126
152
vf_Syn_7 10637
pm_Syn_7 134243
p_Syn_7 134243
q_Syn_7 63977
vf_Syn_8 1028
pm_Syn_8 129449
p_Syn_8 129449
q_Syn_8 64436
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 198968
p_Syn_9 198968
q_Syn_9 113339
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 5993
p_Syn_10 5993
q_Syn_10 9148
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
153
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
v0_Sssc_1 024834
pref_Sssc_1 -65
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -30454 19186 005128 -003514
BUS01 BUS39 2 15227 -095928 000595 -023441
BUS01 BUS39 3 15227 -095928 000595 -023441
BUS02 BUS03 4 85484 71305 019364 20591
BUS02 BUS25 5 -56521 19983 030072 02429
BUS03 BUS04 6 16592 48844 005583 079567
BUS03 BUS18 7 -086611 013058 000137 -011907
BUS04 BUS05 8 -40971 039838 003086 043458
BUS04 BUS14 9 -60412 -063061 006702 10172
BUS05 BUS06 10 -114034 -15612 005995 075982
BUS05 BUS08 11 72754 19668 010307 13807
BUS06 BUS07 12 98009 356 014314 21465
BUS06 BUS11 13 -77454 -1037 009353 10297
BUS07 BUS08 14 41674 -055909 00177 017236
154
BUS08 BUS09 15 -093637 -42784 010612 14517
BUS09 BUS39 16 -10425 -57301 003733 -016642
BUS10 BUS11 17 79843 37573 005898 059683
BUS10 BUS13 18 75975 26941 004921 049144
BUS13 BUS14 19 74265 099622 010083 10471
BUS14 BUS15 20 12175 -16987 001532 -000336
BUS15 BUS16 21 -63125 -52883 011043 10493
BUS16 BUS17 22 53385 093664 003081 030328
BUS16 BUS19 23 -106504 -28279 028885 3285
BUS16 BUS21 24 -79033 -21786 007988 11662
BUS16 BUS24 25 -094316 -30262 000444 004057
BUS17 BUS18 26 46012 064426 002338 018941
BUS17 BUS27 27 07065 -001089 000102 -019408
BUS21 BUS22 28 -144177 -60454 02571 42727
BUS22 BUS23 29 090684 49468 001558 007174
BUS23 BUS24 30 84057 39679 021112 30663
BUS25 BUS26 31 16131 24983 003604 -004873
BUS26 BUS27 32 59739 2273 008058 068314
BUS26 BUS28 33 -32701 -010726 006433 013216
BUS26 BUS29 34 -4391 -001791 015431 089643
BUS28 BUS29 35 -81721 -088757 012378 11369
BUS02 BUS30 36 -5993 -71751 0 1973
BUS06 BUS31 37 -67594 -2422 0 64646
BUS06 BUS31 38 -67594 -2422 0 64646
BUS10 BUS32 39 -155818 -64515 0 123103
BUS12 BUS11 40 -008249 -098751 000391 010623
BUS12 BUS13 41 -011712 -1079 000469 012744
BUS19 BUS20 42 39856 -11624 001542 030405
BUS19 BUS33 43 -149249 -49505 022544 45733
155
BUS20 BUS34 44 -119985 -38853 017926 35853
BUS22 BUS35 45 -155816 -15265 0 13477
BUS23 BUS36 46 -133266 -10795 009776 53183
BUS25 BUS37 47 -128261 -18513 011877 45923
BUS29 BUS38 48 -194987 -35705 039812 77634
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 30966 -19537 005128 -003514
BUS39 BUS01 2 -15167 072488 000595 -023441
BUS39 BUS01 3 -15167 072488 000595 -023441
BUS03 BUS02 4 -83548 -50713 019364 20591
BUS25 BUS02 5 59528 -17554 030072 02429
BUS04 BUS03 6 -16034 -40887 005583 079567
BUS18 BUS03 7 086747 -024965 000137 -011907
BUS05 BUS04 8 4128 003621 003086 043458
BUS14 BUS04 9 61082 16479 006702 10172
BUS06 BUS05 10 114633 2321 005995 075982
BUS08 BUS05 11 -71723 -058609 010307 13807
BUS07 BUS06 12 -96578 -14135 014314 21465
BUS11 BUS06 13 78389 20668 009353 10297
BUS08 BUS07 14 -41497 073145 00177 017236
BUS09 BUS08 15 10425 57301 010612 14517
BUS39 BUS09 16 10798 55637 003733 -016642
BUS11 BUS10 17 -79253 -31605 005898 059683
BUS13 BUS10 18 -75483 -22027 004921 049144
156
BUS14 BUS13 19 -73257 005086 010083 10471
BUS15 BUS14 20 -12022 16953 001532 -000336
BUS16 BUS15 21 64229 63376 011043 10493
BUS17 BUS16 22 -53077 -063336 003081 030328
BUS19 BUS16 23 109393 61129 028885 3285
BUS21 BUS16 24 79832 33448 007988 11662
BUS24 BUS16 25 09476 30668 000444 004057
BUS18 BUS17 26 -45779 -045485 002338 018941
BUS27 BUS17 27 -070548 -018318 000102 -019408
BUS22 BUS21 28 146748 103181 02571 42727
BUS23 BUS22 29 -089126 -48751 001558 007174
BUS24 BUS23 30 -81946 -090159 021112 30663
BUS26 BUS25 31 -1577 -2547 003604 -004873
BUS27 BUS26 32 -58934 -15898 008058 068314
BUS28 BUS26 33 33345 023942 006433 013216
BUS29 BUS26 34 45453 091434 015431 089643
BUS29 BUS28 35 82958 20245 012378 11369
BUS30 BUS02 36 5993 9148 0 1973
BUS31 BUS06 37 67594 88866 0 64646
BUS31 BUS06 38 67594 88866 0 64646
BUS32 BUS10 39 155818 187617 0 123103
BUS11 BUS12 40 00864 10937 000391 010623
BUS13 BUS12 41 012181 12065 000469 012744
BUS20 BUS19 42 -39702 14665 001542 030405
BUS33 BUS19 43 151503 95238 022544 45733
BUS34 BUS20 44 121778 74705 017926 35853
BUS35 BUS22 45 155816 166126 0 13477
BUS36 BUS23 46 134243 63977 009776 53183
BUS37 BUS25 47 129449 64436 011877 45923
157
BUS38 BUS29 48 198968 113339 039812 77634
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1484574
REACTIVE POWER [pu] 1164575
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1444346
REACTIVE POWER [pu] 326439
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 40229
REACTIVE POWER [pu] 838136
Annexe B3 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du
SSSC agrave la linge 45 (Zone 3)
Les systegravemes FACTS (Flexible AC Transmission Systems) sont pressentis pour
lrsquoameacutelioration des performances des reacuteseaux eacutelectriques de transport et drsquointerconnexion De
nombreuses eacutetudes ont eacuteteacute faites sur ces systegravemes concernant lrsquoaugmentation de la vitesse de
controcircle des paramegravetres des lignes (tension impeacutedance et deacutephasage) Les compensations
shunt et seacuterie utilisant des systegravemes drsquoeacutelectronique de puissance sont des concepts FACTS et
permettent aux reacuteseaux drsquoecirctre plus flexibles La compensation shunt reacutealise de preacutefeacuterence le
support de la tension alors que la compensation seacuterie est employeacutee pour reacuteduire lrsquoimpeacutedance
des lignes et donc pour augmenter la capaciteacute de transfert de puissance ainsi que pour
ameacuteliorer la reacutepartition des transits de puissance dans le reacuteseau aussi bien que les stabiliteacutes
statiques et dynamiques
La contribution principale de ce meacutemoire est lrsquoimpact de deux systegravemes FACTS le
STATCOM (Compensateur Statique Synchrone) et le SSSC (Static Synchronous Series
Compensator) sur lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance pour un reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds
Mots cleacutes FACTS STATCOM SSSC effondrement de tension calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance
Reacutesumeacute
من لها لما الماضية القليلة السنوات خلال سريعا تطورا شهدت التي المجالات من ( FACTS ) المرنة النقل أنظمة
قدرة
سرعة وقد تم القيام بالعديد من الدراسات على هذه الأنظمة لزيادة الكهربائية تحسين أداء شبكات النقل على كبيرة
الممانعة وزاوية الطور( الجهدالسيطرة على معاملات الخطوط )
على SSSC و STATCOMنظمة النقل المرنة أنموذجان من تأثيرھو المذكرة ھذه في ساسىى الأالهد ف
القدرة قباستخدام تقنية الحساب المستمر لتدف توترمشكلة انهيار ال
القدرة قالحساب المستمر لتدف توترال انهيار STATCOM SSSCالمرنة النقل أنظمة ةمفتاحی كلمات
ملخص
Table des matiegraveres
Contexte de lrsquoeacutetude et eacutetat de lrsquoart
I1) Introduction 13
I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique 14
I21) De la centrale aux abonneacutes 14
I 3) Fonctionnement du reacuteseau eacutelectrique 16
I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectrique 16
I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie 17
I411) Reacuteseaux drsquoutilisation 17
I412) Reacuteseaux de distribution 18
I413) Reacuteseaux de reacutepartition 18
I414) Reacuteseaux de transport 18
I42) Topologie des reacuteseaux
I421) Reacuteseaux radiaux
I422) Reacuteseaux boucleacutes
I423) Reacuteseaux mailleacutes
18
18
19
20
Liste des figures 03
Liste des tableaux 05
Liste des acronymes 06
Liste des symboles 08
Introduction geacuteneacuterale 09
Table des matiegraveres
Chapitre I
I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques 20
I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du
Maghreb Arabe
21
I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique 22
I61) Qualiteacute de la tension 22
I611) Amplitude 22
I612) Freacutequence 23
I613) Forme Drsquoonde 23
I614) Symeacutetrie 23
I62) Qualiteacute du courant 23
I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique 24
I71) Classification des perturbations eacutelectriques 24
I711) Creux de tension et coupures 24
a) Origines de creux de tension et coupures 25
I712) Harmonique 26
a) Inters harmoniques 26
b) Infra-harmoniques 26
c) Conseacutequences des harmoniques 26
d) Les principales sources drsquoharmoniques 26
I713) Surtensions 27
a) Origine ou causes des surtensions 28
I714) Variations et fluctuations de tension 28
a) Origines des variations et fluctuations de tension 28
I715) Deacuteseacutequilibres 29
a) Origines de Deacuteseacutequilibres 29
I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations 29
I72) Le system de protection 30
I8) La Stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31
I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31
I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 31
I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire) 32
I8211) Stabiliteacute Angulaire Aux Petites Perturbations 33
I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
transitoire
34
I822) Stabiliteacute de la freacutequence 35
I823) Stabiliteacute de tension 35
I8231) Instabiliteacute de la tension 35
I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension 36
I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites
perturbations
36
I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes
perturbations
36
I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension 36
I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation 37
I92) Charge appeleacutee trop importante 37
I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport 37
I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 38
I11) Conclusion 40
Le concept des FACTS
II1) Introduction 42
II2) Le concept FACTS 42
II21) Fonctionnement des FACTS
II22) Contexte algeacuterien
44
45
II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS 47
II3) Les dispositifs FACTS 47
II4) Classification des dispositifs FACTS 48
II41) Classification selon la geacuteneacuteration 48
II411) Geacuteneacuteration I 48
II412) Geacuteneacuteration II 48
II413) Geacuteneacuteration III 48
II42) Classification selon la cateacutegorie 48
II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS 49
a) Dispositifs FACTS Shunt 49
Compensateur statique de puissance reacuteactive (SVC) 49
Compensateur statique synchrone ( STATCOM) 49
Geacuteneacuterateur statique synchrone (SSG) 49
Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (SVG) 50
Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (SVS) 50
Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (TCBR) 50
b) Dispositifs FACTS seacuteries 51
Controcircleur de transit de puissance entre lignes (IPFC) 51
Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (TCSC) 51
Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (TSSC) 51
Chapitre II
Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (TCSR) 51
Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (TSSR) 52
Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (SSSC) 52
c) Dispositifs FACTS hybrides 52
Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (UPFC) 52
Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (TCPST) 52
Reacutegulateur de puissance interphases (IPC) 52
d) Autres dispositifs FACTS 53
Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVL) 53
Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVR) 53
II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors 54
Compensateur synchrone statique(STATCOM) 54
Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC) 58
II6) Coucirct des dispositifs FACTS 62
II7) Synthegravese des dispositifs FACTS 63
II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie des
dispositifs FACTS
63
II9) Conclusion 64
Modeacutelisation du systegraveme eacutetudieacute de la charge au reacuteseau complet
III1) Introduction 67
III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS 67
III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs 67
III22) Modegraveles des charges 69
III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt 69
III24) Modegraveles de la ligne 70
Chapitre III
III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques 71
III26) Modegraveles du transformateur 72
III27) Modeacutelisation de la machine synchrone 73
III28) Modeacutelisation du STATCOM 74
III29) Modeacutelisation du SSSC 75
III3) Conclusion 78
IV1) Introduction 80
IV2) Outils de simulation 81
IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 82
IV31) Facteur de charger et les directions de puissance 83
IV32) Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance 84
IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE39 nœuds 87
IV41) Preacutesentation du reacuteseau 87
IV5) Emplacement du STATCOM 91
IV51) Impact du STATCOM 92
IV511) Profils des tensions et les pertes de puissance dans le
systegraveme
94
IV512) Synthegravese 98
IV6) Emplacement du SSSC 99
IV61) Impact du SSSC 100
IV611) SSSC inseacutereacute sur la linge 45 103
IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 104
IV613) Synthegravese 106
IV7) Conclusion 107
Chapitre IV
Ameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau de transport par les FACTS
Conclusion geacuteneacuterale 109
Bibliographies 112
Annexes 116
Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique 14
Figure I2 Reacuteseaux publique 15
Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique 17
Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial 19
Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute 19
Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute 20
Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension 24
Figure I8 Paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12) 25
Figure I9 Harmoniques 27
Figure I10 Exemple de surtension 27
Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension 28
Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension 29
Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques 30
Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique 32
Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps 34
Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 39
Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif 43
Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar 46
Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie 47
Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie 48
Figure II5 Classification des dispositifs FACTS 54
Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM 55
Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM 56
Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM 57
Liste des figures
Figure II9 Scheacutema de base du SSSC 58
Figure II10
Figure II11
Figure II12
Figure II13
Caracteacuteristique statiques du SSSC
Principe de fonctionnement de SSSC
Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple
Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du
SSSC
59
60
61
61
Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur 68
Figure III2 Modegravele des charges 69
Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt 70
Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport 70
Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur 72
Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone 73
Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM 74
Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation 76
Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT 82
Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink 82
Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas preacutedicteur) 85
Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas correcteur) 86
Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas correcteur obtenu
par les moyens de la parameacutetrisation locale
87
Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds 88
Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds 89
Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS 90
Figure IV9 Profile de tension du reacuteseau IEEE 39-nœuds 91
Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone 91
Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1 du systegraveme (eacutetat de base) 92
Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme (eacutetat de base) 92
Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de base 92
Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8 94
Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8 94
Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 8 95
Figure IV17 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 8 95
Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM 95
Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 03 96
Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 15 96
Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 15 97
Figure IV23 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV24 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV25 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 15 98
Figure IV26 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 15 98
Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents
emplacements du STATCOM
98
Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du
STATCOM
99
Figure IV29 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement 100
Figure IV30 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement 100
Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge15 102
Figure IV35 Profils de pertes de puissance actives avec SSSC sur la ligne 15 102
Figure IV36 Profils de pertes de puissance reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15 102
Figure IV37 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103
Figure IV38 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103
Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge 45 104
Figure IV41 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV42 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge48 105
Figure IV45 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV46 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC 106
Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents emplacements du
SSSC
106
Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS 62
Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS 63
Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme 72
Liste des tableaux
kV Kilovolt
Hz Hertz
THT Tregraves haute tension
UHT Ultra haute tension
Km Kilomegravetre
HTB Haute tension
RTE Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute
HTA Moyenne tension
BT Basse tension
SDO Socieacuteteacute de distribution de lrsquoouest
UMA Union du Maghreb Arabe
ONE Office National Marocain de lrsquoElectriciteacute
STEG Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz
Comelec Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute
IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Eacutelectriciteacute et en Eacutelectronique
CEI Commission eacutelectrotechnique internationale
119880119903119890119891 Tension de reacutefeacuterence
ms Mili-seconde
rms Root means square
pu Systegraveme de valeur relative (Per unit )
CPF Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance
GW Geacutegawatts
PSAT Power System Analysis Toolbox
AC Alternative Current (Courant altenatif)
IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Electriciteacute et en Electronique
Liste des acronymes
∆U Diffeacuterence de tension
∆T Diffeacuterence de temps
FACTS Flexible Alternating Current Transmission System
STATCOM Compensateur Statique Synchrone
SSSC
GTO
Compensateur Statique seacuterie synchrone
Gate Turn Off
119881119904 Tension de la source
119881119903 Tension de la charge
119868119898119886119909 Courant maximal
119868119898119894119899 Courant minimal
MLI Modulation par largeur dimpulsion
119881119904ℎ Tension (shunt) injecteacutee par le STATCOM
119876119904ℎ Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le STATCOM
119876119903 Puissance reacuteactive demandeacutee par la charge
119868119904ℎ Courant (shunt) injecteacute par le STATCOM
119881119904119890 Tension (seacuterie) injecteacute par le SSSC
119883119897 Reacuteactance de la ligne de transport
X Reacuteactance totale du reacuteseau
119883119890119891119891 Reacuteactance effective
V Tension de source
B Susceptance
119883119886 Reacuteactance seacuterie limitant les transitoires
119868119902 Composante du courant de la ligne sur lrsquoaxe q
119868prime119902 Composante du courant fourni par le compensateur shunt sur lrsquoaxe q
119881119904119902 Composante de la tension de la source sur lrsquoaxe q
119883119894 Angle de commutation
119868119897 Courant de ligne
λ Facteur de charge
Liste des symboles
Introduction geacuteneacuterale
INTRODUCTION GENERALE
9
Aujourdrsquohui la consommation de leacutenergie eacutelectrique et le sceacutenario des systegravemes
dalimentation est hautement complexe et interconnecteacute il y a un grand besoin
dameacuteliorer lutilisation deacutenergie eacutelectrique tout en conservant sa fiabiliteacute et sa seacutecuriteacute
Lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecoulement de puissance et la stabiliteacute dans le langage du systegraveme
eacutelectrique est la solution de leacutetat deacutequilibre des reacuteseaux Habituellement une centrale nest
pas situeacutee agrave proximiteacute du centre de charge mais elle peut ecirctre loin du centre de distribution
en raison de circonstances diverses Pour reacutepondre agrave la demande de puissance sans
cesse croissante les services publics preacutefegraverent sappuyer sur la production de
leacutelectriciteacute deacutejagrave existante au lieu de construire de nouvelles lignes de transmission qui
sont limiteacutees par des contraintes diverses
Les reacuteseaux eacutelectriques jusquagrave ces derniegraveres anneacutees sont controcircleacutes
meacutecaniquement malgreacute lutilisation de la microeacutelectronique des ordinateurs et des
moyens rapides de teacuteleacutecommunication dans le controcircle des reacuteseaux la derniegravere action dans
ces systegravemes de commande est prise avec des dispositifs meacutecaniques ayant un temps
de reacuteponse plus au moins long et avec lesquels laction damorccedilage et de reacuteamorccedilage
ne peut ecirctre reacutepeacutetitivement exeacutecuteacute agrave une freacutequence eacuteleveacutee
Les eacuteleacutements proposeacutes qui permettent drsquoameacuteliorer les systegravemes sont les dispositifs
FACTS laquo Flexible Alternating Current Transmission System raquo Les dispositifs FACTS font
en geacuteneacuteral appel agrave leacutelectronique de puissance des microprocesseurs de lautomatique des
teacuteleacutecommunications et des logiciels pour parvenir agrave controcircler les systegravemes de puissance Ce
sont des eacuteleacutements de reacuteponse rapide Ils donnent en principe un controcircle plus souple
de leacutecoulement de puissance Ils donnent aussi la possibiliteacute de charger les lignes de transit
agrave des valeurs pregraves de leur limite thermique et augmentent la capaciteacute de transfegravere de la
puissance dune reacutegion agrave une autre Ils Limitent aussi les effets des deacutefauts et
des deacutefaillances de leacutequipement et stabilisent le comportement du reacuteseau eacutelectrique
Lrsquoeacutetude du comportement de la tension dans les reacuteseaux eacutelectriques est devenue une
preacuteoccupation majeure des exploitants et planificateurs de ces systegravemes En fait plusieurs
incidents geacuteneacuteraliseacutes survenus dans le monde ont eacuteteacute associeacutes agrave des instabiliteacutes de tension Ce
mode drsquoinstabiliteacute nrsquoest pas encore bien maicirctriseacute compareacute au mode drsquoinstabiliteacute angulaire
(dynamique et transitoire) En effet le meacutecanisme causant lrsquoinstabiliteacute de tension semble lrsquoun
des plus importants problegravemes agrave clarifier Aujourdrsquohui encore il nrsquoy a pas une theacuteorie
INTRODUCTION GENERALE
10
disponible et largement accepteacutee pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension Les problegravemes lieacutes agrave
ce type drsquoinstabiliteacute constituent alors dans plusieurs pays un axe de recherche tregraves important
Des releveacutes sur les incidents survenus durant les derniegraveres deacutecennies ont montreacute que
lrsquoeffondrement de tension intervient geacuteneacuteralement suite agrave une perturbation majeure ou agrave une
augmentation importante de la charge sur un reacuteseau eacutelectrique soumis agrave de fortes contraintes
Ce reacuteseau srsquoaffaiblit et sa consommation reacuteactive srsquoaccroicirct Le pheacutenomegravene est alors
caracteacuteriseacute par une baisse progressive de la tension dans une ou plusieurs reacutegions
consommatrices et qui va en srsquoacceacuteleacuterant au bout de quelques minutes La deacutegradation de la
tension au niveau des charges est alors telle qursquoelle entraicircne des interruptions de service dont
les causes directes peuvent ecirctre
- Manque de tension
- Augmentation des pertes reacuteactive du reacuteseau
La deacutefaillance du reacuteglage de la tension au niveau des bornes des groupes a pour
conseacutequence une acceacuteleacuteration de la deacutegradation du plan de la tension qui peut aller jusqursquoagrave
des deacuteclenchements en cascade de groupes et de lignes et un effondrement geacuteneacuteral du reacuteseau
Dans cette situation les moyens classiques de controcircle des reacuteseaux (transformateur agrave
prises reacuteglables en charge transformateurs deacutephaseurs compensateurs seacuterie ou parallegravele
commuteacutes par disjoncteurs modification des consignes de production changement de
topologie du reacuteseau et action sur lexcitation des geacuteneacuterateurs) pourraient dans lavenir saveacuterer
trop lents et insuffisants pour reacutepondre efficacement aux problegravemes drsquoinstabiliteacute du reacuteseau
compte tenu notamment des nouvelles contraintes Il faudra donc compleacuteter leur action en
mettant en œuvre des dispositifs eacutelectroniques de puissance ayant des temps de reacuteponse
courts qui sont les FACTS
Le maintien de lrsquoeacutequilibre entre la production et la consommation neacutecessite alors une
surveillance permanente du systegraveme afin drsquoassurer la qualiteacute du service (problegraveme de
conduite) garantir sa seacutecuriteacute (problegraveme de protection) et sa stabiliteacute (problegraveme de reacuteglage)
Ainsi le premier chapitre de ce meacutemoire est consacreacute agrave une introduction geacuteneacuterale aux
problegravemes que rencontrent actuellement les reacuteseaux eacutelectriques Nous preacutesenterons ensuite La
INTRODUCTION GENERALE
11
stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
Dans le deuxiegraveme chapitre nous preacutesenterons le concept FACTS et plus
particuliegraverement le contexte Algeacuterien ainsi la conception et le principe de fonctionnement de
deux systegravemes FACTS qui seront retenus pour la suite de cette eacutetude
Dans le troisiegraveme chapitre nous preacutesenterons la modeacutelisation de deux systegravemes FACTS
qui sont retenus pour la simulation La modeacutelisation des eacuteleacutements des reacuteseaux sera eacutegalement
eacutevoqueacutee
Le chapitre quatre preacutesentera les reacutesultats des simulations lors de lrsquoeffondrement de
tension Ces tests concernent lrsquoimpact des dispositifs FACTS sur le pheacutenomegravene de
lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de
puissance (CPF) Nous utiliserons pour cela le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds
Lorsque tout ce qui preacutecegravede aura eacuteteacute exposeacute il ne nous restera plus qursquoagrave conclure et agrave
proposer des perspectives drsquoeacutetudes futures permettant de compleacuteter le travail reacutealiseacute tout au
long de ce meacutemoire
12
Chapitre 1
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
13
CHAPITRE I
I1) Introduction
Lrsquoeacutenergie eacutelectrique est la forme drsquoeacutenergie la plus largement reacutepandue car elle est
facilement transportable avec un rendement eacuteleveacute et un coucirct raisonnable Un reacuteseau eacutelectrique
est un ensemble dinfrastructures dont le but est dacheminer de leacutenergie eacutelectrique agrave partir de
centres de production vers les consommateurs deacutelectriciteacute (charge) Le premier reacuteseau
eacutelectrique a vu le jour aux Etats Unis en 1882 et a eacuteteacute conccedilu par Thomas
Edison Crsquoeacutetait un reacuteseau local agrave courant continu et servait agrave assurer lrsquoeacuteclairage de la reacutegion de
Manhattan La distribution de lrsquoeacutenergie eacutetait assureacutee par des cacircbles souterrains
Avec lrsquoinvention du transformateur par William Stanley en 1885 et celle du moteur agrave
courant alternatif par Nikola Tesla en 1888 les reacuteseaux agrave courant alternatif commencegraverent agrave
prendre le pas sur les reacuteseaux agrave courant continu du fait qursquoil eacutetait devenu possible drsquoacheminer
plus de puissance sur de plus grandes distances gracircce agrave des niveaux de tension plus eacuteleveacutes
Un autre avantage non neacutegligeable du courant alternatif est la suppression du collecteur
donc des problegravemes de commutation dans les alternateurs ce qui a permis de construire des
alternateurs de grande puissance agrave moyenne tension Les reacuteseaux eacutetaient drsquoabord monophaseacutes
puis triphaseacutes (23 kV en 1893) et agrave diffeacuterentes freacutequences (28Hz agrave 133Hz) Progressivement
la neacutecessiteacute de mise en fonctionnement en parallegravele et drsquointerconnexion des diffeacuterents reacuteseaux
a conduit agrave la standardisation de la freacutequence
60 Hz aux Etats Unis et au Canada
50 Hz pour la majoriteacute des pays en Afrique Asie et Europe
Les niveaux de tensions ont eux aussi eacutevolueacute graduellement jusqursquoagrave atteindre
aujourdrsquohui lrsquoUltra Haute tension 765 kV en service aux Etats Unis et ce depuis 1969Le
transport drsquoeacutenergie eacutelectrique sur de tregraves grandes distances est devenu plus avantageux en
courant continu qursquoen alternatif et ce gracircce au deacuteveloppement de lrsquoeacutelectronique de puissance
Ainsi il est plus eacuteconomique de convertir la THT ou UHT de lrsquoalternatif au continu de
transporter lrsquoeacutenergie eacutelectrique agrave lrsquoaide de deux lignes et de la reconvertir agrave lrsquoautre extreacutemiteacute
Des eacutetudes ont montreacute qursquoil eacutetait avantageux de recourir au courant continu lorsqursquoil
srsquoagissait de transporter de lrsquoeacutenergie eacutelectrique sur des distances supeacuterieures ou eacutegales agrave 500
km
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
14
CHAPITRE I
Lrsquoaccroissement eacutenorme de la demande de lrsquoeacutenergie eacutelectrique et les contraintes
eacuteconomiques de construire de nouveaux ouvrages conduisent agrave lrsquoexploitation des reacuteseaux
eacutelectriques preacutes de leurs limites de stabiliteacute et de seacutecuriteacute En effet lrsquoinstabiliteacute des reacuteseaux
eacutelectriques preacutesente un problegraveme majeur dans le bon fonctionnement de ces derniers autour du
monde Les perturbations ineacutevitables telles que les courts circuits les indisponibiliteacutes
momentaneacutees des lignes de transmission des geacuteneacuterateurs les transformateurs ainsi que les
pertes dans les lignes peuvent affecter le reacuteseau eacutelectrique agrave tout instant et lrsquoamener en dehors
de sa zone de stabiliteacute La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique est donc la proprieacuteteacute qui lui permet
de rester dans un eacutetat drsquoeacutequilibre pour des conditions de fonctionnement normales et de
retrouver un eacutetat drsquoeacutequilibre acceptable suite agrave une perturbation
I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique
Les reacuteseaux eacutelectriques (transport et distribution) ont pour rocircle drsquoacheminer lrsquoeacutenergie
des sites de production vers les lieux de consommation avec des eacutetapes de baisse du niveau
de tension dans des postes de transformation
Les reacuteseaux eacutelectriques ont pour fonction dinterconnecter les centres
de production tels que les centrales hydrauliques thermiquesetc avec les centres de
consommation (villes usines) [1]
I21) De la centrale aux abonneacutes
La tension agrave la sortie des grandes centrales est porteacutee agrave 400 000 volts (ou 400 kV) pour
limiter les pertes drsquoeacutenergies sous forme de chaleur dans les cacircbles des lignes eacutelectriques de
transport (ce sont les pertes par laquo effets de joule raquo) Ensuite la tension est progressivement
reacuteduite au plus preacutes de la consommation pour arriver aux diffeacuterents niveaux de tension
auxquels sont raccordeacutes les consommateurs (figure I1)
Centrale
De
Production
Poste de
Transformation
THT HT
Poste de
Transformation
MT BT
Poste de
Transformation
HT HT
Abonneacutes HT Abonneacutes BT Abonneacutes MT
Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique
Poste de
Transformation
HTMT
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
15
CHAPITRE I
Les reacuteseaux publics drsquoeacutelectriciteacute (figure I2) sont constitueacutes drsquoun ensemble de
conducteurs et de postes eacutelectriques permettant drsquoacheminer lrsquoeacutenergie depuis les installations
de production jusqursquoaux installations de consommation
Les conducteurs sont les lignes aeacuteriennes ou les cacircbles souterrains (ou les cacircblages
courant en faccedilades drsquoimmeubles) desservant le territoire selon un scheacutema mailleacute ou
arborescent Pour des raisons tenant agrave des calculs technico-eacuteconomiques ils sont exploiteacutes agrave
diffeacuterents niveaux de tension
Les postes eacutelectriques sont situeacutes aux nœuds du maillage ou de lrsquoarborescence des
conducteurs Ils accueillent les transformateurs (pour le changement de niveau de tension) les
organes drsquoaiguillage et de manœuvre des flux et les eacutequipements de surveillance et de seacutecuriteacute
du reacuteseau [2]
Le but premier dun reacuteseau deacutenergie est de pouvoir alimenter la demande des
consommateurs Comme on ne peut encore stocker eacuteconomiquement et en grande quantiteacute
leacutenergie eacutelectrique il faut pouvoir maintenir en permanence leacutegaliteacute [3]
(I1)
Figure I2 Reacuteseaux publiques
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
16
CHAPITRE I
Le reacuteseau eacutelectrique est exploiteacute de maniegravere agrave assurer trois principaux objectifs
bull La distribution drsquoeacutelectriciteacute doit pouvoir ecirctre garantie et ce malgreacute les aleacuteas du reacuteseau
En effet celle-ci est un enjeu agrave la fois financier et de seacutecuriteacute pour les biens mateacuteriels
et des personnes Ainsi lrsquoopeacuterateur du reacuteseau doit ecirctre capable de faire face agrave ces aleacuteas
et drsquoeacuteviter les deacutegacircts potentiels ainsi que leurs propagations Cet enjeu de sucircreteacute de
fonctionnement en reacutegime normal et en reacutegime perturbeacute est un des premiers objectifs
bull Lrsquoonde de tension fait lrsquoobjet drsquoengagement contractuel que lrsquoopeacuterateur se doit de
ternir en respectant une regravegle drsquoeacutegaliteacute cest-agrave-dire une impartialiteacute entre clients en
conservant une continuiteacute de service maximale
bull Le dernier objectif drsquoexploitation est un objectif eacuteconomique lrsquoexploitation doit ecirctre
meneacutee de maniegravere optimale dans le but de reacuteduire les pertes ainsi que les coucircts de
maintenance et drsquoinvestissement Drsquoautre part lrsquoexploitation doit favoriser lrsquoouverture
du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute
I 3) Fonctionnent du reacuteseau eacutelectrique
Lrsquoeacutelectriciteacute produite par les centrales est drsquoabord achemineacutee sur de longues distances
dans des lignes agrave haute tension (HTB) geacutereacutees par RTE (Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute)
Elle est ensuite transformeacutee en eacutelectriciteacute agrave la tension HTA pour pouvoir ecirctre
achemineacutee par le reacuteseau de distribution Cette transformation intervient dans les postes
sources
Une fois sur le reacuteseau de distribution lrsquoeacutelectriciteacute haute tension HTA alimente
directement les clients industriels Pour les autres clients (particuliers commerccedilants
artisans) elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation avant
drsquoecirctre livreacutee
Au final la qualiteacute de lrsquoalimentation en eacutelectriciteacute des utilisateurs du reacuteseau est donc le
reacutesultat de la qualiteacute de tout ce parcours [4]
I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectriques
Dans les pays doteacutes drsquoun systegraveme eacutelectrique eacutelaboreacute le reacuteseau est structureacute en plusieurs
niveaux assurant des fonctions speacutecifiques propres et caracteacuteriseacutes par des tensions adapteacutees agrave
ces fonctions
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
17
CHAPITRE I
Traditionnellement les reacuteseaux eacutelectriques sont deacutecomposeacutes en trois sous-systegravemes la
geacuteneacuteration le transport et la distribution (figure I3) Chaque sous-systegraveme est relieacute par des
postes sources chargeacutes de lrsquoadeacutequation des niveaux de tension
Dans le contexte de ce paragraphe nous allons preacutesenter la structure et la topologie du
reacuteseau eacutelectrique Algeacuterien (les informations des paragraphes ci ndashdessous sont prises lors drsquoun
stage effectueacute agrave la SDO
I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie
I411) Reacuteseaux drsquoutilisation
Ces sont les reacuteseaux de basse tension (BT) qui alimentent les maisons lrsquoeacuteclairage
public les moteurs et les appareils domestiques Ce type de reacuteseau eacutelectrique doit preacutesenter
une continuiteacute de service permanente Geacuteneacuteralement la gamme de tension est de 220 volts agrave
380 volts
Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
18
CHAPITRE I
I412) Reacuteseaux de distribution
Ce sont les reacuteseaux de moyenne tension (MT) qui fournissent aux reacuteseaux
drsquoutilisation les puissances neacutecessaires demandeacutees Ils doivent observer des distances limiteacutees
de voisinage crsquoest pour cela que ces reacuteseaux se reacutealisent en souterrain dans les villes (En
Algeacuterie le niveau de tension de distribution de lrsquoeacutenergie est fixeacute agrave 10 kV)
I413) Reacuteseaux de reacutepartition
Ce sont les reacuteseaux HTMT (3010 kV) ils fournissent les puissances neacutecessaires
aux reacuteseaux de distribution relieacutes entre eux ils facilitent le secours mutuel entre reacutegions
I414) Reacuteseaux de transport
Ils assurent lrsquoalimentation de lrsquoensemble du territoire national gracircce agrave des
transits de puissances importantes et de tensions qui sont de 60 220 et 400 kV
I42) Topologie des reacuteseaux
Les reacuteseaux doivent assurer le transit de lrsquoeacutenergie eacutelectrique avec une seacutecuriteacute
suffisante cette seacutecuriteacute drsquoalimentation est augmenteacutee soit
Par les lignes aux appareillages plus solides
Par des circuits plus nombreux
I421) Reacuteseaux radiaux
Le principe de fonctionnement de reacuteseau radial est agrave une seule voie drsquoalimentation Ceci
signifie que tout point de consommation sur une telle structure ne peut ecirctre alimenteacute que par
un seul chemin eacutelectrique possible Il est de type arborescent Cette arborescence se deacuteroule agrave
partir des points drsquoalimentation qui sont constitueacutes par les postes de distribution publique
HTBHTA ou HTAHTA (reacutepartition) Ce scheacutema (figure I4) est particuliegraverement utiliseacute pour
la distribution de la MT en milieu rural En effet il permet facilement et agrave un moindre coucirct
drsquoacceacuteder agrave des points de consommation de faible densiteacute de charge (gtgt10 kVA) et largement
reacutepartis geacuteographiquement (gtgt 100 km2)
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
19
CHAPITRE I
I422) Reacuteseaux boucleacutes
Cette topologie (Figure I5) est surtout utiliseacutee dans les reacuteseaux de reacutepartition et
distribution MT Les postes de reacutepartition HT ou MT alimenteacutes agrave partir du reacuteseau THT sont
relieacutes entre eux pour former des boucles ceci dans le but drsquoaugmenter la disponibiliteacute
Cependant il faut noter que les reacuteseaux MT ne sont pas forcement boucleacutes [23]
1 Source
2 Poste MTHT
3 Poste MTBT
4 Consommateur
Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute
Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
20
CHAPITRE I
I423) Reacuteseaux mailleacutes
Cette topologie (Figure I6) est presque la norme pour les reacuteseaux de transport Tous les
centres de production sont lieacutes entre eux par des lignes THT au niveau des postes
drsquointerconnexion ce qui forme un maillage Cette structure permet une meilleure fiabiliteacute
mais neacutecessite une surveillance agrave lrsquoeacutechelle nationale voire continentale
On obtient ainsi une meilleure seacutecuriteacute mais agrave un prix plus chers [5]
I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques [6]
Lrsquointerconnexion entre les reacuteseaux de transport drsquoeacutelectriciteacute sert agrave faire passer lrsquoeacutenergie
drsquoun pays agrave un autre Leur rocircle premier est de permettre drsquoassurer la distribution drsquoeacutelectriciteacute
en cas de deacutefaillance soudaine sur le reacuteseau national en faisant appel agrave lrsquoeacutenergie produite et
transporteacutee par les pays voisins
Lrsquointerconnexion des reacuteseaux permet de rendre solidaires les pays voisins et de
diversifier les sources de production Ce foisonnement renforce la seacutecuriteacute
drsquoapprovisionnement et diminue le risque de panne geacuteneacuteraliseacutee
Les infrastructures existantes doivent ecirctre adapteacutees afin drsquoacheminer lrsquoeacutenergie
produite par les nouvelles sources renouvelables
Les infrastructures eacutenergeacutetiques doivent permettre en augmentant les eacutechanges
interreacutegionaux de favoriser la concurrence et drsquoameacuteliorer le fonctionnement du marcheacute
Source 1 Source 2 Source 3 Source 4
Source 5 Source 6
Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
21
CHAPITRE I
I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du Maghreb Arabe
Degraves le mois de juin 1974 bien avant la constitution de lrsquoUnion du Maghreb Arabe
(UMA) en 1989 les entreprises publiques drsquoeacutelectriciteacute des trois pays lrsquoOffice National
Marocain de lrsquoElectriciteacute (ONE) la Socieacuteteacute Nationale Algeacuterienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz
(SONELGAZ) la Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz (STEG) ont deacutecideacute la creacuteation
du Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute (Comelec) immeacutediatement enteacuterineacutee par le Conseil
Permanent Consultatif Maghreacutebin (CPCM) qui regroupe les ministres de lrsquoEconomie des trois
pays
Les compagnies des deux autres pays ont rejoint le Comiteacute Sonelec (Mauritanie) en
1975 et Gecol (Libye) en 1989 apregraves la constitution de lrsquoUMA formant ainsi le groupe
speacutecialiseacute le plus ancien de lrsquoUnion dont les missions consistent agrave promouvoir et coordonner
agrave lrsquoeacutechelle maghreacutebine et vis agrave vis des institutions internationales les relations sur le plan
technique eacuteconomique commercial industriel du management de la formation et des
relations sociales Dans ce cadre des actions concregravetes et efficaces ont eacuteteacute conduites en
commun
bull Renforcement des lignes drsquointerconnexion et deacuteveloppement des eacutechanges eacutelectriques
avec pour finaliteacute drsquoassurer une solidariteacute des reacuteseaux tout en eacutevitant les risques de
propagation drsquoincidents graves
bull Programmes drsquoeacutequipement et eacutetude de projets communs diffusion drsquoun scheacutema
directeur agrave long terme du reacuteseau maghreacutebin projets de station de pompage ou mecircme de
centrale nucleacuteaire
bull Elaboration et mise agrave jour permanente drsquoune carte du reacuteseau eacutelectrique maghreacutebin y
compris le reacuteseau de distribution impliquant lrsquoalimentation des villages frontaliers agrave partir du
reacuteseau le plus proche et dans les conditions technico - eacuteconomiques les plus favorables la
premiegravere action et probablement la plus symbolique a eacuteteacute lrsquoalimentation du village tunisien
martyre de Sakiet Sidi Youcef agrave partir du reacuteseau algeacuterien ou du village marocain de Figuig agrave
partir du reacuteseau algeacuterien agrave Beni Ounif
bull Utilisation commune des structures de formation eacutelectriques et gaziegraveres
bull Promotion de lrsquointeacutegration industrielle maghreacutebine de lrsquointervention des bureaux
drsquoeacutetudes et entreprises de travaux et de fabrication de mateacuteriel eacutelectrique du Maghreb agrave
travers notamment le renforcement de la fonction engineering [7]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
22
CHAPITRE I
I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique
La qualiteacute de cette eacutenergie deacutepend de celle de la tension aux points de raccordement
toutefois cette tension subit geacuteneacuteralement beaucoup de perturbations de deux origines
distinctes drsquoune part les perturbations de courant causeacutees par le passage dans les reacuteseaux
eacutelectriques des courants perturbateurs comme les courants harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et
reacuteactifs et drsquoautre part les perturbations de tension causeacutees par des tensions perturbatrices
comme les tensions harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et les creux de tension [8]
La qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique est consideacutereacutee comme une combinaison de la qualiteacute
de la tension et de la qualiteacute du courant Nous allons donc deacutefinir ces deux notions dans la
suite de ce paragraphe
I61) Qualiteacute de la tension
Dans la pratique lrsquoeacutenergie eacutelectrique distribueacutee se preacutesente sous la forme drsquoun ensemble
de tensions constituant un systegraveme alternatif triphaseacute qui possegravede quatre caracteacuteristiques
principales amplitude freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie [9]
I611) Amplitude
Lrsquoamplitude de la tension est un facteur crucial pour la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute Elle
constitue en geacuteneacuteral le premier engagement contractuel du distributeur drsquoeacutenergie
Habituellement lrsquoamplitude de la tension doit ecirctre maintenue dans un intervalle de plusmn 10
autour de la valeur nominale
Dans le cas ideacuteal les trois tensions ont la mecircme amplitude qui est une constante
Cependant plusieurs pheacutenomegravenes perturbateurs peuvent affecter lrsquoamplitude des tensions En
fonction de la variation de lrsquoamplitude on distingue deux grandes familles de perturbations
- Les creux de tension coupures et surtensions Ces perturbations se caracteacuterisent par des
variations importantes de lrsquoamplitude Elles ont pour principale origine des courts-circuits et
peuvent avoir des conseacutequences importantes pour les eacutequipements eacutelectriques
- Les variations de tension Ces perturbations se caracteacuterisent par des variations de
lrsquoamplitude de la tension infeacuterieure agrave 10 de sa valeur nominale Elles sont geacuteneacuteralement
dues agrave des charges fluctuantes ou des modifications de la configuration du reacuteseau
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
23
CHAPITRE I
I612) Freacutequence
Dans le cas ideacuteal les trois tensions sont alternatives et sinusoiumldales drsquoune freacutequence
constante de 50 ou 60 Hz selon le pays Des variations de freacutequence peuvent ecirctre provoqueacutees
par des pertes importantes de production de lrsquoicirclotage drsquoun groupe sur ses auxiliaires ou son
passage en reacuteseau seacutepareacute ou drsquoun deacutefaut dont la chute de tension reacutesultante entraicircne une
reacuteduction de la charge [9]
I613) Forme drsquoonde
La forme drsquoonde des trois tensions formant un systegraveme triphaseacute doit ecirctre la plus proche
possible drsquoune sinusoiumlde En cas de perturbations au niveau de la forme drsquoonde la tension
nrsquoest plus sinusoiumldale et peut en geacuteneacuteral ecirctre consideacutereacutee comme une onde fondamentale agrave
50Hz associeacutee agrave des ondes de freacutequences supeacuterieures ou infeacuterieures agrave 50 Hz appeleacutees
eacutegalement harmoniques Les tensions peuvent eacutegalement contenir des signaux permanents
mais non-peacuteriodiques alors deacutenommeacutes bruits
I614) Symeacutetrie
La symeacutetrie drsquoun systegraveme triphaseacute se caracteacuterise par lrsquoeacutegaliteacute des modules des trois
tensions et celle de leurs deacutephasages relatifs La dissymeacutetrie de tels systegravemes est
communeacutement appeleacute deacuteseacutequilibre [9]
I62) Qualiteacute du courant
La qualiteacute du courant est relative agrave une deacuterive des courants de leur forme ideacuteale et se
caracteacuterise de la mecircme maniegravere que pour les tensions par quatre paramegravetres amplitude
freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie Dans le cas ideacuteal les trois courants sont drsquoamplitude et
de freacutequence constantes deacutephaseacutes de 2π3 radians entre eux et de forme purement
sinusoiumldale
Le terme laquo qualiteacute du courant raquo est rarement utiliseacute car la qualiteacute du courant est
eacutetroitement lieacutee agrave la qualiteacute de la tension et la nature des charges Pour cette raison laquo la
qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique raquo est souvent reacuteduite agrave laquo la qualiteacute de la tension raquo [10]
Crsquoest lrsquoobjectif de ce meacutemoire ougrave le terme de laquo qualiteacute de lrsquoeacutenergie raquo srsquoapplique
uniquement agrave celle de la tension [13]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
24
CHAPITRE I
I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique
Le reacuteseau eacutelectrique peut ecirctre soumis agrave de multiples perturbations Ces deacutefauts qui
peuvent ecirctre mesureacutes gracircce agrave lrsquoutilisation de centrales de mesure peuvent endommager les
machines et fragiliser toutes les installations eacutelectriques
Il existe diffeacuterents types de perturbations les creux de tension les surtensions
passagegraveres les pheacutenomegravenes transitoires les deacuteseacutequilibres les distensions harmoniques ou
encore les entailles de commutations [11]
I71) Classification des perturbations eacutelectriques
I711) Creux de tension et coupures
Un creux de tension (figure I7) est une baisse brutale de la tension en un point drsquoun
reacuteseau drsquoeacutenergie eacutelectrique agrave une valeur comprise (par convention) entre 90 et 1 (CEI
61000-2-1 CENELEC EN 50160) ou entre 90 et 10 (IEEE 1159) drsquoune tension de
reacutefeacuterence (119880119903119890119891) suivie drsquoun reacutetablissement de la tension apregraves un court laps de temps compris
entre la demi-peacuteriode fondamentale du reacuteseau (10 ms agrave 50 Hz) et une minute
La tension de reacutefeacuterence est geacuteneacuteralement la tension nominale pour les reacuteseaux BT et la
tension deacuteclareacutee pour les reacuteseaux MT et HT
Une tension de reacutefeacuterence glissante eacutegale agrave la tension avant perturbation peut aussi ecirctre
utiliseacutee sur les reacuteseaux MT et HT eacutequipeacutes de systegraveme de reacuteglage (reacutegleur en charge) de la
tension en fonction de la charge Ceci permet drsquoeacutetudier (agrave lrsquoaide de mesures simultaneacutees dans
Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
25
CHAPITRE I
chaque reacuteseau) le transfert des creux entre les diffeacuterents niveaux de tension La meacutethode
habituellement utiliseacutee pour deacutetecter et caracteacuteriser un creux de tension est le calcul de la
valeur efficace laquo rms (12) raquo du signal sur une peacuteriode du fondamental toutes les demi-
peacuteriodes (recouvrement drsquoune demi-peacuteriode)
La figure (I8) montre les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension qui sont donc
bull sa profondeur ∆U (ou son amplitude U)
bull sa dureacutee ∆T deacutefinie comme le laps de temps
a) Origines des creux de tension et coupures
Les creux de tension et les coupures bregraveves sont principalement causeacutes par des
pheacutenomegravenes conduisant agrave des courants eacuteleveacutes qui provoquent agrave travers les impeacutedances des
eacuteleacutements du reacuteseau une chute de tension drsquoamplitude drsquoautant plus faible que le point
drsquoobservation est eacutelectriquement eacuteloigneacute de la source de la perturbation
Les creux de tension et les coupures bregraveves ont diffeacuterentes causes
bull des deacutefauts sur le reacuteseau de transport (HT) de distribution (BT et MT) ou sur
lrsquoinstallation elle-mecircme [9]
Les creux de tension et les coupures bregraveves sont causeacutes par des pheacutenomegravenes aleacuteatoires
Ces pheacutenomegravenes concernent soit le reacuteseau du distributeur soit le reacuteseau de lrsquoutilisateur [12]
Figure I8 Les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12)
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
26
CHAPITRE I
I712) Harmonique
Une harmonique (figure I9) est une composante sinusoiumldale drsquoune onde peacuteriodique ou
drsquoune quantiteacute posseacutedant une freacutequence qui est multiple entier de la freacutequence fondamentale
a) Inters harmoniques
Les inter-harmoniques sont des signaux de freacutequence non multiple de la freacutequence
fondamentale
b) Infra-harmoniques
Les infra harmoniques sont des signaux de freacutequence infeacuterieure agrave celle du fondamentale
c) Conseacutequences des harmoniques
Les courants harmoniques qui se propagent dans les reacuteseaux eacutelectriques deacuteforment
lrsquoallure du courant de la source et polluent les consommateurs alimenteacutes par les mecircmes
reacuteseaux On peut classer les effets engendreacutes par les harmoniques en deux types [8]
les effets instantaneacutes
les effets agrave terme
d) Les principales sources drsquoharmoniques
Ce sont des charges qursquoil est possible de distinguer selon leurs domaines industrielles
ou domestiques
Les charges industrielles
Eacutequipements drsquoeacutelectroniques de puissance variateurs de vitesse redresseurs agrave
diodes ou agrave thyristors onduleurs alimentations agrave deacutecoupage
Charges utilisant lrsquoarc eacutelectrique fours agrave arc machines agrave souder eacuteclairage
(lampes agrave deacutecharge tubes fluorescents) Les deacutemarrages de moteurs par
deacutemarreurs eacutelectroniques et les enclenchements de transformateurs de puissance
sont aussi geacuteneacuterateurs drsquoharmoniques (temporaires) [9]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
27
CHAPITRE I
I713) Surtensions
Ce pheacutenomegravene (figure I10) se produit lorsqursquoun composant eacutelectrique posseacutedant deux
bornes reccediloit une tension supeacuterieure agrave celle de la tension normale du circuit [13]
Les surtensions sont de trois natures
bull Temporaires (agrave freacutequence industrielle)
bull De manœuvre
bull Drsquoorigine atmospheacuterique (foudre)
Elles peuvent apparaicirctre
bull en mode diffeacuterentiel (entre conducteurs actifs phph ndash phneutre)
bull en mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) [10]
Figure I9 Harmoniques
Figure I10 Exemple de surtension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
28
CHAPITRE I
a) Origine ou causes des surtensions
Les orages sont des eacuteveacutenements tregraves habituels et aussi tregraves dangereux On estime que
sur notre planegravete se produisent simultaneacutement quelques 2000 orages et quenviron 100 coups
de foudre se deacutechargent sur la terre chaque seconde Au total cela repreacutesente environ 4000
orages quotidiens et 9 millions de deacutecharges atmospheacuteriques chaque jour
Au moment de lrsquoimpact la foudre provoque une impulsion de courant qui arrive agrave
atteindre des dizaines de milliers drsquoampegraveres Cette deacutecharge geacutenegravere une surtension dans le
systegraveme eacutelectrique qui peut provoquer des incendies la destruction de machines et la mort de
personnes [14]
I714) Variations et fluctuations de tension
Des variations rapides de tension reacutepeacutetitives ou aleacuteatoires (figure I11) sont provoqueacutees
par des variations rapides de puissance absorbeacutee ou produite par des installations telles que les
soudeuses fours agrave arc eacuteoliennes etc [15]
Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations
cycliques ou aleacuteatoires de lrsquoenveloppe drsquoune tension dont les caracteacuteristiques sont la
freacutequence de la variation et lrsquoamplitude
a) Origines des variations et fluctuations de tension
bull Les variations lentes de tension sont causeacutees par la variation lente des charges
connecteacutees au reacuteseau
bull Les fluctuations de tension sont principalement dues agrave des charges industrielles
rapidement variables comme les machines agrave souder les fours agrave arc les laminoirs
Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
29
CHAPITRE I
I715) Deacuteseacutequilibres
Dans un reacuteseau triphaseacute on a ideacutealement des amplitudes eacutegales de la tension et du
courant respectivement sur chacune des trois phases et un angle de phase de 120 degreacutes
Lorsque les tensions ou les courants preacutesentent une diffeacuterence drsquoamplitude il y a deacuteseacutequilibre
(figure I12) et cela peut causer des problegravemes pour les eacutequipements triphaseacutes brancheacutes au
reacuteseau Lrsquoimpact le plus courant du deacuteseacutequilibre est la surchauffe des eacutequipements et par
conseacutequent la deacutegradation de lrsquoisolation eacutelectrique et la reacuteduction de la dureacutee de vie
a) Origines de deacuteseacutequilibres
Les deacuteseacutequilibres de tension surviennent habituellement en preacutesence drsquoun deacuteseacutequilibre
des charges et de leurs appels de courant En effet toute charge triphaseacutee doit appeler un
courant identique sur chaque phase Quant aux charges monophaseacutees brancheacutees agrave un reacuteseau
triphaseacute on doit les reacutepartir le plus uniformeacutement possible entre les trois phases
De plus certains deacuteseacutequilibres de tension reacutesultent de lrsquoexploitation et de la nature des
eacutequipements du reacuteseau eacutelectrique [16]
I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations
La figure (I13) preacutesente une classification possible des diffeacuterents types de
perturbations Il est agrave noter qursquoaucune classification ne fait actuellement reacutefeacuterence et drsquoautres
notions peuvent ecirctre parfois utiliseacutees variations rapides de tension surtensions temporaires
etc Il faut noter eacutegalement que lrsquoimpact agrave long terme de ces diffeacuterents types de perturbations
sur la dureacutee de vie des appareils eacutelectriques reste aujourdrsquohui assez meacuteconnu Preacutecisons enfin
qursquoen langage courant le terme tension fait le plus souvent reacutefeacuterence agrave la valeur efficace de
Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
30
CHAPITRE I
lrsquoonde de tension ou agrave une moyenne de la valeur efficace sur une certaine dureacutee (pour une
onde imparfaitement peacuteriodique la valeur efficace nrsquoa de sens que localement pour un
intervalle de temps suffisamment court) et non agrave la valeur instantaneacutee de la tension (qui
oscille autour de 0 V avec une peacuteriode de 20 ms)
I72) Le systegraveme de protection
A lrsquoinstar des alternateurs des transformateurs et des lignes drsquoautres dispositifs
existent pour assurer non seulement un fonctionnement normal mais aussi la protection des
eacutequipements et du personnel drsquoexploitation du reacuteseau Cela englobe les transformateurs de
mesures les disjoncteurs les interrupteurs les sectionneurs les fusibles les eacuteclateurs et sont
directement relieacutes au reacuteseau Ces dispositifs permettent drsquointerrompre volontairement et agrave
Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
31
CHAPITRE I
tout moment la fourniture drsquoeacutenergie eacutelectrique mais aussi automatiquement agrave la survenance
drsquoune quelconque perturbation (deacutefaut) Les eacutequipements de controcircle associeacutes agrave ces dispositifs
ainsi que les relais de protection sont installeacutes dans des salles de controcircle [17]
I8) La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique de HT est une proprieacuteteacute dun systegraveme de puissance
qui lui permet de rester dans un eacutetat deacutequilibre dans des conditions normales de
fonctionnement et de retrouver un eacutetat acceptable deacutequilibre apregraves avoir eacuteteacute soumis agrave
une perturbation [18]
Une perturbation sur un reacuteseau peut ecirctre une manœuvre preacutevue comme lenclenchement
dune inductance shunt ou non preacutevue comme un court-circuit causeacute par la foudre entre une
phase et la terre par exemple Lors de la perturbation lamplitude de la tension aux diffeacuterents
jeux de barres du reacuteseau peut varier ainsi que la freacutequence La variation de la freacutequence est
due aux variations de la vitesse des rotors des alternateurs [19]
I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques
La stabiliteacute peut ecirctre eacutetudieacutee en consideacuterant la topologie du reacuteseau sous
diffeacuterents angles Lrsquoeacutetat de fonctionnement drsquoun reacuteseau eacutelectrique est deacutecrit selon des
grandeurs physiques telles que lamplitude et langle de phase de la tension agrave chaque bus et la
puissance active reacuteactive circulant dans chaque ligne et la vitesse de rotation de la
geacuteneacuteratrice synchrone Si elles ne sont pas constantes le reacuteseau eacutelectrique est consideacutereacute
comme eacutetant en perturbations [16]
La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee selon la nature de la perturbation
Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor
Stabiliteacute de la freacutequence
Stabiliteacute de la tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
32
CHAPITRE I
La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee en petite et grande amplitude de perturbation en
fonction de lrsquoorigine et de lampleur du deacutefaut Par rapport au temps deacutevaluation la
stabiliteacute peut ecirctre agrave courte ou agrave longue dureacutee tel qursquoil est deacutecrit dans la figure (I14)
I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire)
Dans un reacuteseau eacutelectrique la stabiliteacute de lrsquoangle du rotor est deacutefinie comme la capaciteacute
drsquoun ensemble de geacuteneacuteratrices synchrones interconnecteacutees de conserver le synchronisme
dans des conditions de fonctionnement normales ou apregraves une perturbation Un systegraveme
est instable si la diffeacuterence entre les angles rotoriques des geacuteneacuterateurs augmente
indeacutefiniment ou si loscillation transitoire provoqueacutee par une perturbation nest pas
suffisamment amortie dans le temps deacutevaluation
Lrsquoinstabiliteacute angulaire se manifeste sous forme drsquoun eacutecart croissant entre les angles
rotorique Une machine qui a perdu le synchronisme sera deacutebrancheacutee par une protection de
survitesse ou par une protection de perte de synchronisme ce qui met en danger lrsquoeacutequilibre
production consommation du systegraveme
Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique [18]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
33
CHAPITRE I
I8211) Stabiliteacute angulaire aux petites perturbations
Elle concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir le synchronisme en preacutesence
de petites perturbations comme une petite variation de la charge ou de geacuteneacuteration manœuvre
drsquoeacutequipement etc Lrsquoeacutevaluation de ce type de perturbation prend quelques secondes
a) La stabiliteacute statique
Apregraves le reacutegime transitoire ducirc agrave la perturbation le systegraveme entre dans le reacutegime
permanent Dans ce cas pour eacutetudier le systegraveme il faut eacutevaluer la stabiliteacute statique du reacuteseau
Le systegraveme nest pas stable si les contraintes de fonctionnement ne sont pas respecteacutees
Cet eacutetat est appeleacute lrsquoeacutetat instable ou leacutetat durgence
Dans un reacuteseau qui est dans leacutetat durgence les opeacuterateurs du centre de controcircle ont
suffisamment de temps pour ramener le systegraveme agrave leacutetat stable ou au reacutegime normal en
apportant des modifications suppleacutementaires [20]
b) Stabiliteacute dynamique
Si une perturbation mineure est effectueacutee sur le reacuteseau agrave partir dun reacutegime permanent
stable et que le reacuteseau retrouve son mode de fonctionnement normal en reacutegime permanent le
reacuteseau est dit dynamiquement stable Pour un reacuteseau deacutenergie eacutelectrique on entend par
perturbation mineure des manœuvres ou des opeacuterations normales sur le reacuteseau comme
lenclenchement dune inductance shunt ou des variations mineures de la charge
c) Stabiliteacute transitoire
Lorsquil y a une perturbation majeure sur le reacuteseau et que le reacuteseau retrouve son mode
de fonctionnement normal apregraves la perturbation alors le reacuteseau est dit transitoirement stable
Les perturbations majeures sont les courts-circuits les pertes de lignes les bris deacutequipements
majeurs comme les transformateurs de puissance et les alternateurs peuvent ecirctre tregraves graves
pouvant mecircme conduire agrave lrsquoeffondrement total du reacuteseau Si lrsquoinstabiliteacute se manifeste
directement suite agrave la perturbation (plus preacuteciseacutement dans la premiegravere La stabiliteacute transitoire
deacutepend de la relation non-lineacuteaire couples- angles Le pheacutenomegravene de la stabiliteacute transitoire
concerne les grandes perturbations telles que [15]
Les courts-circuits affectant un eacuteleacutement du reacuteseau notamment aux bornes des
machines
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
34
CHAPITRE I
La perte drsquoun ouvrage (eg une ligne de transmissionhellip)
La perte drsquoun groupe de production
Les conseacutequences de ces deacutefauts seconde qui suit lrsquoeacutelimination du deacutefaut) elle est
appeleacutee instabiliteacute de premiegravere oscillation (en anglais First Swing Instability) (cas 1 figure
I15) et elle srsquoeacutetend sur 3 agrave 5 secondes Elle peut reacutesulter de la superposition des effets de
plusieurs modes drsquooscillation lents exciteacutes par la perturbation provoquant ainsi une variation
importante de lrsquoangle de rotor au-delagrave de la premiegravere oscillation (instabiliteacute de multi
oscillations) (cas 2 figure I15) La gamme de temps associeacutee srsquoeacutetend de 10 agrave 20 secondes
[25]
I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire
En vue de son importance dans la planification la conception et lrsquoexploitation des
reacuteseaux drsquoeacutenergie eacutelectrique lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire reste un deacutefit majeur
pour les ingeacutenieurs pour eacuteviter tous eacuteveacutenement qui peut conduire vers un black out Les
solutions envisageables drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire se basent sur [8]
bull Augmentation de la constante drsquoinertie des geacuteneacuterateurs
bull Augmentation de la puissance active
bull Installation des protections et des appareils de coupure rapides
bull Implantation des valves rapides des turbines agrave gaz
bull Installation des reacutesistances drsquoamortissement
bull Utilisation des PSS
bull Controcircle rapide et flexible de lrsquoeacutecoulement de puissance
a- Stable
b- instable
Cas 1 instabiliteacute de premiegravere oscillation Cas 2 instabiliteacute de plusieurs oscillations
Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
35
CHAPITRE I
I822) Stabiliteacute de la freacutequence
La stabiliteacute de freacutequence concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir sa freacutequence
proche de la valeur nominale suite agrave un incident seacutevegravere ayant ou non conduit agrave un
morcellement du systegraveme La stabiliteacute de freacutequence est eacutetroitement lieacutee agrave lrsquoeacutequilibre global
entre la puissance active produite et consommeacutee [20]
I823) Stabiliteacute de tension
Dans des conditions de fonctionnement normales ou suite agrave une perturbation La
stabiliteacute de tension concerne la capaciteacute dun systegraveme de puissance agrave maintenir des tensions
acceptables en tous ses nœuds En fonctionnement normal lorsque nous connectons des
eacutequipements consommateurs agrave un reacuteseau eacutelectrique la tension au point de raccordement
tombe leacutegegraverement et la puissance totale consommeacutee augmente
Selon lrsquoamplitude de la perturbation on distingue la stabiliteacute de tension de
petites perturbations et celle de grandes perturbations [20]
Lrsquoinstabiliteacute reacutesultante peut se produire sous forme de chute progressive ou eacuteleacutevation de
la tension de quelques jeux de barres Les reacutesultats possibles de lrsquoinstabiliteacute de tension sont la
perte de la charge dans un secteur ou deacuteclenchement des lignes de transmission et mecircme
drsquoautres eacuteleacutements par leurs systegravemes de protection agrave des pannes en cascades Il est deacutemontreacute
que la majoriteacute des blackouts sont causeacutes par lrsquoinstabiliteacute de tension [8]
I8231) Instabiliteacute de la tension
On deacutefinit la stabiliteacute de la tension comme la capaciteacute de maintenir une tension de barre
constamment acceptable agrave chaque nœud du reacuteseau dans des conditions normales de
fonctionnement apregraves avoir subi une perturbation Leacutetat du reacuteseau est dit instable en tension
lorsquune perturbation un accroissement de la charge ou une modification de la condition du
reacuteseau entraicircne une chute de tension progressive et incontrocirclable de la tension aboutissent en
un effondrement geacuteneacuteraliseacute de la tension [16]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
36
CHAPITRE I
I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension
Les problegravemes drsquoapparition du pheacutenomegravene drsquoeacutecroulement de tension sont toujours lieacutes agrave
la difficulteacute de reacutegler la tension au dessus drsquoune certaine valeur appeleacutee tension critique
Geacuteneacuteralement lrsquoeffondrement de tension se produit dans les reacuteseaux eacutelectriques qui sont
fortement chargeacutes court-circuiteacutes etou ont un manque de puissance reacuteactive
I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites perturbations
La stabiliteacute de tension de petites perturbations concernes la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique
agrave maintenir la tension dans les limites permise en preacutesence de perturbations telles que une
variation faible de la charge de la production etc [18]
I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes perturbations
Elle est deacutefinie comme la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique agrave maintenir les tensions des
nœuds dans les limites de fonctionnement permise en preacutesence des grandes perturbations agrave
savoir la perte drsquoun eacutequipement de transport ou de production le court circuithellipetc [18]
Dans ce meacutemoire nous nous inteacuteressons seulement agrave la stabiliteacute de tension Une eacutetude
deacutetailleacutee sera preacutesenteacutee dans la section suivante
I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension
La plupart de ces changements ont des effets significatifs sur la production la
consommation et la transmission de puissance reacuteactive ainsi sur la stabiliteacute de tension Par
conseacutequent des mesures peuvent ecirctre utiliseacutees pour ameacuteliorer la stabiliteacute de tension tels que
- Un controcircle automatique des condensateurs shunts
- Un blocage des reacutegleurs en charge automatique
- Une nouvelle reacutepartition de la geacuteneacuteration
- Une replanification du fonctionnement des geacuteneacuterateurs et des nœuds de commande
- Une reacutegulation de tension secondaire
- Un plan de deacutelestage
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
37
CHAPITRE I
I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation
Dans la plupart du temps les sources drsquoeacutenergie eacutelectrique se trouvent loin des zones de
consommation Cette situation rend le transport de lrsquoeacutenergie reacuteactive tregraves difficile agrave cause des
pertes reacuteactives tregraves eacuteleveacutees Cette difficulteacute de transport drsquoeacutenergie reacuteactive augmente la
probabiliteacute drsquoapparition drsquoune instabiliteacute ou drsquoun effondrement de tension
I92) Charge appeleacutee trop importante
Lrsquoune des causes de lrsquoinstabiliteacute de tension correspond agrave une charge eacuteleveacutee Elle est
ducirce agrave lrsquoaugmentation croissante de la demande et agrave un large transfert drsquoeacutenergie entre
compagnies Une instabiliteacute de tension peut se produire en particulier lorsque la charge eacuteleveacutee
est plus importante que celle preacutevue et le risque est drsquoautant plus grand que la consommation
reacuteactive est eacutegalement plus grande que preacutevue [18]
I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport
Les planificateurs sont de plus en plus conscients des limites dutilisation des reacuteseaux de
transport et dinterconnexion La situation actuelle dans beaucoup de pays au monde est
caracteacuteriseacutee par les tendances suivantes
1 Augmentation de la consommation deacutelectriciteacute due agrave lindustrialisation agrave
lurbanisation et agrave la croissance de la population Avec laugmentation des transits
de puissance les reacuteseaux deviennent plus compliqueacutes agrave geacuterer subissent de grandes
variations de puissance et de grandes pertes Ceci fait que leur niveau de seacutecuriteacute
diminue
2 Contraintes eacutecologiques et administratives Le respect de lenvironnement joue un
rocircle important dans la socieacuteteacute actuelle et cest principalement pourquoi il est de
plus en plus difficile dobtenir des permis de construire pour de nouvelles lignes ou
pour limplantation de nouvelles centrales Dans laffirmative cela demande
plusieurs anneacutees
3 Contraintes opeacuterationnelles La demande de puissance a une croissance constante
mais geacuteographiquement irreacuteguliegravere Les centrales qui geacutenegraverent leacutenergie sont
souvent eacuteloigneacutees des charges importantes et la localisation des nouvelles centrales
deacutepend essentiellement dautorisations administratives et du respect de
lenvironnement
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
38
CHAPITRE I
Pour satisfaire la demande deacutenergie sous ces conditions contradictoires les services
publics font de plus en plus appel pour des problegravemes eacuteconomiques et dameacutelioration de la
seacutecuriteacute aux eacutechanges internationaux de puissance ce qui demande une interconnexion entre
des systegravemes preacutevus indeacutependants au deacutepart
Laugmentation du maillage associeacute au mode de transit libre de puissance agrave travers les
reacuteseaux deacuteveloppe des boucles de puissance et des lignes en parallegravele ce qui surcharge
certaines lignes avec pour conseacutequence de deacuteteacuteriorer le profil de tension et de diminuer la
stabiliteacute du reacuteseau Consideacuterant que les reacuteseaux de transport eacutelectrique repreacutesentent une
grande valeur eacuteconomique il faut essayer daller dans les directions suivantes
Ameacuteliorer lutilisation des eacutequipements existants en augmentant leur capaciteacute de
transfert de puissance Dun point de vue financier cela peut se reacuteveacuteler avantageux
Ameacuteliorer la flexibiliteacute des reacuteseaux car pouvoir changer rapidement leur
configuration permet une meilleure reacutepartition de la puissance particuliegraverement en cas de
perturbations ou de transferts de puissance impreacutevus [21]
I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Le transport de la puissance reacuteactive par les lignes eacutelectriques cause des pertes une
diminution de la stabiliteacute du reacuteseau et une chute de tension agrave son extreacutemiteacute Afin deacuteviter cela
de la compensation de puissance reacuteactive seacuterie ou shunt selon les cas est utiliseacute pour limiter
ce transport de puissance reacuteactive
Diffeacuterents appareils eacutelectriques peuvent servir agrave reacutealiser cette compensation (figure I16)
machines synchrones batteries de condensateurs inductance ou FACTS [22]
La compensation est une technique de la gestion drsquoeacutenergie reacuteactive afin drsquoameacuteliorer la
qualiteacute eacutenergeacutetique dans les reacuteseaux eacutelectriques agrave courant alternatif Elle peut se reacutealiser de
plusieurs maniegraveres ayant pour buts
La correction du facteur de puissance
Ameacutelioration de la reacutegulation de la tension
Equilibre des charges
Lrsquoaide au retour agrave la stabiliteacute en cas de perturbation [19]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
39
CHAPITRE I
En installant des dispositifs controcirclables comme le transport drsquoeacutenergie en courant
continu (High Voltage Direct Current HVDC) et les dispositifs FACTS (Flexible Alternating
Current Transmission System) Malgreacute le coucirct eacuteleveacute de cette solution mais vu lrsquoeacutevolution
reacutecente des reacuteseaux eacutelectriques et leurs contraintes cette solution est tregraves efficace
Lrsquoune des meacutethodes drsquoameacuteliorer la capaciteacute drsquoun systegraveme eacutelectrique agrave reacutesister contre les
grands incidents est drsquointeacutegrer des dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance (FACTS)
dans le reacuteseau de transport Lrsquoeacutetude lrsquoapport et lrsquoutilisation de ces dispositifs font lrsquoobjet de
ce meacutemoire
Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Compensation
traditionnelles
Les dispositifs FACTS
Compensateurs
synchrones Batteries de
condensateurs
Batteries de
condensateurs
HT et MT
Les inductances
les PSS (Power
System Stabiliser)
1er
geacuteneacuteration
2eme
geacuteneacuteration
3eme
geacuteneacuteratio
n
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
40
CHAPITRE I
I11) Conclusion
Ce chapitre nous a permis drsquoexposer des geacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriques en
mentionnant la structure et la topologie du reacuteseau ensuite on a parleacute sur lrsquointerconnexion entre
les pays du Maghreb et le reacuteseau Algeacuterien
Dans ce chapitre nous avons aussi preacutesenteacute les deacutefinitions et les caracteacuteristiques des
diffeacuterents types de stabiliteacute drsquoun systegraveme de puissance Le concept geacuteneacuteral de la stabiliteacute est
syntheacutetiseacute en trois groupes (stabiliteacute de lrsquoangle de rotor de la tension et de la freacutequence)
Les dispositifs FACTS sont capables de remplir diverses fonctions comme le maintien
de tension le controcircle des flux de puissance et aussi lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau
etc
Dans le chapitre suivant nous allons exposer le concept des FACTS le contexte
algeacuterien concernant ses dispositifs sera aussi abordeacute
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
41
CHAPITRE I
Chapitre 2
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
42
II1) Introduction
Avec le deacuteveloppement technologique et industriel que vie le monde entier la demande
en eacutenergie eacutelectrique est en augmentation continue et sans cesse Pour satisfaire ces besoins et
acheminer cette eacutenergie aux points de consommation disperseacutes sur un large espace
geacuteographique les reacuteseaux eacutelectriques ayant des capaciteacutes de transit limiteacute agrave cause des limites
thermique des lignes doivent seacutelargir et de nouvelles lignes dextension seront ajouteacutees Face
agrave ce problegraveme et devant les contraintes environnementale eacutecologique et eacuteconomique de
reconstructions de nouvelles lignes la compagnie ameacutericaine EPRI (Electric Power Research
Institue) a lanceacute en 1988 un projet drsquoeacutetude des systegravemes FACTS afin de mieux maicirctriser le
transit de puissance dans les lignes eacutelectriques et daugmenter leurs capaciteacutes de transfert Le
concept FACTS regroupe tous les dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance qui
permettent drsquoameacuteliorer lrsquoexploitation du reacuteseau eacutelectrique
Aussi ces reacuteseaux eacutelectriques de taille importantes seront confronteacutes par divers
problegravemes de fonctionnement agrave cause du controcircle traditionnel utilisant des systegravemes de
commande eacutelectromeacutecaniques de temps de reacuteponse lent par rapport agrave ces nouveaux systegravemes
FACTS agrave base dinterrupteurs statiques et de court temps de reacuteponse (moins dune seconde)
Aujourdhui cette technologie FACTS simpose pour les systegravemes eacutenergeacutetiques en
augmentant leurs capaciteacutes de transport en ameacuteliorant le controcircle des paramegravetres de ces
derniers donc leur assurer une flexibiliteacute du transfert de leacutenergie et ameacuteliorer sa stabiliteacute
Le concept FACTS (Flexible AC Transmission System) est neacute pour reacutepondre aux
diffeacuterentes difficulteacutes croissantes de transmission dans les reacuteseaux et surtout la maicirctrise de
transit de puissance (compensateur de puissance reacuteactive variateur de charge universelhellip)
ces dispositifs peuvent ameacuteliorer le comportement dynamique des reacuteseaux eacutelectriques [25]
II2) Le concept FACTS
Les problegravemes des reacuteseaux eacutenonceacutes ci ndashdessus devenant plus preacutesents drsquoanneacutee en
anneacutee EPRI (Electric Power Research Institute) qui repreacutesente un consortium deacutedieacute agrave la
recherche dans les reacuteseaux eacutelectriques et regroupant des compagnies drsquoeacutelectriciteacute ameacutericaines
a lanceacute en 1988 le concept FACTS (Flexible AC Transmission Systems) qui est un projet agrave
long terme La technologie FACTS utilise lrsquoeacutelectronique de puissance et plus particuliegraverement
des systegravemes agrave thyristors qui permettent drsquoobtenir des vitesses de commande nettement
supeacuterieures agrave celles des systegravemes meacutecaniques qui sont encore largement utiliseacutes et un niveau
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
43
de maintenance bien infeacuterieur car les systegravemes meacutecaniques srsquousent beaucoup plus rapidement
que les systegravemes statiques Parmi les systegravemes FACTS on cite [26]
Compensateur synchrone statique (lsquoSTATCOMrsquo Static Synchronous Compensator)
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
Le controcircleur de transit de puissance entre ligne IPFC (Interline Power Flow
Controller)
Face agrave la saturation des reacuteseaux de puissance les compagnies de distribution drsquoeacutenergie
eacutelectrique exploitent de plus en plus leurs reacuteseaux pregraves des limites de seacutecuriteacute (conduite aux
limites) Cette situation engendre des problegravemes drsquoexploitation notamment pour le controcircle
des flux de puissance le maintien drsquoun profil de tension acceptable la surveillance des reports
de chargehellipetc Agrave cet effet lrsquoaspect seacutecuriteacute prend une grande importance et des recherches
sont entreprises dans diffeacuterents pays pour trouver des moyens susceptibles drsquoameacuteliorer la
seacutecuriteacute et rendre lrsquoexploitation des reacuteseaux plus flexible
Ainsi plusieurs eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees pour connaitre les avantages lieacutes agrave lrsquoutilisation
des dispositifs FACTS dans les reacuteseaux pour
le support du profil de la tension
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute statique et dynamique
lrsquoamortissement des oscillations subsynchrones
Ces avantages deacutecoulent principalement de lrsquoaugmentation des capaciteacutes de transit des
lignes existantes par un controcircle rigoureux des diffeacuterents variables du reacuteseau Pour fixer les
ideacutees nous pouvons prendre un exemple simple
Consideacuterons le transit de puissance sur une ligne agrave courant alternatif Cette ligne est
repreacutesenteacutee sur la figure (II1) les pertes eacutetant supposeacutees nulles la puissance transmise P est
fonction des amplitudes des tensions E1 et E2 aux extreacutemiteacutes de la ligne du deacutephasage 12057512
entre ces deux tensions et de lrsquoimpeacutedance x de la ligne comme le montre lrsquoeacutequation (II1)
1
Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif
x
p
1 2
119916120783
2 119916120784
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
44
119823 = 119812120783119812120784
119831 119852119842119847120517120783120784
Cette eacutequation montre que la puissance transmissible par une ligne est limiteacutee par les
paramegravetres eacutenonceacutes ci-dessus et pas forceacutement par sa limite thermique De plus il deacutecoule de
cette eacutequation que si lrsquoon peut reacutegler un deux ou les trois paramegravetres on controcircle alors le
transit de puissance dans la ligne [26]
Elle montre aussi quil est possible daugmenter la puissance transiteacutee entre deux
reacuteseaux soit en maintenant la tension des systegravemes soit en augmentant langle de transport
entre les deux systegravemes soit en reacuteduisant artificiellement limpeacutedance de la liaison En jouant
sur un ou plusieurs de ses paramegravetres les FACTS permettent un controcircle preacutecis des transits de
puissance reacuteactive une optimisation des transit de puissance active sur les installations
existantes et une ameacutelioration de la stabiliteacute dynamique du reacuteseau Ils permettent aussi aux
consommateurs industriels de reacuteduire les deacuteseacutequilibres de charges et de controcircler les
fluctuations de tensions creacuteeacutees par des variations rapides de la demande de puissance reacuteactive
et ainsi daugmenter les productions de reacuteduire les coucircts et dallonger la dureacutee de vie des
eacutequipements [27]
En effet les FACTS permettent de
ne pas transporter drsquoeacutenergie reacuteactive en la fournissant lagrave ougrave elle est demandeacutee
augmenter les puissances maximales transmissibles et donc les transferts de
puissance active
controcircler les flux de puissance pour la surcharge des lignes et le risque de
deacuteclenchement en cascade [26]
II21) Fonctionnement des FACTS
Un FACTS agit geacuteneacuteralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de
la puissance reacuteactive sur le reacuteseau Ceci a pour effet de modifier lamplitude de la tension agrave
son point de connexion et par conseacutequent la puissance active maximale transmissible
Les FACTS sont utiliseacutes aussi pour le filtrage des courants harmoniques et la
stabilisation de la tension Lordre de grandeur de la puissance dun FACTS va de
quelques MVA (Meacutega Volts Ampegraveres) agrave quelques centaines de MVA Ils sappliquent dans
deux secteurs principaux
(II1)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
45
Grand reacuteseaux de transmission
Pour ameacuteliorer le controcircle augmenter les capaciteacutes de transfert de puissance et assister
la reacutecupeacuteration du reacuteseau conseacutecutive agrave un deacutefaut dans les systegravemes de transmission AC
(Alternative Current)
Reacuteseaux Industriels
Pour ameacuteliorer la qualiteacute de la puissance fournie en un point preacutecis du reacuteseau AC en
preacutesence de fluctuations de charge eg compensation du flicker pour les fours agrave arc Gamme
de puissance infeacuterieure agrave celle dun reacuteseau de transmission
II22) Contexte algeacuterien
Depuis les anneacutees 2000 le deacuteveloppement du reacuteseau de transport drsquoeacutelectriciteacute fait partie
des prioriteacutes de lrsquoAlgeacuterie [26]
Le reacuteseau de transport algeacuterien est en phase drsquoexpansion car il doit reacutepondre agrave la forte
augmentation de la demande en eacutelectriciteacute (+ 5 agrave 7 par an) Les principaux besoins en
eacutelectriciteacute sont domestiques lieacutes
bull agrave lrsquoaccroissement de la population (celle-ci a plus que tripleacute en 50 ans et son
taux de croissance est actuellement estimeacute agrave 12 par an)
bull au changement des habitudes de consommation avec lrsquousage des appareils En
outre dans les anneacutees 90 peu drsquoinvestissements ont eacuteteacute entrepris sur le reacuteseau
eacutelectrique et celui-ci srsquoest deacutegradeacute
Au total depuis 2005 pregraves de 15 000 km de nouvelles lignes HT et THT ont eacuteteacute
reacutealiseacutes ou restent agrave construire
Le deacuteveloppement du reacuteseau de transport concerne agrave la fois le deacuteveloppement des
reacuteseaux hauts tension (60 et 220 000 Volts) et la creacuteation drsquoun reacuteseau agrave tregraves haute tension
(400 000 Volts)
Le deacuteveloppement du reacuteseau 400 000 Volts est mis en œuvre agrave la fois dans lrsquoaxe
bull Est-Ouest (interconnexions internationales avec le Maroc et la Tunisie)
bull Nord-Sud (raccordement des reacuteseaux du Sud jusqursquoalors le point trop isoleacute du reacuteseau
national)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
46
En 2002 un total de trois SVC (static var compensator) a eacuteteacute introduit dans le reacuteseau
national de la Sonelgaz un dispositif agrave la sous station de Naama et deux agrave Beacutechar (figure
II2)
Les trois SVC ont une classe identique -10+40Mvar agrave la tension 220 kV (figure II3) et
lrsquoune des plates- formes de ses trois SVC est montreacutee par la figure (II2) Le reacuteseau est
constitueacute drsquoune ligne de 500km sous une tension de 220kv Un seul circuit aeacuterien de la ligne
de transmission pour lrsquoalimentation de la charge eacuteloigneacutee dans la partie ouest du pays
Des productions locales de diesel et des turbines agrave gaz alimentent les charges locales de
Beacutechar depuis le deacutebut des anneacutees quatre vingt dix et elles ont eacuteteacute fermeacutees pendant lrsquoanneacutee
2002
Deux sous stations 22060 kV une intermeacutediaire (Naama) et une agrave la fin de la ligne
(Beacutechar) ont eacuteteacute eacutequipeacutees avec des SVC (figure II3) pour les objectifs suivants
bull Pour fournir au systegraveme de transmission le support en eacutenergie reacuteactive afin de
maintenir une tension stable pendant le fonctionnement normal et quotidien
bull Pour le rendement dynamique au cours du controcircle de la ligne 220 kV mise sous
tension ainsi pour le maintien drsquoune tension stable dans le systegraveme sous diverses
conditions drsquoexploitation En particulier pour preacutevenir lrsquoeffondrement de tension
(voltage collapse) et lrsquoinstabiliteacute du systegraveme pendant le transitoire et lrsquoeacutevolution
rapide des conditions de tension dans le systegraveme Les charges prisent hors reacuteseau
220 kV sont de lrsquoordre de 12 MVA agrave Naama et 35 MVA agrave Beacutechar
Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar [26]
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
47
II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS
La compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive au niveau des lignes de transmission permet la
reacutegulation du profil de la tension le long de ces lignes avec un bon controcircle de la puissance
active transmise Il est reconnu que la stabiliteacute peut ecirctre ameacutelioreacutee quelque soit son type si la
compensation reacuteactive du systegraveme de transmission varie rapidement Les meacutethodes de
compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive classiques se basent sur les batteries de condensateurs ou
les bobines fixes ou commandeacutees meacutecaniquement Ces meacutethodes sont non efficaces dans le
controcircle du reacuteseau eacutelectrique quand il est seacutevegraverement perturbeacute
Gracircce aux avanceacutees reacutecentes dans la technologie des IGBT et GTO le temps de reacuteaction
de ces dispositifs a diminueacute agrave quelques milli secondes Il est possible donc de reacutepondre agrave la
demande par lrsquoutilisation drsquoune compensation rapide en utilisant les dispositifs FACTS [31]
II3) Les dispositifs FACTS
Selon lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) la deacutefinition du terme
FACTS est la suivante Systegravemes de Transmission en Courant Alternatif comprenant des
dispositifs baseacutes sur leacutelectronique de puissance et dautres dispositifs statique utiliseacutes pour
accroicirctre la controcirclabiliteacute et augmenter la capaciteacute de transfert de puissance du reacuteseau
Avec leurs aptitudes agrave modifier les caracteacuteristiques apparentes des lignes les FACTS
sont capables daccroicirctre la capaciteacute du reacuteseau dans son ensemble en controcirclant les transits de
puissances Les dispositifs FACTS ne remplacent pas la construction de nouvelles lignes Ils
sont un moyen de diffeacuterer les investissements en permettant une utilisation plus efficace du
reacuteseau existant [28]
Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie [26]
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
48
II4) Classification des dispositifs FACTS
II41) Classification selon la geacuteneacuteration
Depuis les premiers compensateurs trois geacuteneacuterations de dispositifs FACTS ont vu le
jour Elles se distinguent par la technologie des semi-conducteurs et des eacuteleacutements de
puissance utiliseacutes
II411) Geacuteneacuteration I
Baseacutee sur les thyristors classiques Ceux-ci sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour enclencher
ou deacuteclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance reacuteactive dans les
transformateurs de reacuteglage
II412) Geacuteneacuteration II
Dite avanceacutee est neacutee avec lavegravenement des semi-conducteurs de puissance commander
agrave la fermeture et agrave louverture comme le thyristor GTO Ces eacuteleacutements sont assembleacutes pour
former les convertisseurs de tension ou de courant afin drsquoabsorber ou dinjecter des courants
(tensions) controcirclables dans le reacuteseau
II413) Geacuteneacuteration III
FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adapteacutee agrave chaque cas
Contrairement aux deux premiegraveres geacuteneacuterations celle-ci nutilisent pas des dispositifs
auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le reacuteseau
II42) Classification selon la cateacutegorie
Les dispositifs FACTS peuvent ecirctre classeacutes en trois cateacutegories figure (II4)
Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie
Dispositifs FACTS
Compensateurs shunt
Compensateurs seacuteries
Compensateurs hybrides
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
49
II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS
Le but de cette section est de donner une description bregraveve et de deacutefinir diffeacuterent shunt
seacuterie et combineacutes seacuterie-shunt dispositifs FACTS nous allons utiliser les termes et les
deacutefinitions drsquoIEEE [26]
a) Dispositifs FACTS Shunt
Compensateur statique de puissance reacuteactive (Static Var Compensator- SVC)
Un geacuteneacuterateur (ou absorbeur) statique drsquoeacutenergie reacuteactive shunt dont la sortie est ajusteacutee
en courant capacitif ou inductif afin de controcircler des paramegravetres speacutecifiques du reacuteseau
eacutelectrique typiquement la tension des nœuds Les sous-ensembles du SVC sont
Inductance Controleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Reactor-
TCR)
Une inductance placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele La valeur de
lrsquoinductance est continuellement changeacutee par lrsquoamorccedilage des thyristors
Condensateur Commuteacute par Thyristors (Thyristor-Switched
Capacitor- TSC)
Un condensateur placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele Les
thyristors fonctionnent en pleine conduction
Inductance Commuteacutee par Thyristors (Thyristor-Switched Reactor-
TSR)
Une inductance commuteacutee par thyristors dans le TSR les thyristors fonctionnent en
pleine conduction
Compensateur Statique Synchrone (Static Synchronous Compensator-
STATCOM)
Un geacuteneacuterateur synchrone fonctionnant comme un compensateur parallegravele de lrsquoeacutenergie
reacuteactive dont le courant capacitif ou inductif geacuteneacutereacute peut ecirctre controcircleacute seacutepareacutement de la
tension du systegraveme agrave courant alternatif
Geacuteneacuterateur Statique Synchrone (Static Synchronous Generator- SSG)
Un convertisseur de puissance statique agrave interrupteurs auto commuteacutes alimenteacute par une
source deacutenergie eacutelectrique approprieacutee et exploiteacute pour produire un ensemble ajustables de
tensions de sortie multi phases qui peut ecirctre coupleacute agrave un systegraveme de puissance alternatif dans
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
50
le but deacutechanger indeacutependamment la puissance controcirclable active et reacuteactive
Toutefois deux dispositifs particuliers peuvent ecirctre mis en eacutevidence
Systegraveme de Stockage par Batterie (Battery Energy Storage System-
BESS)
Un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie drsquoune source de nature chimique la conversion de la
tension de source est capable drsquoajuster rapidement lrsquoeacutenergie amont qui est fournit ou absorber
drsquoun systegraveme alternatif
Systegraveme de Stockage drsquoEacutenergie par Aimant Supraconducteur
(Superconducting Magnetic Energy Storage- SMES)
Un dispositif contenant des convertisseurs eacutelectroniques que rapidement injectent et ou
absorbent la puissance active et ou reacuteactive Le SMES sert principalement au controcircle
dynamique du flux de puissance dans les systegravemes eacutelectriques
Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var Generator
or Absorber- SVG)
Un dispositif eacutelectrique statique un eacutequipement ou un systegraveme qui est capable de tracer
un courant controcircleacute capacitif et ou inductif agrave partir dun systegraveme de puissance eacutelectrique et
ainsi geacuteneacuterer ou absorber la puissance reacuteactive Geacuteneacuteralement consideacutereacute pour consister en
connexion shunt Inductance controcircleacutee par thyristors etou condensateur commuteacute par
thyristors
Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var System- SVS)
Une combinaison de diffeacuterent compensateurs de puissance reacuteactive statiques et
meacutecaniquement commuteacutes dont les sorties sont coordonneacutes
Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Braking
Resistor- TCBR)
Une reacutesistance commuteacutee par thyristors et connecteacutee en parallegravele qui est controcircleacutee pour
aider le systegraveme de puissance agrave se stabiliser ou de minimiser lacceacuteleacuteration des puissances
drsquoune uniteacute geacuteneacuteratrice lors dune perturbation
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
51
b) Dispositifs FACTS seacuteries
La compensation seacuterie peut ecirctre utiliseacutee dans les systegravemes eacutenergeacutetiques pour la
commande du flux drsquoeacutenergie en reacutegime permanent En cas de lignes de transport avec une
capaciteacute thermique suffisante la compensation peut soulager des surcharges eacuteventuelles
sur drsquoautres lignes parallegraveles
Controcircleur de transit de puissance entre lignes (Interline Power Flow Controller-
IPFC)
Une combinaison de deux ou plusieurs compensateurs statiques seacuterie synchrone qui sont
relieacute entre eux via une liaison commune agrave courant continu pour faciliter lrsquoeacutecoulement
bidirectionnel de la puissance active entre les bornes alternatives des SSSC et sont controcircleacutes
pour fournir une compensation reacuteactive indeacutependante pour lrsquoeacutecoulement de puissance ajusteacute
dans chaque ligne et maintenir la distribution de lrsquoeacutecoulement de puissance reacuteactive deacutesireacute
entre les lignes
Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (Thyristor Controlled Series
Capacitor- TCSC)
Un compensateur agrave reacuteactance capacitif qui consiste en une seacuterie de condensateurs en
parallegravele avec des inductances commandeacutees par thyristor afin de pouvoir assurer une variation
homogegravene de la reacuteactance capacitive
Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (Thyristor Switched Series
Capacitor- TSSC)
Compensateur agrave reacuteactance capacitive qui est constitueacute drsquoun banc de capaciteacute seacuterie
shunteacute par une inductance commuteacutee par thyristor pour fournir un controcircle pas agrave pas de la
reacuteactance capacitive seacuterie
Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Series
Reactor- TCSR)
Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute de lrsquoinductance seacuterie shunteacute par
une inductance commandeacutee par thyristor afin de fournir une reacuteactance inductive seacuterie
leacutegegraverement variable
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
52
Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (Thyristor Switched Series Reactor-
TSSR)
Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute drsquoune inductance seacuterie shunteacutee par
une inductance commuteacutee par thyristor afin de fournir un controcircle pas agrave pas de la reacuteactance
inductive seacuterie
Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (Static Synchronous Series
Compensator- SSSC)
Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par
lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur Le SSSC agit sur le courant de ligne en inseacuterant une
tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou inductive Un
SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une ligne voire drsquoen
inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun condensateur ou
drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait que la tension
injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC preacutesente lrsquoavantage
de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante indeacutependamment du courant
c) Dispositifs FACTS hybrides (seacuterie ndashparallegravele)
Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (Unified Power Flow Controller- UPFC)
Une combinaison entre un STATCOM et un SSSC coupleacutes via une liaison agrave courant
continu pour permettre un eacutecoulement bidirectionnel de la puissance active entre la sortie du
SSSC et celle du STATCOM
Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Phase
Shifting Transformer- TCPST)
Transformateur deacutephaseur ajusteacute par un thyristor afin de fournir un angle de phase
rapidement variable Ce dispositif est eacutegalement appeleacute reacutegulateur drsquoangle de phase
commandeacute par thyristor (TCPAR -Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)
Reacutegulateur de puissance interphases (Interphase Power Controller- IPC)
Un controcircleur de la puissance active et reacuteactive connecteacute en seacuterie et comprenant dans
chaque phase des branches inductives et capacitives soumises agrave des tensions deacutephaseacutees
seacutepareacutement Les puissances active et reacuteactive peuvent ecirctre reacutegleacute indeacutependamment en ajustant
les deacutecalages de phase et ou les impeacutedances de branche agrave laide des commutateurs
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
53
meacutecaniques ou eacutelectroniques Dans le cas particulier ougrave lrsquoimpeacutedance inductive et capacitive
forment une paire conjugueacutee chaque terminal de lIPFC est une source passive de courant
deacutependant de la tension agrave lautre borne
d) Autres dispositifs FACTS
Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled voltage
Limiter- TCVL)
Une varistance agrave oxyde meacutetallique commuteacutee par thyristor utiliseacutee pour limiter la
tension agrave ses bornes durant les conditions transitoires
Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Voltage
Regulator- TCVR)
Un Transformateur commandeacute par thyristor qui peut fournir une tension variable dans
une phase avec un control continu
La figure (II5) preacutesente les diffeacuterents dispositifs qui peuvent controcircler certains variables
du systegraveme eacutelectrique
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
54
Dans la section qui suit nous allons deacutevelopper la preacutesentation du STATCOM et du
SSSC Il srsquoagit des dispositifs FACTS qui nous inteacuteresse particuliegraverement dans cette eacutetude et
que nous devons traiter pour une meilleure compreacutehension de la suite de ce meacutemoire
II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors
a) Dispositifs FACTS Shunt
Compensateur synchrone statique(STATCOM)
Un compensateur synchrone statique est constitueacute drsquoun convertisseur agrave source de
tension drsquoun transformateur de couplage et de la commande Dans cette application la source
drsquoeacutenergie agrave courant continue peut ecirctre remplaceacutee par un condensateur agrave courant
FACTS
Shunt
Thyristors GTO
Series
Thyristors GTO
Hybrides
Serie-Shunt
Autres FACTS
TCSC
TSSSC
GCSC
TCSR
IPFC
TSSR
SSSC
STATCOM
SSG
BESS
SMES SVC
TCR
TSC
TCBR
SVS
TSR
UPFC
TCPST
IPC
TCVR
TCPAR
TCPSR
TCVL
Figure II5 Classification des dispositifs FACTS
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
55
continue de sorte que lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie en reacutegime permanent entre le compensateur
statique et le systegraveme ca peut ecirctre uniquement reacuteactif comme illustreacute par la figure (II6)
119868119902 (est le courant de sortie du convertisseur) perpendiculaire agrave la tension du convertisseur
119881119894 (Lrsquoamplitude de la tension du convertisseur) et donc la sortie reacuteactive du convertisseur
sont reacuteglables [27]
Le convertisseur STATCOM
Produit les ondes rectangulaires de tension triphaseacutee eacutequilibreacutee Un compensateur
statique pouvant geacuteneacuterer ou absorber une puissance reacuteactive Il sagit du STATCOM
(Compensateur Statique) qui a connu jusqursquoagrave preacutesent sous diffeacuterents appellations
1 ASVC (Advanced Static Var Compensator)
2 STATCON (Static Condenser)
3 SVG (Static Var Generator)
4 SVC light (ABB)
5 SVC plus (SIEMENS)
Le principe de ce type de compensateur est connu depuis la fin des anneacutees 70 mais ce
nrsquoest que dans les anneacutees 90 que ce type de compensateur a connu un essor important gracircce
aux deacuteveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [27]
Le STATCOM possegravede plusieurs avantages par rapport aux compensateurs
conventionnels
La vitesse de reacuteaction la reacuteponse en moins drsquoun cycle agrave des variations de la
tension
Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
56
Lorsque la tension est basse il peut produire plus de puissance reacuteactive
notamment au moment ougrave lrsquoon a besoin drsquoune puissance reacuteactive consideacuterable
pour empecirccher la chute tension
Cependant le STATCOM de base engendre de nombreux harmoniques Il faut donc
utiliser pour reacutesoudre ce problegraveme des compensateurs multi-niveaux agrave commande MLI ou
encore installer des filtres
Le rocircle du STATCOM est drsquoeacutechanger de lrsquoeacutenergie reacuteactive avec le reacuteseau Pour ce
faire lrsquoonduleur est coupleacute au reacuteseau par lrsquointermeacutediaire drsquoune inductance qui est en geacuteneacuteral
lrsquoinductance de fuite du transformateur de couplage
Lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie reacuteactive se fait par le controcircle de la tension de sortie de
lrsquoonduleur 119881119904ℎ dont laquelle est en phase avec la tension du reacuteseau (Figure II7) Le
fonctionnement peut ecirctre deacutecrit de la faccedilon suivante
Si la tension 119881119904ℎ est infeacuterieure agrave la tension V le courant circulant dans lrsquoinductance est
deacutephaseacute de-π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant inductif (figure
II7a)
Si la tension119881119904ℎ est supeacuterieur agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est deacutephaseacute
de +π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant capacitif (figure II7b)
Si la tension 119881119904ℎ est eacutegale agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est nul et par
conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutechange drsquoeacutenergie
Lrsquoavantage de ce dispositif est de pouvoir eacutechanger de lrsquoeacutenergie de nature inductive ou
capacitive uniquement agrave lrsquoaide drsquoune inductance Contrairement au SVC il nrsquoy a pas
drsquoeacuteleacutement capacitif qui puisse provoquer des reacutesonances avec des eacuteleacutements inductifs du
119881119904ℎ
119881119904ℎ
119868119904ℎ V
V
a) Courant inductif b) Courant capacitif
Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM
119868119904ℎ
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
57
reacuteseau La caracteacuteristique statique de ce convertisseur est donneacutee par la figure (II8) Ce
dispositif a lrsquoavantage contrairement au SVC de pouvoir fournir un courant constant
important mecircme lorsque la tension V diminue
Le STATCOM permet le mecircme controcircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce
dispositif est capable de deacutelivrer la puissance reacuteactive mecircme si la tension au jeu de barres
(nœud de connexion) est tregraves faible dapregraves sa caracteacuteristique on constate que le courant
maximal du STATCOM est indeacutependant de la tension du nœud
Pour un STATCOM ideacuteal nayant pas des pertes actives leacutequation (II2) deacutecrit le
transfert de puissance reacuteactive dans le reacuteseau eacutelectrique [5]
119876119904ℎ =|⋁ 2
119896 |
Xshminus
|Vk||Vsh|
Xshcos( 120579119896 minus 120579119904ℎ) =
|⋁ 2119896 |minus
Xsh
|Vk||Vsh|
Xsh
Si |119881119896| gt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne positive et le STATCOM absorbe la puissance reacuteactive
Si |119881119896| lt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne neacutegative et le STATCOM fournie la puissance reacuteactive
Deacutepassement
transitoire en
fonctionnement
Deacutepassement
transitoire en
fonctionnement
Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM
119868119904ℎ
119868119898119886119909 119868119898119894119899
Capacitif Inductif
V
(II2)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
58
b) Dispositifs FACTS Seacuteries
Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC)
Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par
lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur (figure II9) Le SSSC agit sur le courant de ligne en
inseacuterant une tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou
inductive Un SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une
ligne voire drsquoen inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun
condensateur ou drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait
que la tension injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC
preacutesente lrsquoavantage de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante
indeacutependamment du courant [26]
Ce type de compensateur seacuterie (Compensateur Synchrone Statique Seacuterie) est le plus
important dispositif de cette famille Il est constitueacute drsquoun onduleur triphaseacute coupleacute en seacuterie
avec la ligne eacutelectrique agrave laide dun transformateur Ce dispositif possegravede des avantages si
lrsquoon compare avec le TCSC
Elimination des composants passifs (inductance et capaciteacutes)
Une aptitude symeacutetrique dans les deux modes (inductif et capacitif)
Son rocircle est drsquointroduire une tension triphaseacutee agrave la freacutequence du reacuteseau en seacuterie avec la
ligne de transport
Figure II9 Scheacutema de base du SSSC
Transformateur
seacuterie
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
59
Nous pouvons dans ce cas reacutegler continuellement la valeur apparente de la capaciteacute ou
de lrsquoinductance ainsi introduite dans la ligne Lrsquoavantage de ce dispositif est de ne pas
introduire physiquement un condensateur ou une inductance mais de simuler leurs fonctions
Cela eacutevite lapparition des oscillations dues agrave la reacutesonance avec les eacuteleacutements inductifs du
reacuteseau La caracteacuteristique statique drsquoun Compensateur Synchrone Statique Seacuterie est preacutesenteacutee
par la figure (II10)
Si lon utilise un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie le SSSC peut agrave ce moment lagrave eacutechanger
de la puissance active avec la ligne eacutelectrique Ceci peut contribuer agrave ameacuteliorer la stabiliteacute du
reacuteseau Dans ce cas la tension 119881119887 nrsquoest pas obligatoirement en quadrature avec le courant de
ligne
Principe de fonctionnement de SSSC
Le SSSC injecte en seacuterie une tension alternative avec une amplitude et un angle de
phase reacuteglable dans la ligne de transport agrave lrsquoaide drsquoun transformateur seacuterie Le SSSC peut
produire ougrave absorber de la puissance reacuteactive suivant la commande de convertisseur statique
il permet drsquoassurer une compensation shunt indeacutependante agrave la ligne de transport Il fourni ou
absorbe la puissance reacuteactive neacutecessaire localement et produit de la puissance active comme
reacutesultat de lrsquoinjection en seacuterie drsquoune tension [21]
Le principe de fonctionnement peut ecirctre expliqueacute par la figure (II11)
Figure II10 Caracteacuteristique statiques du SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
60
Le SSSC deacutelivre une tension triphaseacutee 119881119904119890 agrave la freacutequence du reacuteseau en quadrature (
90 ) avec le courant de la ligne et controcirclable afin daugmenter ou diminuer la tension agrave
travers la ligne repreacutesenteacutee par sa reacuteactance 119883119897 selon le mode de compensation capacitif ou
inductif respectivement (figure II12) mais comme la reacuteactance de la ligne ne varie pas
reacuteellement cest le courant dans la ligne qui sera affecter par cette variation et par
conseacutequence les puissances correspondante
Ideacutealement la tension 119881119904119890 est agrave 90 du courant de la ligne ce qui fait quaucun eacutechange
de la puissance active nrsquoest entre le reacuteseau et le SSSC Pratiquement il y a toujours une petite
composante de cette tension 119881119904119890 en phase avec le courant 119868119897 qui geacutenegravere une petite quantiteacute de
la puissance active pour couvrir les pertes dans le convertisseur
On peut expliquer les diffeacuterents modes de compensation capacitive et inductive en ce
reacutefeacuterant aux diagrammes vectoriels de la figure (II13) qui suit en admettant le scheacutema
eacutequivalent dun SSSC installeacute dans un reacuteseau eacutelectrique simple repreacutesenteacute sur la figure (II12)
Figure II11 Principe de fonctionnement de SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
61
bull
Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du
reacuteseau
Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du
reacuteseau (eacutetat deacutequilibre) la tension au borne de la reacuteactance effective 119881119909119890119891119891
est eacutegale agrave la tension aux bornes de la ligne de transport sans compensation
la ougrave le degreacute de compensation K est nul K = 119881119902
119881119894 x 100 avec 119883119902 =
119881119902
119868119894
Dans le mode de compensation inductif le courant de la ligne 119868119897 diminue en
augmentant le degreacute de compensation K de 0 agrave 100 Du diagramme (b)
on voit que pour maintenir 119881119904 119881119903 et constants la variation dans
lamplitude de 119881119904119890 se reacutepercute directement sur la tension 119881119897 et chaque
Figure II12 Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple
Figure II13 Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
62
augmentation dans 119881119904119890 entraicircne une diminution dans 119881119897 et par conseacutequence
dans le courant 119868119897
En mode capacitif le courant dans la ligne augmente avec laugmentation du
niveau de compensation la tension 119881119904119890 injecteacutee en anti-phase avec la tension
119881119897 (- 90deg en arriegravere du courant 119868119897 ) force la tension 119881119897 agrave augmenter pour
garder langle de charge constant ainsi que les tensions aux extreacutemiteacutes de la
ligne (figure II12c) [37]
II6) Coucirct des dispositifs FACTS [29]
Mis agrave part les avantages techniques apporteacutes par les FACTS drsquoautres critegraveres lieacutes au
coucirct doivent ecirctres pris en consideacuteration dans la deacutecision drsquoinstaller un dispositif Sur le plan
eacuteconomique le critegravere geacuteneacuteralement adopteacute dans lrsquoeacutevaluation des beacuteneacutefices obtenus par un
FACTS est que lrsquoaccroissement des revenues doit exceacuteder les coucircts drsquoexploitations de
maintenance et drsquoamortissement de lrsquoinstallation
Le coucirct drsquoune installation FACTS deacutepend principalement des facteurs tels que
Les performances requises
La puissance de lrsquoinstallation
Le niveau de tension du systegraveme
La technologie du semi-conducteur utiliseacute
Controcircleurs FACTS Coucirct (US$)
Condensateur Shunt 8$Kvar
Condensateur Seacuterie 20$ Kvar
SVC 40$Kvar
TCSC 40$Kvar
STATCOM 50$Kvar
UPFC Partie Seacuterie 50$Kvar
UPFC Partie Shunt 50$Kvar
Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
63
II7) Synthegravese des dispositifs FACTS
Les diffeacuterents dispositifs FACTS preacutesenteacutes dans ce chapitre possegravedent tous leurs propres
caracteacuteristiques tant en reacutegime permanent quen reacutegime transitoire Chaque type de dispositif
sera donc utiliseacute pour reacutepondre agrave des objectifs bien deacutefinis Des consideacuterations eacuteconomiques
entreront eacutegalement dans le choix du type dinstallation agrave utiliser Le tableau (II2) syntheacutetise
les principaux beacuteneacutefices techniques des nouvelles technologies de FACTS Le nombre +
est proportionnel agrave lefficaciteacute du dispositif
II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie
des dispositifs FACTS [29]
A Les avantages des dispositifs FACTS
Controcircle le transit de la puissance active
Augmente la seacutecuriteacute des systegravemes eacutenergeacutetiques (augmentation de la limite de la
stabiliteacute transitoire amortissement des oscillations hellip)
Reacuteduit le transit de lrsquoeacutenergie reacuteactive
Optimise les puissances geacuteneacutereacutees donc reacuteduit le coucirct de production de lrsquoeacutenergie
Agir comme filtre actif
Ameacutelioreacutee lrsquointerconnexion et lrsquoeacutechange eacutenergeacutetique
Dispositif
Controcircle du
transit de
puissance
Controcircle
de la
tension
Stabiliteacute
transitoire
Stabiliteacute
statique
STATCOM + +++ ++ ++
SSSC ++ + +++ ++
IPFC +++ ++ +++ ++
Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS [14]
+ Petite ++ Moyenne +++Forte
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
64
B Les inconveacutenients
Lrsquointroduction des harmoniques du reacuteseau eacutelectrique ce qui le rend pollueacute cest-agrave- dire le
signal sera tendu et non sinusoiumldale Il rend le reacuteseau vulneacuterable agrave la surtension ducirce aux
commutations reacutepeacutetitives
C Les contraintes des dispositifs FACTS
Les dispositifs FACTS sont consideacutereacutes comme des solutions pour aider les systegravemes
eacutelectriques mais ils preacutesentent des inconveacutenients en plus qursquoils ne sont pas une solution
universelle ils existent plusieurs contraintes pour que ces dispositifs soient efficaces et
rentables [30]
o Le choix du FACTS
o Le choix du modegravele du FACTS
o Choix de la localisation des FACTS
o Protection pour les FACTS et pour le reacuteseau
o Interactions entre les dispositifs FACTS et les autres eacuteleacutements
Nous avons deacutecideacute pour la suite de notre travail de ne pas eacutetudier lrsquoimpact de chaque
cateacutegorie des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique Notre choix srsquoest porteacute sur lrsquoeacutetude du
Compensateur Statique Synchrone (STATCOM) et du Conpensateur statique seacuterie
synchrone (SSSC)Il nous a sembleacute raisonnable drsquoessayer drsquoanalyser lrsquoimpact de la
compensation shunt et de la compensation seacuterie de faccedilon seacutepareacutee avant de regrouper lrsquoeacutetude
de ces concepts FACTS agrave lrsquoaide de la compensation hybride
II9) Conclusion
Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre en premier lieu le concept FACTS ainsi nous
avons donneacute une bregraveve description et des deacutefinitions des divers types de dispositifs FACTS
Cette description est adopteacutee comme classification universelle des systegravemes FACTS La
plupart dentre eux sont deacutejagrave en service dans la pratique Si aujourdhui les FACTS sont encore
peu utiliseacutes par rapport agrave leur potentiel les eacutevolutions techniques de leacutelectronique de
puissance vont rendre les solutions FACTS de plus en plus compeacutetitives face aux
renforcements des reacuteseaux le contexte algeacuterien a eacuteteacute abordeacute ainsi que la conception et le
fonctionnement des 2 dispositifs retenus pour cette eacutetude
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
65
Nous avons choisi deacutetudier le STATCOM et le SSSC comme dispositifs FACTS pour
controcircler et ameacuteliorer la tension et la puissance reacuteactive Le chapitre suivant (chapitre III) sera
deacutedieacute agrave la modeacutelisation des systegravemes FACTS
66
Chapitre 3
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
67
Dans le but drsquoeacutetudier lrsquoimpact des FACTS sur lrsquoameacutelioration de tension des reacuteseaux
eacutelectriques des modegraveles approprieacutes sont neacutecessaires agrave deacutevelopper Nous tenons agrave mentionner
que plusieurs logiciels incorporent ces modegraveles Dans ce chapitre nous allons preacutesenter les
modegraveles matheacutematiques du STATCOM et du SSSC retenus au chapitre II
III1) Introduction
Pour pouvoir observer limpact des dispositifs FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique il est
neacutecessaire de les repreacutesenter par des modegraveles Ceux-ci sont ensuite inteacutegreacutes dans des
programmes de calcul permettant de simuler leurs effets sur lensemble du systegraveme
Plusieurs modegraveles de FACTS ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes tant pour des reacutegimes de
fonctionnement stationnaire que dynamique Certains modegraveles sont speacutecifiques agrave un type de
dispositif alors que dautres plus geacuteneacuteraux sont utiliseacutes pour repreacutesenter plusieurs FACTS
Dans le cadre de ce meacutemoire et plus preacuteciseacutement le chapitre quatre cest lrsquoimpact des
dispositifs FACTS sur le reacuteseau de transport qui est eacutetudieacute Dans ce contexte nous nous
restreignons agrave leacutetude de lrsquoeffondrement de tension et plus particuliegraverement aux effets des
FACTS sur la stabiliteacute des tensions
La modeacutelisation des FACTS est effectueacutee sur la base des eacuteleacutements utiliseacutes dans les
calculs de lrsquoeacutecoulement de puissance Ce sont plus particuliegraverement les geacuteneacuterateurs les
charges les eacuteleacutements shunt ainsi que les lignes et les transformateurs
III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS [26]
III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs
Les geacuteneacuterateurs sont des eacuteleacutements qui permettent la conversion de leacutenergie (meacutecanique
photonique chimique) vers une forme eacutelectrique Ils peuvent fournir ou consommer de
leacutenergie active ou reacuteactive et ils peuvent maintenir un niveau de tension deacutesireacutee
Un geacuteneacuterateur peut ecirctre consideacutereacute comme une source de puissance active et reacuteactive qui
peut maintenir une tension de consigne Agrave cause de facteurs comme la limite thermique du
rotor celle du stator et la limite de stabiliteacute au reacutegime permanent le fonctionnement dun
geacuteneacuterateur est limiteacute en puissance active ainsi quen puissance reacuteactive Ainsi un geacuteneacuterateur
peut ecirctre modeacuteliseacute dans le calcul drsquoeacutecoulement de puissance par le scheacutema de la figure (III1)
Dans lrsquoanalyse de lrsquoeacutecoulement de puissance les geacuteneacuterateurs sont modeacuteliseacutes comme des
injecteurs de courants La puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur est reacutegleacutee agrave travers le
controcircle de la turbine qui doit ecirctre dans les limites de la capaciteacute du systegraveme turbine
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
68
geacuteneacuterateur La tension est lieacutee principalement agrave lrsquoinjection de la puissance reacuteactive au jeu de
barres de production et comme le geacuteneacuterateur doit fonctionner dans les limites de sa courbe de
capaciteacute reacuteactive il nrsquoest pas possible de reacutegler la tension en dehors de certaines limites
admissibles
Avec
Si Puissance apparente complexe
PGi Puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i
QGi Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i
V i Tension complexe au nœud i
δi Deacutephasage de la tension au nœud i
Les limites de production des geacuteneacuterateurs sont deacutefinies par
PGimin le PGi le PGimax
QGimin le QGi le QGimax
Dans les calculs de transit de puissance la puissance PGi est prise constante et la
tension V i peut ecirctre maintenue en module agrave une valeur consigne constante La phase δi et la
puissance reacuteactive quand agrave elles deacutependent de leacutetat du reacuteseau Lorsque QGi deacutepasse une de ces
limites sa valeur est fixeacutee agrave cette valeur limite et la tension ne peut plus ecirctre controcircleacutee Le
nœud nest plus consideacutereacute comme geacuteneacuterateur mais comme une charge
120575119894
119878119894 i 119881 119894
119875119866119894 119876119866119894
119876119866119894
Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur
(III1)
(III2)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
69
III22) Modegraveles des charges [26]
Les charges repreacutesentent les consommateurs connecteacutes au reacuteseau (figure III2) Elles
correspondent agrave des injections neacutegatives aux nœuds Les charges sont modeacuteliseacutees par des
puissances constantes indeacutependantes de la tension nodale
SLi = PLi + j QLi
Ougrave
SLi La puissance complexe de la charge
PLi La puissance active
QLi La puissance reacuteactive
La puissance reacuteactive QLi peut ecirctre positive ou neacutegative selon que la charge est de nature
inductive ou capacitive respectivement
III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt [26]
Dans la plupart des cas les eacuteleacutements shunt sont des dispositifs destineacutes agrave la
compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive et la tenue de la tension chaque eacuteleacutement connecteacute au
reacuteseau sera modeacuteliseacute par des admittances 1199101198940 de la forme
1199101198940 = 1198921198940 + 1198951198871198940
Le symbole geacuteneacuteral repreacutesentant un eacuteleacutement shunt est donneacute agrave la figure III3a La
susceptance 1198871198940 peut ecirctre inductive ou capacitive Dans le premier cas leacuteleacutement consomme de
la puissance reacuteactive (fig III3b) alors quil en fournit au systegraveme dans le second (fig III3c)
Les modegraveles des dispositifs FACTS preacutesenteacute dans la section suivante sont baseacutes sur une
(III3)
Figure III2 Modegravele des charges
PLi QLi
i
(III4)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
70
simple modification des eacuteleacutements approprieacutes de 119884
III24) Modegraveles de la ligne [26]
Les lignes sont deacutefinies par leur scheacutema en 120587 (figure III4) qui caracteacuterise en geacuteneacuteral les
lignes moyennes dont les paramegravetres sont la reacutesistance r la reacuteactance 119909 = 119871 ω et la
susceptance b =119862120596 Dans le cas des lignes longues on peut toujours se ramener agrave un scheacutema
eacutequivalent en 120587 Les lignes de transport sont modeacuteliseacutees par leur scheacutema en 120587 classique dans
lequel la conductance transversale est neacutegligeacutee
La matrice dadmittance nodale dune ligne reliant un nœud i agrave un nœud k est donneacute par
lrsquoeacutequation (III5)
Y = (
yik+
yik0
2
minusyik
minusyik yik + yik0
2
)
Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt a) symbole b) eacuteleacutement
inductif c) eacuteleacutement capacitif
c) eacuteleacutement capacitif
(III5)
i 119909119894119896 119903119894119896 k
119887119894119896119900
2
119887119894119896119900
2
Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
71
Ougrave ladmittance longitudinale yik vaut
yik = 1
rik + j 120013ik
Avec
rik Reacutesistance longitudinale de la ligne
120013ik Reacuteactance longitudinale de la ligne
Ladmittance transversale correspondant aux effets capacitifs seacutecrit
yik0 = j119887ik0
Avec
119887ik0 Sousceptance transversale de la ligne
III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques [32]
Chaque nœud est caracteacuteriseacute par quatre variables Pi Qi Vi θi Si on connaicirct deux des
quatre variables nous permettent de deacuteterminer les deux autres agrave partir des eacutequations
principales de leacutecoulement de puissance En pratique le problegraveme se pose autrement Pour
cela il faut classifier les nœuds du systegraveme comme suit (Tableau III1)
Nœud de charge (P-Q) Pour ce type de nœuds on associe geacuteneacuteralement les charges
Ces derniegraveres sont caracteacuteriseacutees par la consommation des puissances active et reacuteactive
On peut aussi associer des geacuteneacuterateurs avec des puissances active et reacuteactive fixeacutees
Les variables agrave deacuteterminer sont le module et la phase de la tension
Nœud geacuteneacuterateur (P-V) Pour ce type de nœuds on associe les centrales de
production On speacutecifie la puissance active et le module de la tension Les variables agrave
deacuteterminer sont la phase de la tension et la puissance reacuteactive
Nœud bilan (slack bus) Pour ce type de nœud on associe la centrale de production la
plus puissante Dans un nœud k (nœud de reacutefeacuterence ou slack bus) on speacutecifie la phase
et le module de la tension Les valeurs agrave deacuteterminer sont les puissances actives et
reacuteactives
(III6)
(III7)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
72
III26) Modegraveles du transformateur
Les transformateurs sont repreacutesenteacutes par leur impeacutedance connecteacutee en seacuterie avec un
transformateur ideacuteal (figure III5) Le rapport de transformation est reacuteel pour un
transformateur classique alors quil est complexe dans le cas dun transformateur deacutephaseur
De maniegravere geacuteneacuterale le rapport de transformation complexe μik
est deacutefini par
μik
=Ui
Um
avec
Ui Tension complexe au nœud i
Um Tension complexe au nœud m
III27) Modegraveles de la machine synchrone
Nœuds Puissances actives Puissances reacuteactives Module de Tension Lrsquoangle de phase
Nœud (PQ) Connue Connue Inconnue Inconnue
Nœud (PV) Connue Inconnue Connue Inconnue
Nœud (slack
bus)
Inconnue Inconnue Connue Connue
Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme
(III8)
Si i
Ii Im
Um
119898
119903119894119896 Ik
Uk
119909119894119896
Ui μik 1
119896
Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
73
(III10)
La fem de la machine synchrone est donneacutee par la relation suivante
Ersquo = 119881119904+119903119886119868119904+j119883119889119868119904
Ersquo fem transitoire de la machine synchrone
119881119904 Tension aux bornes de la machine
119868119904 courant de la machine
119903119886 Reacutesistance statorique de la machine
119883119889 Reacuteactance transitoire de la machine
La repreacutesentation de la machine synchrone utiliseacutee pour la solution du reacuteseau et le diagramme
de phase sont scheacutematiseacutes dans la figure suivante
Les composantes de la tension 119881119904 aux bornes de la machine suivant les axes d-q sont
119881119889 = 119864prime119889 minus 119903119868119889 minus 119883prime
119902 119868prime119902
119881119902 = 119864prime119902 minus 119903119868119902 + 119883prime119889 119868prime119889
III28) Modeacutelisation du STATCOM
(III9)
Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone
(III11)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
74
(III12)
(III13)
Le STATCOM appartient agrave la deuxiegraveme geacuteneacuteration des dispositifs FACTS Selon
lIEEE Le STATCOM est un moyen de compensation dynamique connecteacute en parallegravele au
systegraveme eacutelectrique il est baseacute sur lrsquoinjection drsquoun courant AC controcircleacute agrave travers un
transformateur de couplage La structure de base drsquoun STATCOM ayant le scheacutema qui est
montreacute par la figure (III7) [33]
En geacuteneacuteral la tension du STATCOM 119881119904ℎest injecteacutee en phase avec la tension 119881119903 de la
ligne et dans ce cas il n y a pas deacutechange de leacutenergie active avec le reacuteseau mais seulement la
puissance reacuteactive qui sera injecteacutee (ou absorbeacutee) par le STATCOM Le STATCOM a le
mecircme rocircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce dispositif capable de deacutelivrer la
puissance reacuteactive mecircme si la tension de jeu de barre de connexion est faible Avec
lhypothegravese dun STATCOM ideacuteal (convertisseur sans pertes) la contrainte de fonctionnement
que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas eacutechanger la puissance active avec le reacuteseau
La tension du STATCOM est donneacute par
119864119904ℎ = 119881119904ℎ(119888119900119904120575119904ℎ + 119895119904119894119899120575119904ℎ)
Le courant injecteacutee par le STATCOM est donneacute par
119868119904ℎ =119881119904ℎ minus 119881119894
119895119883119894
Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
75
(III14)
(III15)
(III16)
(III17)
La puissance de transmission entre les deux systegravemes peut ecirctre repreacutesenteacutee par
La puissance active transmis
119875 = 119881119894119881119904ℎ
119883 119904119894119899(120575119894minus120575119904ℎ)
La puissance reacuteactive transmis
119876 =119881119894
2
119883minus
119881119894119881119904ℎ
119883 cos (120575119894120575119904ℎ)
Ougrave 119881119894119881119904ℎ est la tension aux nœuds (120575119894120575119904ℎ) lrsquoangle entre la tension et X impeacutedance de la
ligne Apregraves lrsquoexeacutecution de quelques opeacuterations complexes les eacutequations de puissance active
et reacuteactive sont obtenues comme suit
119875119904ℎ = 1198811198942119892119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ) + 119887119904ℎ119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ))
119876119904ℎ = minus1198811198942119887119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ) minus 119887119904ℎ119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ))
Avec 119892119904ℎ + 119895119887119904ℎ = 1119885119904ℎ
frasl
119892119904ℎ Conductance eacutequivalente du STATCOM
119887119904ℎ Susceptance eacutequivalente du STATCOM
119885119904ℎ Impedance eacutequivalente du STATCOM
III29) Modeacutelisation du SSSC
Le SSSC peut acqueacuterir un eacuteleacutement de stockage drsquoeacutenergie pour une compensation de la
puissance active momentaneacutement qui reacutesulte dans un maintien efficace de la stabiliteacute du
reacuteseau eacutelectrique Un SSSC est donc modeacuteliseacute comme une source de tension en seacuterie la figure
(III8) montre un SSSC inseacutereacute dans un reacuteseau agrave deux machines et son diagramme vectoriel des
tensions [33]
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
76
(III18)
(III19)
(III20)
(III21)
(III22)
(III23)
A partir du diagramme vectoriel on peut voir que la tension injecteacutee en seacuterie controcircle
directement la tension agrave travers lrsquoinductance X de la ligne qui en la augmentant reacutesulte en
une augmentation dans la valeur du courant et par conseacutequence une augmentation dans la
puissance transmissible agrave travers la ligne Ce fonctionnement est similaire agrave une compensation
seacuterie par un condensateur Si on eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant
de la ligne on obtient le mecircme reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un
condensateur
119880= -j119883119862 119868
Avec 119883119862 qui repreacutesente la reacuteactance capacitive du condensateur Mais comme le SSSC
est une source de tension il peut alors maintenir une tension constante puisque il controcircle
indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC peut augmenter ou diminuer le
flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant la tension injecteacutee en seacuterie agrave la
ligne Comme le SSSC est une source reacuteactive la tension geacuteneacutereacutee est perpendiculaire au
courant de la ligne ce courant est
119868 =1198801minus119880119902minus1198802
119895119883
119920 =120783
119947119935(( 119880120783 minus 119880120784) minus 119880119954
(119880120783minus119880120784)
|119880120783minus119880120784|)
119920 =119947(119880120783minus119880120784)
119935(120783 minus
119880119954
|119880120783minus119880120784|)
Cette eacutequation montre qursquoagrave lrsquoabsence du SSSC la chute de tension agrave travers X
est ( 1198801
minus 1198802
) Si on prend 1198802 Comme reacutefeacuterence du SSSC
1198802
= U2
et
Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
77
(III24)
(III25)
1198801=1198801(119888119900119904120575 + 119895119904119894119899120575)
Si on prend par consideacuteration que
|119880120783
minus 119880120784
| = radic119880120783120784 + 119932120784
120784 minus 120784119932120783119932120784119940119952119956120633
Ce qui nous donne la puissance agrave travers la ligne
P = 11988011198802119904119894119899120575
119883(1 minus
119880119902
radic11988012+1198802
2minus211988011198802119888119900119904120575
)
Par conseacutequent la puissance transmise P est une fonction de la tension injecteacutee La
puissance transmise en fonction de lrsquoangle δ
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
78
III3) Conclusion
Dans ce chapitre nous avons modeacuteliseacute les diffeacuterents composants du reacuteseau eacutelectrique agrave
savoir les lignes de transport les transformateurs et les charge les machines
synchroneshellipetc
Des modegraveles simplifieacutes de deux diffeacuterents types de FACTS agrave savoir le STATCOM et le
SSSC baseacute sur la modification de la matrice admittance 119884 et suitable pour lrsquoeacutetude du controcircle
du power flow et la reacutegulation de la tension ont eacuteteacute deacutemontreacutees dans ce chapitre Les deux
modegraveles ont eacuteteacute observeacutes dans la litteacuterature Agrave cet effet une bregraveve preacutesentation des approches
existantes agrave des modegraveles de ces deux dispositifs FACTS ont eacuteteacute fournis Les modegraveles
seacutelectionneacutes sont faciles agrave impleacutementer dans les logiciels du power flow comme le PSAT Au
chapitre suivant crsquoest lrsquoimpact du STATCOM et du SSSC sur lrsquoeffondrement de tension qui
sera analyseacute
79
Chapitre 4
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
80
IV1) Introduction
Le transfert de puissance au travers drsquoun reacuteseau eacutelectrique srsquoaccompagne de chutes de
tension entre les points de production et ceux de consommation Dans des conditions
normales de fonctionnement ces chutes de tension sont de lrsquoordre de quelque pour cents de la
tension nominale Une des preacuteoccupations des planificateurs et des exploitants est de srsquoassurer
que les tensions aux diffeacuterents jeux de barres du reacuteseau demeurent malgreacute tout dans des
limites prescrites speacutecialement dans des conditions de forte charge etou suite agrave des incidents
plausibles Dans certaines circonstances cependant dans les secondes ou dans les minutes qui
suivent lrsquoapparition drsquoune perturbation les tensions peuvent deacutecroitre de maniegravere
catastrophique agrave tel point que la puissance ne peut plus ecirctre achemineacutee correctement aux
consommateurs et que lrsquointeacutegriteacute du systegraveme peut ecirctre mise en danger
Le meacutecanisme qui sous-tend cet affaissement des tensions est lrsquoinstabiliteacute de tension et
la catastrophe qui en reacutesulte est lrsquoeffondrement de tension [34]
En termes simples lrsquoinstabiliteacute de la tension provient drsquoun comportement des charges
qui tend agrave ramener la consommation de puissance de celles-ci au-delagrave de ce que peuvent
fournir ensemble le reacuteseau de transport et les geacuteneacuterateurs
Dans de nombreux reacuteseaux agrave travers le monde lrsquoinstabiliteacute de tension est consideacutereacutee
comme une source majeure de deacutefaillance au moins aussi importante que les surcharges
thermiques drsquoeacutequipements (et le risque associeacute de deacuteclenchements en cascade) ou lrsquoinstabiliteacute
angulaire (perte de synchronisme entre geacuteneacuterateurs) connues depuis plus longtemps
Plusieurs facteurs contribuent agrave cet eacutetat de fait
- comme on le sait la construction de nouvelles lignes eacutelectriques est de
plus en plus difficile souvent retardeacutee et parfois impossible
- la concentration de la production dans ces centrales de plus en plus
puissantes a diminueacute le nombre de points tenus en tension dans le reacuteseau et
augmenteacute les distances eacutelectriques entre centres de production et de consommation
Certes lrsquoeacutemergence de la production deacutecentraliseacutee va quelque peu inverser cette
tendance en rapprochant producteurs et consommateurs Encore faut ndashil que ces
sources drsquoeacutenergie fournissent les services auxiliaires que sont la reacutegulation de
tension et la mise agrave disposition drsquoune reacuteserve de puissance reacuteactive
- lrsquousage massif de condensateurs shunt pour soutenir le profil de tension
permet de transporter de plus grandes quantiteacutes de puissance mais rapproche le point
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
81
drsquoinstabiliteacute des plages de fonctionnement normal
- lrsquoinstabiliteacute de tension est souvent deacuteclencheacutee par la perte
drsquoeacutequipements de transport et ou de production incidents dont la probabiliteacute
drsquoapparition est relativement eacuteleveacutee (compareacutee par exemple agrave celle du court-circuit
triphaseacute consideacutereacute en stabiliteacute transitoire angulaire)
- lrsquoouverture du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute incite agrave faire fonctionner les
reacuteseaux plus pregraves de leurs limites physiques pour des raisons de rentabiliteacute
eacuteconomique Plus encore que par le passeacute il est donc neacutecessaire drsquoeacutevaluer ces
limites en particulier vis ndashagrave vis du risque drsquoinstabiliteacute de tension
IV2) Outils de simulation
Plusieurs outils de simulation ont eacuteteacute utiliseacutes dans lrsquoanalyse et lrsquoeacutetude des reacuteseaux
eacutelectriques tels que (Matlab EMTP Etap PowerWorld PSAThellip etc) Ces logiciels
permettent de nous renseigner sur les diffeacuterents facteurs drsquoun reacuteseau eacutelectrique et agrave simuler les
diffeacuterents cas pour avoir les paramegravetres du reacuteseau Ces derniers utilisent les mecircmes
concepts Dans ce meacutemoire le logiciel PSAT est utiliseacute pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de
tension drsquoun reacuteseau de transport
PSAT est un logiciel librement distribueacutes conccedilu par Federico Milano baseacute sur
MATLAB pour lanalyse et lrsquooptimisation des reacuteseaux eacutelectriques Lrsquointerface graphique
interactive du PSAT permet agrave lrsquoutilisateur drsquoeffectuer les fonctions statiques et dynamiques
suivantes [35]
Calcul drsquoeacutecoulement de puissance (Power Flow- PF)
Calcul drsquoeacutecoulement de puissance Optimal (Optimal Power Flow- OPF)
Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation Power Flow- CPF)
Analyse de la stabiliteacute de petites perturbations (Small Signal Stability Analysis-
SSSA)
Simulation temporelle (Time Domaine Simulation- TDS)
Analyse transitoire drsquoeacutelectromagneacutetique (Electro Magnetic Transient Analysis-
EMT)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
82
Interface graphique (Graphical User Interface- GUI)
Eacutediteur de reacuteseau graphique (Graphical Network Editor- GNE)
Toutes les opeacuterations de PSAT peuvent ecirctre reacuteparties en deux genres drsquoanalyse
- La premiegravere analyse est de reacutesoudre les problegravemes de lrsquoeacutecoulement de puissance
Cette application srsquoeffectue dans une page de commande ou un eacutediteur comme
montre la figure (IV1)
- La seconde analyse est drsquoimplanter le reacuteseau agrave eacutetudier en utilisant une bibliothegraveque
de Simulink qui contient de nombreux modegraveles pour lrsquoimplantation des systegravemes
eacutelectriques comme montreacute dans la figure (IV2)
IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques
La deacutefinition et les types de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques sont repreacutesenteacutes dans le
chapitre I
Durant les derniegraveres deacutecennies la stabiliteacute de tension dans les systegravemes dalimentation
est devenue un vaste champ de recherches Les pheacutenomegravenes dinstabiliteacute en tension peuvent
srsquoeacutetendre dans une plage de temps allant de quelques secondes agrave quelques heures et ont eacuteteacute
eacutetudieacutes en utilisant une varieacuteteacute de modegraveles statiques et dynamiques y compris les reacutegulateurs
et les dispositifs eacutelectroniques de puissance
Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
83
Les sujets pertinents pour le marcheacute de leacutelectriciteacute et pour les techniques optimales
deacutecoulement de puissance sont geacuteneacuteralement les pheacutenomegravenes drsquoeffondrement de tension
reacutesultant des variations de charge et des opeacuterations de commutation Lrsquoeffondrement de
tension est geacuteneacuteralement la conseacutequence de laugmentation de la charge dans les systegravemes
caracteacuteriseacutes par des conditions de chargement lourd et ou lorsque survient une modification
dans le systegraveme comme une ligne hors service Le reacutesultat est geacuteneacuteralement que le point de
fonctionnement actuel qui est stable laquodisparaicirctraquo et le systegraveme transitoire suivant conduit agrave
une rapide irreacutecupeacuterable baisse de tension
IV31) Facteur de charge et les directions de puissance [34]
Loutil analytique le plus accepteacute pour lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes de lrsquoeffondrement de
tension est la theacuteorie de la bifurcation qui est une theacuteorie matheacutematique geacuteneacuterale capable de
classer les instabiliteacutes drsquoeacutetudier le comportement du systegraveme dans le voisinage
drsquoeffondrement ou des points instables et de donner une information quantitative sur les
actions correctives pour eacuteviter les conditions critiques
Dans la theacuteorie de la bifurcation il est supposeacute que les eacutequations du systegraveme deacutependent
dun ensemble de paramegravetres avec des variables deacutetat comme suit
0 = 119891 (120013 λ)
avec
119891 Eacutequation de lrsquoeacutecoulement de puissance
120013 Variables deacutependantes
120582 Facteur de charge
Alors les proprieacuteteacutes de la stabiliteacute instabiliteacute sont eacutevalueacutees en variant lsquolsquolentementrsquorsquo les
paramegravetres Dans ce meacutemoire le paramegravetre utiliseacute pour eacutetudier la proximiteacute du systegraveme de
lrsquoeffondrement de tension est le soi-disant facteur de charge 120582 (120582 isin ℛ) ce qui modifie les
puissances du geacuteneacuterateur et la charge comme suit
(IV1)
1198751198661 = (1 + 120582)(1198751198660 + 119875119878)
1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)
1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)
(IV2)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
84
Avec
1198751198660 Puissance active du geacuteneacuterateur
1198751198710 Puissance active de la charge
119875119878 Fourniture de lrsquooffre (Supply bids)
119875119863 Demande drsquooffre (Demand bids)
Les puissances qui multiplient λ sont appeleacutees les puissances de direction Les eacutequations
(IV2) diffegraverent du modegravele geacuteneacuteralement utiliseacute dans lanalyse du calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) cest-agrave-dire
Ougrave le facteur de charge touche uniquement les variables puissances PS et PD Dans les
diagrammes typiques de bifurcation les tensions sont traceacutees en fonction de λ cest agrave dire la
mesure de la capaciteacute de charge du systegraveme obtenant ainsi les courbes V(p)
Les indices 0 1 et 2 deacutenotent le cas de base le premier point et le deuxiegraveme point de
directions des puissances respectivement
IV 32) Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation
power flow- CPF) [34]
Les techniques du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance sont largement
reconnues comme un outil preacutecieux pour deacuteterminer les courbes V(P) du systegraveme de
puissance et permettent destimer les conditions de chargement maximal et des solutions
laquocritiquesraquo (par exemple saddle-node et limites induites de points de bifurcation) Malgreacute que
les grands systegravemes neacutecessitent un calcul numeacuterique exigeant le CPF nest pas affecteacutee par
des instabiliteacutes numeacuteriques En fait il est capable de deacuteterminer la partie stable et instable des
courbes V(p) et peut fournir des informations suppleacutementaires telles que les facteurs de
sensibiliteacute de la solution actuelle agrave leacutegard des paramegravetres pertinents
Dun point de vue matheacutematique le CPF est une technique dhomotopie et permet
dexplorer la stabiliteacute des eacutequations du systegraveme eacutelectrique en faisant varier un paramegravetre du
systegraveme qui dans les eacutetudes de stabiliteacute statique et dynamique typique de tension est le
paramegravetre de charge λ De maniegravere geacuteneacuterale le CPF consiste en un pas preacutedicteur reacutealiseacute par
le calcul du vecteur tangent et un pas correcteur qui peut ecirctre obtenu soit par lintermeacutediaire
PG2 = (PG0 + λPS)
PL2 = (PL0 + λPD)
PL2 = (PL0 + λPD)
(IV3)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
85
dun parameacutetrage local ou agrave une intersection perpendiculaire
a) Pas preacutedicteur
Au point deacutequilibre geacuteneacuterique p la relation suivante sapplique
Et le vecteur tangent peut ecirctre approximeacute par
Agrave partir de lrsquoeacutequation (IV4) et (IV5) on a
Agrave ce point un pas de grandeur k de controcircle doit ecirctre choisi pour deacuteterminer la quantiteacute Δ120013119901
et Δ120582119901 avec une normalisation afin deacuteviter de grands pas quand 120591119901 est grand
Δ120582119901 ≜ 119896
120591119901 Δ120013119901 ≜
119896 120591119901
120591119901
Ougrave ∙ est la norme euclidienne et 119896 = plusmn1 Le signe de k deacutetermine lrsquoaugmentation ou la
diminution de 120582 La figure (IV3) preacutesente une repreacutesentation graphique du pas preacutedicteur
119891(120013 p λp) = 0 rArr d119891
dλ|
p= D120013 119891|p
d120013
dλ|
p+
d119891
dλ|
p= 0 (IV4)
120591p = d120013
dλ|
p asymp
Δ 120013 p
∆λp
(IV5)
120591119901 = minus D120013 119891|pminus1
part119891
partλ|
p
∆120013p = 120591119901 ∆λp
(IV6)
(IV7)
(120013119901 120582119901)
120591119901
119891(120013 120582) = 0
(120013119875 + ∆120013119875 120582119875 + ∆120582119875)
Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance
pas preacutedicteur obtenu par les moyens de la tangente
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
86
b) Pas correcteur
Pour le pas correcteur lrsquoensemble des eacutequations n+1 est reacutesolu
119891(120013 λ) = 0
120578(120013 λ) = 0
Ougrave la solution de 119891 doit ecirctre dans le collecteur de bifurcation et 120578 est une eacutequation
additionnelle pour garantir un ensemble non singulier au point de bifurcation Pour le choix de
120578 il yrsquoa deux options lrsquointersection perpendiculaire et la parameacutetrisation locale
Dans le cas de lrsquointersection perpendiculaire dont la repreacutesentation est donneacutee par la figure
(IV2) lrsquoexpression de 120578 devient (eacutequation IV9)
Tandis que pour la parameacutetrisation locale soit le paramegravetre 120582 soit la variable 120013119894 est forceacutee
drsquoecirctre une valeur fixe
(120013119901 120582119901)
119891(120013 120582) = 0
(120013119888 120582119888)
(120013119888 minus (120013119875 + ∆120013119875 ) 120582119888 minus (120582119875 + Δ120582119901 ) )
120578 (120013 λ) = [Δ120013p
Δλp]
T
[120013c minus (120013p + Δ120013p)
λc minus (λp minus Δλp)] = 0
ppcx )(
(IV8)
(IV9)
(IV10)
Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas
correcteur obtenu par les moyens dintersection perpendiculaire
P
900
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
87
Ou
pipici xxxx )(
Le choix pour que la variable soit fixe deacutepend du collecteur de bifurcation de 119891 comme
crsquoest preacutesenteacute agrave la figure (IV5)
IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE 39 nœuds
IV41) Preacutesentation du reacuteseau
Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds est un reacuteseau de transport standard IEEE New England
39 nœuds sera utiliseacute pour les diffeacuterents sceacutenarios de nos simulations Ce reacuteseau repreacutesente
une simplification du reacuteseau de transport de la reacutegion Nouvelle Angleterre (nord-est des Etats-
Unis) Il srsquoagit donc drsquoune partie drsquoun reacuteseau reacuteel ameacutericain Ce reacuteseau fonctionne agrave 100
kV et comporte 10 geacuteneacuterateurs (119875119866119905119900119905119886119897119890= 619 Gw 119876119866119905119900119905119886119897119890= 113 Gvar) et 39 nœuds dont
19 nœuds de charge et 48 lignes Un scheacutema complet de ce reacuteseau est preacutesenteacute par la figure
IV6) [36]
Les donneacutees des jeux de barres ainsi que les caracteacuteristiques des branches sont
indiqueacutees dans lrsquoannexe A1
Le reacuteseau de transport IEEE-39 nœuds est constitueacute de 3 reacutegions (figure IV7) Chaque
reacutegion contient des nœuds PV et des nœuds PQ ainsi des geacuteneacuterateurs synchrones
(IV11)
Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas
correcteur obtenu par les moyens de la parameacutetrisation locale
λ
Correcteur
Correcteur
x
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
88
En utilisant la technique du CPF la stabiliteacute de tension est eacutetudieacutee Le comportement du
systegraveme test consideacutereacute avec et sans les dispositifs FACTS sous diffeacuterentes conditions de
charge est eacutetudieacute Lrsquoemplacement des FACTS est deacutetermineacute agrave travers le CPF
Un modegravele classique PQ est utiliseacute pour les charges Les limites des geacuteneacuterateurs sont
ignoreacutees Lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension est effectueacutee en commenccedilant agrave partir dun point
de fonctionnement stable initiale et en augmentant ensuite les charges par le facteur 120582 jusqursquoagrave
atteindre le point de singulariteacute de la lineacutearisation de lrsquoeacutecoulement de puissance
Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
89
Lorganigramme de la stabiliteacute de tension avec les FACTS en utilisant la meacutethode CPF
est illustreacute par la figure (IV8)
De la figure (IV8) on peut observer que les eacutequations des dispositifs FACTS sont
ajouteacutees dans les eacutequations de lrsquoeacutecoulement de puissance Les nouvelles eacutequations de
lrsquoeacutecoulement de puissance sont ensuite utiliseacutees dans le pas correcteur du processus CPF
Zone I
Noeuds (PQ) 4 5 6
7 8 910 11 12 13
14
Noeuds (PV) 31 32 39
Zone II
Noeuds(PQ) 1 2 3 17 18 25 26
27
Noeuds(PV) 3037
Zone III
Noeuds (PQ) 15 16 19 20 21 22 23 24
28 29
Noeuds (PV) 3334353638
Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds
Reacuteseau IEEE 39-nœuds
Geacuteneacuterateurs synchrones
30 31323334353637
3839
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
90
IV5) Emplacement du STATCOM
Fixer le nombre des points du CPF
Reacutesoudre les eacutequations de
lrsquoeacutecoulement de puissance de
charge avec les FACTS
Reacutesoudre les eacutequations de
lrsquoeacutecroulement de charge avec les
FACTS
Nombres des points de CPF
Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS
Lire les donneacutees
Pas preacutedicteur dans la meacutethode
CPF
Creacuteer les eacutequations de lrsquoeacutecoulement
de puissance avec les eacutequations du
FACTS
La courbe PV
complegravete
Fin
Deacutebut
Pas correcteur dans la meacutethode
CPF
Non
Oui
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
91
IV5) Emplacement du STATCOM
Drsquoapregraves le profil de tension (figure IV9) ainsi une preacutesentation des nœuds critiques sur
la figure (IV10) et leurs courbes V(p) obtenues par la meacutethode du CPF illustreacutee aux figures
(IV11 IV12 IV13) nous implanterons le STATCOM sur le nœud de charge le plus fragile
du reacuteseau de transport Le point de chargement maximal ou le point de bifurcation quand la
matrice jacobienne est singuliegravere survient agrave 120640=22806 pu
Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone
Reacuteseau IEEE 39-nœuds
Zone I
Les noeuds fragiles
875641214
le noeud le plus critique 8
Zone II
Les noeuds fragiles
3181727
le noeud le plus critique 3
Zone III
Les noeuds fragiles
1516242128
le noeud le plus critique 15
Figure IV9 Profil des tensions du reacuteseau IEEE 39-nœuds
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
92
Le calcul du CPF sur le reacuteseau seul (crsquoest ndash agrave dire sans y inseacuterer le STATCOM) a
montreacute que le nœud concerneacute est le nœud 8 de la zone 1
IV51) Impact du STATCOM
Apregraves la deacutetermination du nœud fragile du reacuteseau consideacutereacute et qui a besoin drsquoecirctre
soutenus les valeurs nominales (the ratings) du STATCOM doivent ecirctre choisies il est agrave
Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de
base)
0 05 1 15 2 25
065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
X 228
Y 07822
Lambda(pu)
Tensio
ns(pu)
Zone 3
V15
V16
V21
V24
V28
Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme
(eacutetat de base)
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
115
12
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu
)
Zone 2
V3
V17
V18
V27
Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1
du systegraveme (eacutetat de base)
0 05 1 15 2 250
02
04
06
08
1
12
14
X 228
Y 06766
Lambda (pu)
Tensio
ns(p
u)
Zone 1
V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
93
preacutevoir que par lintroduction du STATCOM aux nœuds critiques le profil de tension sera
plat et le facteur de charge du systegraveme va augmenter
Les gestionnaires des reacuteseaux eacutelectriques imposent une toleacuterance de plusmn 5 sur la tension
du reacuteseau de transport pour garantir une qualiteacute de distribution de lrsquoeacutelectriciteacute Nous
prendrons donc 119880119898119894119899 = 095pu et 119880119898119886119909 = 105 pu (soit respectivement 95KV et 105 KV
pour notre reacuteseau de transport de 100KV nominal) On obtient les valeurs nominales de la
puissance reacuteactive du STATCOM par [21]
119876119898119886119909 = 119868119871119898119886119909 lowast 119880119898119886119909
Et
119876119898119898119894119899 = 119868119888119898119886119909 lowast 119880119898119894119899
Drsquoougrave 119883119878119871 = 119880max minus 119880119898119894119899
119868119871119898119886119909minus 119868119888119898119886119909
Avec
119868119871119898119886119909 Courant inductif maximum
119868119888119898119886119909 Courant capacitif maximum
119880119898119886119909 119880119898119894119899 tension limites en reacutegulation
119883119878119871 ∶ Pente de la caracteacuteristique statique dans la zone de fonctionnement en reacutegulation
Quand le STATCOM est connecteacute au nœud 8 on observe drsquoapregraves la figure (IV14) que
les nœuds les plus fragiles de la zone 1 ont un profil de tension plus plat que lrsquoeacutetat de base et
introduire le STATCOM va augmenter le facteur de charge agrave la valeur maximale Comme
attendu le point de bifurcation pour le STATCOM placeacute au nœud 8 survient agrave une valeur de
charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 231 pu Sa puissance reacuteactive capacitive calculeacutee drsquoapregraves les
eacutequations IV12 et IV13 est de ndash 380 Mvar + 420 Mvar pour une puissance de base de
100MVA
(IV12)
(IV13)
(IV14)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
94
IV511) Profils des tensions et les pertes de puissances dans le
systegraveme
Les profils des tensions du cas de base et du systegraveme avec le STATCOM sont illustreacutes
agrave la figure (IV15) Il est eacutevident agrave partir de cette figure que le STATCOM fournit un meilleur
profil de tension au point drsquoeffondrement de tension compareacute agrave lrsquoeacutetat de base Cela est ducirc au
fait que le STATCOM est installeacute au nœud le plus faible
Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV16)
et la figure (IV17) respectivement Lrsquoaugmentation des pertes au voisinage du point
drsquoeffondrement est faible dans le cas du STATCOM placeacute au nœud 8
Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Ten
sion
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 8
Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
X 2315
Y 07441
Lambda(pu)
Tensio
ns(p
u
Zone STATCOM au 8
V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
95
La figure (IV18) illustre le paramegravetre de charge pour diffeacuterents emplacements du
STATCOM sur les nœuds les plus critiques des 3 zones selon les courbes V(p) des figures
(IV11 IV12 et IV13)
Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives
avec STATCOM au nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Zone 1 avec STATCOM au noeud 8
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 8
Figure IV17 Profils de pertes de
puissances reacuteactives avec STATCOM au
nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 1 avec STATCOM au noeud 8
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 8
Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM
[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
225
226
227
228
229
23
231
232
233
234
Base STATACOM aunœud 08
STATACOM aunœud 03
STATACOM aunœud 15
22806
23164232
234
Paramegravetre de charge(pu)
Paramegravetre decharge(pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
96
Puisque notre but agrave travers la recherche de lrsquoemplacement ideacuteal du dispositif
STATCOM est drsquoaugmenter la stabiliteacute de tension c-agrave-d maximiser le facteur de charge 120582 du
systegraveme tous en controcirclant la tension et minimisant les pertes des puissances actives et
reacuteactives nous placcedilons le mecircme STATCOM sur ces diffeacuterents nœuds fragiles et nous
observons lrsquoimpact qursquoil peut apporter
Le STATCOM placeacute sur le nœud 3 de la zone 2 et le nœud 15 de la zone 3 offre le
maximum du facteur de charge (voir figure IV18)
Les courbes V(p) avec le STATCOM sur les nœuds 3 et 15 sont illustreacutes sur les figures
(IV19) et (IV20) ainsi leurs profils des tensions sont illustreacutes sur les figures (IV21) et
(IV22)
Drsquoapregraves ces figures on constate une leacutegegravere ameacutelioration de tension sur les nœuds 2 3 et
4 pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3
Pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 15 on remarque sur les profils des
tensions une leacutegegravere baisse de tension sur les nœuds 5 6 7 8 9 11 et 13 et une ameacutelioration
pour les nœuds 15 16 17 18 et 20
Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au
nœud 03
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
115
12
Lambda(pu)
Tensio
n (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
X 2325
Y 08385
V3
V17
V18
V27
Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au
nœud 15
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
X 234
Y 07461
Lambda(pu)
Tensio
ns(p
u)
Zone 3 avec STATCOM au noeud 15
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
97
Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV23)
et la figure (IV24) respectivement pour le STATCOM au nœud 3 et les figures (IV25) et
(IV26) pour le STATCOM au nœud 15 Lrsquoaugmentation des pertes actives et reacuteactives au
voisinage du point drsquoeffondrement est grande dans le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3
et 15 presque pour tous les nœuds
Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme
avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 3
Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme
avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns(p
u)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 15
Figure IV23 Profils de pertes de puissances
actives avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 03
Figure IV24 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 03
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
98
IV512) Synthegravese
Les diffeacuterents emplacements du STATCOM preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE
39 nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV27) et
(IV28) syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du STATCOM Notre choix du nœud 8
comme un nœud fragile qui avait besoin drsquoecirctre soutenu est raisonnable vu lrsquoapport qursquoil a
fourni (figure IV28)
Figure IV25 Profils de pertes de puissance actives
avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 15
Figure IV26 Profils de pertes de puissance
reacuteactives avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 3 avec STATCOM au noeud 15
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 15
Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les
diffeacuterents emplacements du STATCOM [Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
0
20
40
60
80
100
Base STATCOMau 08
STATCOMau 03
STATCOMau 15
404 354 418 415
895298
738
9261 9249
Pertes de puissancesactives (pu)
Pertes de puissancesreacuteactives (pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
99
IV6) Emplacement du SSSC
Comme nous lrsquoavons deacutejagrave signaleacute dans le chapitre 2 Un SSSC fonctionne sans la
preacutesence drsquoune source de tension externe Il opegravere comme une source de tension en seacuterie agrave la
ligne Cette source geacutenegravere une tension en quadrature avec et controcircleacutee seacutepareacutement du courant
qui passe agrave travers la ligne dont le but drsquoaugmenter ou de diminuer la tension injecteacute en seacuterie
dans la ligne et par conseacutequence controcircler le flux de puissance qui passe agrave travers la ligne
Son fonctionnement est similaire agrave une compensation seacuterie par un condensateur Si on
eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant de la ligne on obtient le mecircme
reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un condensateur
119880119902 = minus119895 119883119888119868
Avec
119883119888 Reacuteactance capacitive du condensateur
(IV15)
Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du STATCOM
[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
07846081614
073999
0
02
04
06
08
1
12
1 5 10 15 20 25 30 35
Zone 1 (08)
Zone 2 (03)
Zone 3 (15)
Base
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
100
Mais comme le SSSC est une source de tension il peut alors maintenir une tension
constante puisque il la controcircle indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC
peut augmenter ou diminuer le flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant
la tension injecteacutee en seacuterie agrave la ligne
Dans nos simulations nous avons reacutegleacute la tension injecteacutee entre ses limites ainsi le taux de
compensation du SSSC
IV61) Impact du SSSC
Drsquoapregraves la figure (IV6) et la figure (IV9) le nœud 8 le plus fragile est alimenteacute par trois
lignes 8-5 8-7 et 8-9 Donc pour seacutelectionner lrsquoemplacement du SSSC nous allons nous baser
sur lrsquoaugmentation maximale de la puissance au point de lrsquoeffondrement [34] Les figures
(IV29) et (IV30) montrent clairement que les puissances actives et reacuteactives sur la ligne 15
(8-9) sont maximales au point de lrsquoeffondrement de tension
Apregraves lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 15 les figures (IV31) (IV32) et (IV33)
montrent les courbes V(p) des 3 zones le point de bifurcation pour le SSSC inseacutereacutee sur la
ligne 15 survient agrave une valeur de charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 239 pu Nous pouvons
remarquer que les courbes V(p) gardent toujours la partie infeacuterieure (partie instable) de la
courbe
Figure IV29 Puissances actives
maximales au point drsquoeffondrement
0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Lambda (pu)
Puis
sance a
ctives (
pu
X 228
Y -08897
X 228
Y 4079
X 228
Y 7041
PBUS05 BUS08
PBUS07 BUS08
PBUS08 BUS09
Figure IV30 Puissances reacuteactives
maximales au point drsquoeffondrement
0 05 1 15 2-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
Lambda (pu)
Puis
sances r
eacuteactives(p
u)
X 228
Y 1762
X 228
Y -05669
X 228
Y -4221
QBUS05 BUS08
QBUS07 BUS08
QBUS08 BUS09
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
101
Les profils des tensions des pertes actives et reacuteactives sont illustreacutes sur les figures
(IV34) (IV35) (IV36) respectivement
Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC
sur la ligne 15
0 05 1 15 2 25065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
115
X 239
Y 07389
Lambda (pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 2 avec SSSS sur la ligne 15
V3
V17
V18
V27
Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec
SSSC sur la ligne 15
0 05 1 15 2 250
02
04
06
08
1
12
14
X 239
Y 06732
Lambda(pu)
Tensio
n(p
u)
Zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15
0 05 1 15 2 2505
06
07
08
09
1
11
12
X 239
Y 06487
Lambda (pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 avec SSSC sur la ligne 15
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
102
Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tens
ions
(pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 15
Figure IV35 Profils de pertes de
puissances actives avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 15
Figure IV36 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
103
Drsquoapregraves ces reacutesultats nous pouvons conclure que le SSSC inseacutereacute sur la ligne 15 de la
zone 1 nrsquoa pas ameacutelioreacute les profils de tension les pertes actives et reacuteactives au point
drsquoeffondrement de tension
Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion pour le SSSC nous allons le placeacute dans
la zone 3 ougrave se trouve le 2egraveme nœud fragile drsquoapregraves la courbe de la figure IV9 qui est le nœud
15
Nos simulations nous en permettent de trouver 2 situations critiques lors de
lrsquoeffondrement de tension sur la ligne 45 (22- 35) et la ligne 48 (29- 38) leurs puissances
actives et reacuteactives au point drsquoeffondrement sont illustreacutees par les figures (IV37) et (IV38)
IV611) SSSC inseacutereacute sur la ligne 45
Nous avons inseacutereacute le SSSC sur la ligne 45 entre le nœud 22 et le nœud 35 la courbe
V(p) de la zone 3 (zone drsquoinsertion du SSSC) les profils de tensions les pertes actives et
reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV39) (IV40) (IV41) et (IV42) respectivement
Figure IV37 Puissances actives
maximales au point drsquoeffondrement de la
zone 3
0 05 1 15 2-20
-15
-10
-5
0
5
X 228
Y -1513
Lambda (pu)
Puis
sances a
ctives (
pu)
Zone 3 Etat de base
X 228
Y -1895
PBUS22 BUS35
PBUS29 BUS38
Figure IV38 Puissances reacuteactives
maximales au point drsquoeffondrement de la
zone 3
0 05 1 15 2-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
X 2281
Y -3841
Lambda (pu)
puis
sances r
eacuteactives (
pu)
Zone 3 Etat de base
X 2281
Y -945Q
BUS22 BUS35
QBUS29 BUS38
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
104
Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 45 les profils des tensions sont meilleurs par apport
agrave ceux du SSSC sur la ligne 15 de la zone 1
IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48
Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion du SSSC sur notre reacuteseau de transport
nous allons lrsquoinseacutereacute sur la ligne 48 entre le nœud 29 et le nœud 38 la courbe V(p) les profils
de tensions les pertes actives et reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV43) (IV44)
(IV45) et (IV46) respectivement
Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme
avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV41 Profils de pertes de puissances
actives avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV42 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec
SSSC sur la ligne 45
0 05 1 15 2 25065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
115
X 234
Y 07265
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 SSSC sur la ligne 45
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
105
Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 les profils des tensions ne sont pas meilleurs
par apport au cas du SSSC sur la ligne 45 mais pour les pertes reacuteactives lrsquoinsertion sur la
ligne 48 est meilleure que pour lrsquoinsertion sur la ligne 45
Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec
SSSC sur la ligne 48
0 05 1 15 2 25
065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
X 2306
Y 0704
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 avec SSSC sur la ligne 48
V15
V16
V21
V24
V28
Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme
avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 48
Figure IV46 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Petes reacuteactiv
es (pu)
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48
Figure IV45 Profils de pertes de puissances
actives avec SSSC sur la ligne 48
Figure (IV45) Profils de pertes de puissance
actives avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pertes activ
es (pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 48
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
106
IV613) Synthegravese
Les diffeacuterents emplacements du SSSC preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE 39
nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV47) et (IV48)
syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du SSSC
Lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 45 de la zone 3 nous a fourni des meilleurs reacutesultats au
point drsquoeffondrement
Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC
[Extrait de lrsquoannexe B1 B3]
222
224
226
228
23
232
234
236
238
24
Base SSSC agrave laligne 15
SSSC agrave laligne 45
SSSC agrave laligne 48
22806
239
234
23
Paramegravetre de charge(pu)
Paramegravetre de charge(pu)
Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents
emplacements du SSSC [Extrait de lrsquoannexe B1 B3]
0
20
40
60
80
100
120
Base SSSC agrave laligne 15
SSSC agrave laligne 45
SSSC agrave laligne 48
404 466 402 363
89529810482
8381 8211
Pertes Actives (pu)
Pertes Reactives (pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
107
IV7) Conclusion
Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre une eacutetude de lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute des
reacuteseaux eacutelectriques en y inseacuterant deux systegravemes FACTS le STATCOM (Static Synchronous
Compensator) et le SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Le reacuteseau utiliseacute pour
les simulations est le reacuteseau de transport IEEE_39 nœuds Lrsquoanalyse des performances du
reacuteseau porte sur le support du profil de tension lrsquoaugmentation de la stabiliteacute en tension et la
diminution des pertes actives et reacuteactives et ce pour lrsquoeffondrement de tension Le
programme utiliseacute est un logiciel de calcul drsquoeacutecoulement de puissance (PF) et le calcul
continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) [PSAT]
Les tests effectueacutes ont montreacute plusieurs reacutesultats inteacuteressants Tout drsquoabord le systegraveme
FACTS shunt (le STATCOM) assure une stabilisation globale du reacuteseau En effet dans tous
les cas le STATCOM tend soit agrave stabiliser tous les nœuds soit en agrave stabiliser certains sans
affecter les autres En tout eacutetat de cause ce systegraveme nrsquoa jamais deacutestabiliseacute un nœud quel qursquoil
soit En fait le STATCOM ameacuteliore les performances du reacuteseau eacutelectrique (surtout en termes
de stabiliteacute et de soutien de tension) en fournissant de la puissance reacuteactive dans la zone de
charge Ceci doit ecirctre nuanceacute en ce qui concerne le compensateur seacuterie Si celui ndashci peut avoir
un bon comportement local crsquoest-agrave-dire dans la zone ougrave il est implanteacute en augmentant le
paramegravetre de charge il peut deacutestabiliser certains nœuds du reacuteseau Cette deacutestabilisation risque
drsquoecirctre importante Pour ecirctre efficace un SSSC doit ecirctre implanteacute sur une ligne preacutesentant des
puissances maximales au point drsquoeffondrement
Les reacutesultats obtenus pour la stabiliteacute de tension restent valables pour le support du
profil de tension On peut toutefois noter que la stabiliteacute drsquoun nœud ne deacutepend pas
uniquement de son niveau de tension crsquoest-agrave-dire qursquoun nœud agrave tension eacuteleveacutee peut malgreacute
tout ecirctre instable
Gracircce agrave lrsquoinsertion de ces deux systegravemes FACTS on pourra suivant les cas eacuteviter un
effondrement de tension du reacuteseau Les FACTS ont donc un apport beacuteneacutefique en termes de
seacutecuriteacute du reacuteseau
108
Conclusion geacuteneacuterale
Conclusion geacuteneacuterale
109
Le deacuteveloppement de leacutelectronique de puissance a permet dameacuteliorer la gestion des
reacuteseaux eacutelectriques en introduisant un nouveau concept par les systegravemes de transmission de
leacutenergie agrave courant alternatif flexible appeleacutee FACTS avec lesquels le controcircle du flux de
puissance active et reacuteactive ainsi que laugmentation des capaciteacutes de charge des lignes sont
atteints et performeacutes par linjection des tension (ou courant) des convertisseur conccedilus avec des
interrupteurs statiques modernes commandeacutees en ouverture et en fermeture tels que les GTO
IGBT concernant la nouvelle geacuteneacuteration de ces systegravemes FACTS
Dans le contexte de lrsquoinsertion des systegravemes FACTS dans les reacuteseaux eacutelectriques nous
avons orienteacute nos travaux vers lrsquoeacutetude de la stabiliteacute de tension en reacutegime statique
speacutecialement lrsquoemplacement optimal des dispositifs FACTS en utilisant le calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance
Nous avons dans ce cadre choisi drsquoeacutetudier le comportement de deux dispositifs FACTS
qui sont
le Compensateur Statique Synchrone le STATCOM (Static Synchronous
Compensator)
le Conpensateur statique seacuterie synchrone le SSSC (Static Synchronous Series
Compensator
Ces dispositifs ont eacuteteacute choisis comme base de deacutepart en vue de lrsquoeacutetude ulteacuterieure de
systegravemes FACTS plus complexes
Lrsquoimpact des systegravemes FACTS sur lrsquoeffondrement de tension a eacuteteacute meneacute agrave bien agrave lrsquoaide
de deux logiciels le PSAT et le MATLAB et deux modegraveles FACTS ont eacuteteacute utiliseacutes Pour les
simulations statiques nous avons utiliseacute le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds le facteur de
charge a eacuteteacute calculeacute par la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF)
Cette technique a montreacute ses capaciteacutes agrave surmonter les problegravemes de la singulariteacute de la
matrice jacobienne rencontreacutes dans les algorithmes standards de calcul de lrsquoeacutecoulement de
puissance
Les simulations statiques ont montreacute lrsquoapport incontestable des FACTS dans
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute de tension Le systegraveme FACTS shunt le STATCOM stabilise le
reacuteseau de faccedilon globale alors que le SSSC a un meilleur comportement local Lrsquoimplantation
Conclusion geacuteneacuterale
110
du SSSC doit ecirctre faite sur une ligne preacutesentant des puissances maximales au point de
lrsquoeffondrement Ces reacutesultats sont eacutegalement valables en ce qui concerne le support du profil
de tension Les FACTS ameacuteliorent le niveau de seacutecuriteacute du reacuteseau car on pourra gracircce agrave leur
insertion et suivant les cas eacuteviter lrsquoeffondrement de tension
Nous pouvons maintenant eacutenoncer quelques perspectives ayant pour objectif de
compleacuteter ce que nous avons preacutesenteacute dans ce rapport de meacutemoire
bull Comparaison entre tous les types des FACTS et leur impact sur le pheacutenomegravene de
lrsquoeffondrement de tension
bull Lorsque les compensations shunt et seacuterie seront bien connues nous pourrons alors nous
inteacuteresser aux deacutephaseurs commandeacutes par thyristors et agrave lrsquoUPFC le compensateur
universel qui reacuteunit agrave lui seul les fonctions FACTS de compensation shunt et seacuterie et de
deacutephasage
bull Pour les besoins de la deacutetermination de lrsquoemplacement optimal des FACTS nous
proposons pour un futur travail de deacutevelopper un programme baseacute sur les meacutethodes
heuristiques qui simule lrsquoemplacement optimal des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique
bull Le raccordement des eacutenergies renouvelables aux reacuteseaux intelligents dits laquosmart
gridsraquo lrsquoun des deacutefis des eacutenergies renouvelables telles que lrsquoeacuteolien ou le solaire reacuteside
dans le risque drsquointerruption de leur production dont la stabiliteacute est menaceacutee par leur
caractegravere aleacuteatoire Les systegravemes FACTS apportent une solution agrave ce problegraveme de
capaciteacute et de stabiliteacute du reacuteseau lequel integravegre une part croissante deacutenergie
renouvelable
111
Bibliographie
112
[1] Site Internet httpsfrscribdcomdocument1602868764597291-Generalites-Sur-
Les-Reseaux-Electriques Geacutenie eacutelectrique laquo Reacuteseaux eacutelectriques raquo Geacuteneacuteraliteacutes sur
les reacuteseaux eacutelectriques chapitre 1 extraitpdf
[2] Site Internet wwwcrefrreseauxreseaux-publics laquoDescription geacuteneacuterale des
reacuteseaux drsquoeacutelectriciteacuteraquo Commission de Reacutegulation de lrsquoEnergie (CRE)
[3] Lilien J l laquoTransport et Distribution de lrsquoEnergie Electriqueraquo cours donneacute agrave
lrsquoInstitut drsquoElectriciteacute Montefiore Universiteacute de liegravege 2010
[4] Site Internet httpwwwenedisfrfonctionnement-du-reseau
[5] Noui Issam laquoReacuteduction des pertes dans les reacuteseaux eacutelectriques par la compensation
seacuterie TCSC raquo meacutemoire de Master Universiteacute Mohamed Khider Biskra 08
deacutecembre 2015
[6] K A Hamoud laquo Modeacutelisation des grands systegravemes eacutelectriques interconnecteacutes
application agrave lanalyse de seacutecuriteacute dans un environnement compeacutetitif raquo Thegravese de
Doctorat Grenoble-INP 2010
[7] Keramane Abdelnour laquoMaghreb de lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques agrave
lrsquointeacutegration eacutenergeacutetiqueraquo Article 047 octobre 2015
[8] Boukadoum Aziz laquocontribution agrave lrsquoanalyse et la reacuteduction de la pollution
harmonique dans le reacuteseau eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Magister Universiteacute Badji
Mokhtar Annaba 21 octobre 2007
[9] Site drsquointernet http wwwcrefrreseauxreseaux-publics-d-electricitequalite-de-
l-electricitesection2_1
[10] Vanya Ignatova laquoMeacutethodes drsquoanalyse de la qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique
Application aux creux de tension et agrave la pollution harmoniqueraquo Thegravese de Doctorat
Universiteacute JOSEPH FOURIER 20 Octobre 2006
[11] Site drsquointernet httpwwwsig-gechprofessionnelsimmobilierles-energiesvotre-
electricitequalite-de-l-electricite
[12] Technique de lrsquoingeacutenieur laquoProbleacutematiques communes des reacuteseaux eacutelectriques du
fonctionnement au comptage Ti302- Reacuteseaux eacutelectriques et applications Reacutef
Internet 42266 | 2e eacuteditionraquo
[13] Site drsquointernet httpwwwpagesjaunescatrucsla-surtension-quest-ce-que-cest
[14] Haimour Rachida laquoControcircle des Puissances Reacuteactives et des Tensions par les
Dispositifs FACTS dans un Reacuteseau Eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Magister ENSET ndash
ORAN -2009
Bibliographie
s
113
[15] Houari Boudjella laquoControcircle des puissances et des tensions dans un reacuteseau de
transport au moyen de dispositif FACTS (SVC) raquo Meacutemoire de Magister
Universiteacute Djillali Liabes Sidi Bel Abbes 23 janvier 2008
[16] Bulletin sur la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute laquoLe deacuteseacutequilibre de tension et de courantraquo Ndeg
G1546F Hydro Quebec 2014
[17] Site Internet https frscribdcomdocument74812348Reacuteseaux-eacutelectriques
laquoGeacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriquesraquo Chapitre 1
[18] Rabah Benahid Mohamed Boudour laquoAmeacutelioration de la stabiliteacute de tension dans
les reacuteseaux eacutelectriqueraquo Ouvrage eacutedition universitaires europeacuteennes 2014
[19] Boutaba Samira laquoAmeacutelioration de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique par lrsquoutilisation
drsquoun ASVCraquo Meacutemoire de Magister Universiteacute Hassiba Ben Bouali Chlef 09 juin
2009
[20] Bounouira Adlane laquoEtude de la stabiliteacute transitoire des reacuteseaux eacutelectriquesraquo
Meacutemoire de Master Universiteacute Constantine I 24 juin 2014
[21] Yvon Besanger laquoEtude des FACTS (Flexible AC Transmission System) et de leur
comportement dans les reacuteseaux de transport et dinterconnexionraquo Thegravese de
Doctorat Institut national polytechnique de Grenoble 05 Juillet 1996
[22] Site Internet httpsfrwikipediaorgwikicompensation_de_puissance_reacuteactive
laquoCompensation de puissance reacuteactiveraquo
[23] Farid Hamoudi laquoAchitectures des reacuteseaux eacutelectriques Power systemraquo cours UEF
10 novembre 2015
[24] Hingorani Narain G Laszlo Gyugyi laquoUnderstanding FACTS Concepts And
Technoloqy of Flexible AC Transmission Systemsraquo Ouvrage Edition 2001
[25] Larbi Boumediene laquoPlacement Des Dispositifs laquoD-FACTSraquo et controcircle des
tensions dans un reacuteseau de distribution raquo Thegravese de doctorat es-science lUSTO 04
Janvier 2010
[26] Kassou Amina Merzougui Meriem laquo Impact drsquoun dispositif FACTS (Flexible AC
Transmission Systems) sur lrsquoeacutecoulement de puissanceraquo Meacutemoire de Master
Universiteacute de Saida 28 octobre 2013
[27] Ben Hakkoum Med abdelilah Legougui Ali laquo Compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive
drsquoun reacuteseau IEEE par systegraveme FACTSraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi
Merbah Ourgla 2016
[28] Alain Innocent Leka laquo Ameacutelioration du transit de puissance par les FACTS et
simulation sur MatlabSimulink dun reacuteseau eacutelectriqueraquo Diplocircme de professeur
114
drsquoenseignement technique deuxiegraveme grade 2008
[29] Kerbaa Amel laquo Etude de lrsquoinfluence des systegravemes FACTS sur la qualiteacute de
lrsquoeacutenergie eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Master 02 Juin 2013
[30] Ay Abdelouahab laquo Modeacutelisation et Analyse drsquoun Compensateur Statique SVCraquo
Meacutemoire de Magister Universiteacute Batna 1 02 mai 2013
[31] Hamadou ZakariaM laquo Optimisation des paramegravetres drsquoun FACTS shunt pour
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire drsquoun systegraveme eacutelectriqueraquo Meacutemoire de
Magister Universiteacute Seacutetif 1 20 Juin 2012
[32] Oussama Mammeri laquoDiffeacuterentes meacutethodes de calcul de la puissance reacuteactive dans
un nœud agrave charge non lineacuteaire en preacutesence dun systegraveme de compensation de
leacutenergieraquo Universiteacute de Batna 2 Meacutemoire de Magister 2012
[33] Benras Med Amine Laroui souleymane laquo Utilisation drsquoun dispositif STATCOM
pour lrsquoameacutelioration du transit de puissance drsquoun reacuteseau de transport drsquoeacutenergie
alternatifraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi Merbah Ourgla 09 Juin 2015
[34] Bekri oum el fadhel loubaba laquoContribution agrave lrsquoeacutetude des systegravemes FACTS
(Flexible AC Transmission Systems) et leurs emplacements optimaux dans les
reacuteseaux eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat en Eacutelectrotechnique Universiteacute Djilali
Liabes de Sidi-Bel-Abbegraves 2013
[35] Federico Milano laquo Power System Analysis Toolbox Documentation for PSATraquo
version 218 Janvier 6 2013
[36] Diana Iuliana Craciun laquo Modeacutelisation des eacutequivalents dynamiques des reacuteseaux
eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat 15 Deacutecembre 2010
[37] Abdelaagraveli Alibi laquo Controcircle des Reacuteseaux Electriques par les Systegravemes FACTS
(Flexible AC Transmission Systems raquo Meacutemoire de Magister Universiteacute de Batna
13 Juin 2009
115
Annexes
116
117
A Donneacutees du reacuteseau IEEE 39 nœuds
Lines Power
rating
(MVA)
Voltage
Rating
(kV)
Frequence
rating
(Hz)
Trnasfo-
magnitude
Resistance
(pu)
Reactance
(pu)
Supstance
1-2 100 100 60 000000 000350 004110 069870
1-39 100 100 60 000000 00010 002500 075000
1-39 100 100 60 000000 000200 005000 037500
2-3 100 100 60 000000 000130 001510 025720
2-25 100 100 60 000000 000700 000860 014600
3-4 100 100 60 000000 000130 002130 022140
3-18 100 100 60 000000 000110 001330 021380
4-15 100 100 60 000000 000080 001280 013420
4-14 100 100 60 000000 000080 001290 013820
5-6 100 100 60 000000 000020 000260 004340
5-8 100 100 60 000000 000080 001120 014760
6-7 100 100 60 000000 000060 000920 011300
6-11 100 100 60 000000 000070 000820 013890
7-8 100 100 60 000000 000040 000460 007800
8-9 100 100 60 000000 000230 003630 038040
9-39 100 100 60 000000 000100 002500 120000
10-11 100 100 60 000000 000040 000430 007290
10-13 100 100 60 000000 000040 000430 007290
13-14 100 100 60 000000 000090 001010 017230
14-15 100 100 60 000000 000180 002170 036600
15-16 100 100 60 000000 000090 000940 017100
16-17 100 100 60 000000 000070 000890 013420
16-19 100 100 60 000000 000160 001950 030400
16-21 100 100 60 000000 000080 001350 025480
16-24 100 100 60 000000 000030 000590 006800
17-18 100 100 60 000000 000070 000820 013190
17-27 100 100 60 000000 000130 001730 032160
21-22 100 100 60 000000 000080 001400 025650
22-23 100 100 60 000000 000060 000960 018460
23-24 100 100 60 000000 000220 003500 036100
25-26 100 100 60 000000 000320 003230 051300
26-27 100 100 60 000000 000140 001470 023960
26-28 100 100 60 000000 000430 004740 078020
26-29 100 100 60 000000 000570 006250 102900
28-29 100 100 60 000000 000140 001510 024900
2-30 100 100 60 102500 000000 001810 000000
6-31 100 100 60 107000 000000 002500 000000
6-31 100 100 60 107000 000000 005000 000000
10-32 100 100 60 107000 000000 002000 000000
12-11 100 100 60 100600 000160 004350 000000
12-13 100 100 60 100600 000160 004350 000000
19-20 100 100 60 106000 000070 001380 000000
19-33 100 100 60 107000 000070 001420 000000
20-34 100 100 60 100900 000090 001800 000000
22-35 100 100 60 102500 000000 001430 000000
23-36 100 100 60 100000 000050 002720 000000
25-37 100 100 60 102500 000060 002320 000000
29-38 100 100 60 102500 000080 001560 000000
118
Ndeg du geacuteneacuterateur
H (sec)
119877119886 119883prime119889 119883prime119902 119883119889 119883119902 119879prime119889119900 119879prime119902119900 119883119897
1 50000 0 00006 0008 002 0019 7 07 0003
2 303 0 00697 0170 0295 0282 656 15 0035
3 353 0 00531 00876 02495 0237 57 15 00304
4 286 0 00436 0166 0262 0258 569 15 00295
5 260 0 0132 0166 067 062 54 044 0054
6 348 0 005 00814 0254 0241 73 04 00224
7 264 0 0049 0186 0295 0292 566 15 00322
8 243 0 0057 00911 02920 0280 67 041 0028
9 345 0 0057 00587 02106 0205 479 196 00298
10 420 0 0031 0008 01 0069 102 0 00125
Ndeg du geacuteneacuterateur
119870119860 119879119860 119881119877119872119868119873 119881119877119872119860119883 119870119864 119879119864 119870119865 119879119865 1198621 1198622
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 62 005 -10 10 -0633 0405 057 05 066 088
3 50 006 -10 10 -00198 05 008 10 013 034
4 50 006 -10 10 -00525 05 008 10 008 0314
5 400 002 -100 -100 -10 0785 003 10 007 091
6 50 002 -10 10 -00419 0417 00754 1246 0064 0251
7 400 002 -65 65 -10 073 003 10 053 074
8 50 002 -10 10 -0047 0528 00854 126 0072 0282
9 400 002 -105 105 -10 14 003 10 062 085
10 50 006 -10 10 -00485 025 004 1 008 026
Annexe A1 Donneacutees du reacuteseau IEEE 39-nœud
119
B Reacutesultats du power flow avec le PSAT
POWER FLOW REPORT
P S A T 219
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail federicomilanoucdie
website faraday1ucdiepsathtml
File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeb_d_Ieee39
Date 09-Jun-2017 153332
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 337
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
120
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 098837 -066635 0 0 0 0
BUS02 091007 -052232 0 0 0 0
BUS03 077924 -068701 0 0 73428 005473
BUS04 065385 -074122 0 0 114019 41959
BUS05 066496 -062088 0 0 0 -044217
BUS06 067682 -055724 0 0 0 0
BUS07 063518 -07578 0 0 53315 19155
BUS08 063731 -080455 0 0 119035 40135
BUS09 088016 -076257 0 0 0 0
BUS10 072414 -036303 0 0 0 0
BUS11 070043 -042663 0 0 0 0
BUS12 063569 -043042 0 0 019383 20067
BUS13 070204 -042245 0 0 0 0
BUS14 067659 -057193 0 0 0 0
BUS15 069422 -062942 0 0 72972 3489
BUS16 076104 -052743 0 0 75116 073656
BUS17 076356 -060644 0 0 0 0
BUS18 076264 -066831 0 0 3603 068411
BUS19 091709 -024485 0 0 0 0
BUS20 089167 -031561 0 0 155065 23488
BUS21 077199 -035331 0 0 62482 26224
BUS22 088171 -006877 0 0 0 0
BUS23 086321 -008056 0 0 56439 19292
BUS24 07756 -051796 0 0 70372 -21025
BUS25 093695 -045068 0 0 5108 10763
BUS26 083005 -050209 0 0 31697 038766
121
BUS27 077377 -062834 0 0 64079 17217
BUS28 086833 -029065 0 0 46976 062938
BUS29 090865 -013955 0 0 64649 061342
BUS30 10475 -04087 58254 95686 0 0
BUS31 098193 0 133488 175863 020979 01049
BUS32 098303 010972 151461 187014 0 0
BUS33 099716 -000678 147267 10807 0 0
BUS34 10123 -008336 118373 79733 0 0
BUS35 10492 017356 151459 157144 0 0
BUS36 10635 031043 13049 101381 0 0
BUS37 10278 -013919 125829 6659 0 0
BUS38 10265 018789 193404 113176 0 0
BUS39 103 -074024 233017 127501 251753 57009
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -07402
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 000039
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098206
e1d_Syn_2 000015
delta_Syn_3 011009
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098313
e1d_Syn_3 000028
delta_Syn_4 -00064
omega_Syn_4 1
122
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000032
delta_Syn_5 -008265
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000057
delta_Syn_6 017388
omega_Syn_6 1
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 031077
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 00003
delta_Syn_8 -013886
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000027
delta_Syn_9 018826
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000028
delta_Syn_10 -040867
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
123
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098193
vr1_Exc_2 10001
vr2_Exc_2 -1179
vf_Exc_2 098246
vm_Exc_3 098303
vr1_Exc_3 10012
vr2_Exc_3 -07868
vf_Exc_3 09835
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079795
vf_Exc_4 099744
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030385
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10492
vr1_Exc_6 10706
vr2_Exc_6 -067176
vf_Exc_6 10496
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10855
vr2_Exc_7 -031913
vf_Exc_7 10638
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073425
vf_Exc_8 1028
124
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57287
tg2_Tg_2 57287
tg3_Tg_2 43538
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
125
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
tg3_Tg_10 19
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 233017
p_Syn_1 233017
q_Syn_1 127501
vf_Syn_2 098246
pm_Syn_2 133489
p_Syn_2 133488
q_Syn_2 175863
vf_Syn_3 09835
pm_Syn_3 151461
p_Syn_3 151461
q_Syn_3 187014
vf_Syn_4 099744
pm_Syn_4 147267
p_Syn_4 147267
q_Syn_4 10807
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 118373
126
p_Syn_5 118373
q_Syn_5 79733
vf_Syn_6 10496
pm_Syn_6 151462
p_Syn_6 151459
q_Syn_6 157144
vf_Syn_7 10638
pm_Syn_7 13049
p_Syn_7 13049
q_Syn_7 101381
vf_Syn_8 1028
pm_Syn_8 125829
p_Syn_8 125829
q_Syn_8 6659
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 193404
p_Syn_9 193404
q_Syn_9 113176
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 58254
p_Syn_10 58254
q_Syn_10 95686
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
127
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -29402 20187 005093 -003257
BUS01 BUS39 2 14701 -10093 000582 -023653
BUS01 BUS39 3 14701 -10093 000582 -023653
BUS02 BUS03 4 83713 76933 020549 22022
BUS02 BUS25 5 -5537 18564 029017 023195
BUS03 BUS04 6 15723 44591 004916 069085
BUS03 BUS18 7 -07493 097723 000298 -0091
BUS04 BUS05 8 -40818 -009527 003119 044062
BUS04 BUS14 9 -57969 -033235 006305 095555
BUS05 BUS06 10 -111502 -18364 005774 073114
128
BUS05 BUS08 11 70371 17427 00953 12716
BUS06 BUS07 12 95297 33531 01339 20045
BUS06 BUS11 13 -75986 -083911 008922 097932
BUS07 BUS08 14 40642 -056691 001668 016022
BUS08 BUS09 15 -091415 -42695 010425 14208
BUS09 BUS39 16 -10184 -56903 003659 -018671
BUS10 BUS11 17 7823 34845 005605 056551
BUS10 BUS13 18 73231 32305 004896 048928
BUS13 BUS14 19 71513 16135 00984 10223
BUS14 BUS15 20 1193 -069671 000707 -008669
BUS15 BUS16 21 -61113 -4099 010049 095887
BUS16 BUS17 22 51209 -045295 00319 032762
BUS16 BUS19 23 -102938 -39142 033316 38445
BUS16 BUS21 24 -75106 041206 007824 11706
BUS16 BUS24 25 -10399 -18394 000228 00046
BUS17 BUS18 26 43783 -019098 002304 019313
BUS17 BUS27 27 071071 -058958 000167 -016774
BUS21 BUS22 28 -13837 -3381 027167 4578
BUS22 BUS23 29 10372 15681 000291 -009404
BUS23 BUS24 30 83187 33043 023923 35628
BUS25 BUS26 31 15326 27558 004095 001147
BUS26 BUS27 32 57848 2892 008598 07485
BUS26 BUS28 33 -3195 -031065 006372 013951
BUS26 BUS29 34 -42678 -022476 015083 087458
BUS28 BUS29 35 -79563 -10795 011934 10905
BUS02 BUS30 36 -58254 -74984 0 20702
BUS06 BUS31 37 -65695 -25408 0 61999
BUS06 BUS31 38 -65695 -25408 0 61999
BUS10 BUS32 39 -151461 -6715 0 119864
129
BUS12 BUS11 40 -007516 -099262 000397 010795
BUS12 BUS13 41 -011868 -10141 000418 011357
BUS19 BUS20 42 38649 -17168 001672 032972
BUS19 BUS33 43 -144918 -60419 02349 47652
BUS20 BUS34 44 -116584 -43953 01789 3578
BUS22 BUS35 45 -151459 -95271 0 61873
BUS23 BUS36 46 -129283 -35713 012071 65668
BUS25 BUS37 47 -124678 -22077 011512 44514
BUS29 BUS38 48 -189592 -38828 038127 74347
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 29911 -20513 005093 -003257
BUS39 BUS01 2 -14643 077281 000582 -023653
BUS39 BUS01 3 -14643 077281 000582 -023653
BUS03 BUS02 4 -81658 -54911 020549 22022
BUS25 BUS02 5 58272 -16244 029017 023195
BUS04 BUS03 6 -15231 -37683 004916 069085
BUS18 BUS03 7 075229 -10682 000298 -0091
BUS05 BUS04 8 4113 053589 003119 044062
BUS14 BUS04 9 58599 12879 006305 095555
BUS06 BUS05 10 112079 25676 005774 073114
BUS08 BUS05 11 -69418 -047112 00953 12716
BUS07 BUS06 12 -93958 -13486 01339 20045
BUS11 BUS06 13 76878 18184 008922 097932
BUS08 BUS07 14 -40476 072713 001668 016022
130
BUS09 BUS08 15 10184 56903 010425 14208
BUS39 BUS09 16 1055 55035 003659 -018671
BUS11 BUS10 17 -77669 -2919 005605 056551
BUS13 BUS10 18 -72742 -27412 004896 048928
BUS14 BUS13 19 -70529 -059119 00984 10223
BUS15 BUS14 20 -11859 061002 000707 -008669
BUS16 BUS15 21 62118 50579 010049 095887
BUS17 BUS16 22 -5089 078056 00319 032762
BUS19 BUS16 23 106269 77587 033316 38445
BUS21 BUS16 24 75888 075852 007824 11706
BUS24 BUS16 25 10422 1844 000228 00046
BUS18 BUS17 26 -43553 038412 002304 019313
BUS27 BUS17 27 -070903 042184 000167 -016774
BUS22 BUS21 28 141087 7959 027167 4578
BUS23 BUS22 29 -10343 -16621 000291 -009404
BUS24 BUS23 30 -80794 025853 023923 35628
BUS26 BUS25 31 -14917 -27443 004095 001147
BUS27 BUS26 32 -56988 -21435 008598 07485
BUS28 BUS26 33 32587 045016 006372 013951
BUS29 BUS26 34 44187 10993 015083 087458
BUS29 BUS28 35 80756 21701 011934 10905
BUS30 BUS02 36 58254 95686 0 20702
BUS31 BUS06 37 65695 87407 0 61999
BUS31 BUS06 38 65695 87407 0 61999
BUS32 BUS10 39 151461 187014 0 119864
BUS11 BUS12 40 007913 11006 000397 010795
BUS13 BUS12 41 012285 11277 000418 011357
BUS20 BUS19 42 -38482 20465 001672 032972
BUS33 BUS19 43 147267 10807 02349 47652
131
BUS34 BUS20 44 118373 79733 01789 3578
BUS35 BUS22 45 151459 157144 0 61873
BUS36 BUS23 46 13049 101381 012071 65668
BUS37 BUS25 47 125829 6659 011512 44514
BUS38 BUS29 48 193404 113176 038127 74347
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1443043
REACTIVE POWER [pu] 1212158
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1402543
REACTIVE POWER [pu] 31686
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 405
REACTIVE POWER [pu] 895298
Annexe B1 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds (eacutetat de base)
132
CONTINUATION POWER FLOW REPORT
P S A T 218
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail FedericoMilanouclmes
website httpwwwuclmesareagseeWebFederico
File Cworkworkpsat 216psat 218psattestsPFE _2017PFE_SEVersion 2PFE_SESimulation
STATCOM_version 2b_d_Ieee39satatcomN08
Date 18-Jun-2017 183446
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 500
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
133
BUS01 09982 -053682 0 0 0 0
BUS02 093356 -040526 0 0 0 0
BUS03 083248 -056145 0 0 74588 005559
BUS04 075506 -060782 0 0 115819 42622
BUS05 078731 -051917 0 0 0 -061985
BUS06 079546 -047221 0 0 0 0
BUS07 07767 -061636 0 0 54157 19458
BUS08 07846 -06495 0 1e-005 120915 093843
BUS09 094102 -062322 0 0 0 0
BUS10 081535 -031761 0 0 0 0
BUS11 080223 -03697 0 0 0 0
BUS12 074304 -037112 0 0 019689 20384
BUS13 079549 -036353 0 0 0 0
BUS14 076855 -047744 0 0 0 0
BUS15 075482 -05163 0 0 74124 35441
BUS16 080356 -042235 0 0 76302 074819
BUS17 080696 -049169 0 0 0 0
BUS18 08103 -054653 0 0 36599 069492
BUS19 093308 -015476 0 0 0 0
BUS20 089997 -022503 0 0 157514 23859
BUS21 080567 -026193 0 0 63469 26638
BUS22 090079 000883 0 0 0 0
BUS23 088298 -000265 0 0 57331 19597
BUS24 081562 -041378 0 0 71484 -21357
BUS25 095503 -033343 0 0 51887 10933
BUS26 085531 -038802 0 0 32198 039379
BUS27 080829 -050935 0 0 6509 17489
BUS28 08815 -018388 0 0 47718 063932
134
BUS29 091752 -003447 0 0 6567 062311
BUS30 10475 -029318 58951 82418 0 0
BUS31 098195 0 134949 126708 021311 010655
BUS32 098304 0104 153273 141443 0 0
BUS33 099716 008297 149029 9774 0 0
BUS34 10123 000838 119789 75294 0 0
BUS35 10493 024882 153272 14353 0 0
BUS36 10635 038446 132051 93699 0 0
BUS37 10278 -002369 127335 58893 0 0
BUS38 10265 029432 195718 107923 0 0
BUS39 103 -06063 235805 99174 255729 5791
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -060625
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 000039
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098204
e1d_Syn_2 000015
delta_Syn_3 010437
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098312
e1d_Syn_3 000029
delta_Syn_4 008336
omega_Syn_4 1
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000032
135
delta_Syn_5 000911
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000058
delta_Syn_6 024915
omega_Syn_6 1
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 03848
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 00003
delta_Syn_8 -002336
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000028
delta_Syn_9 02947
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000028
delta_Syn_10 -029314
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098195
136
vr1_Exc_2 099998
vr2_Exc_2 -11788
vf_Exc_2 098233
vm_Exc_3 098304
vr1_Exc_3 10011
vr2_Exc_3 -078672
vf_Exc_3 09834
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079793
vf_Exc_4 099742
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030384
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10493
vr1_Exc_6 10705
vr2_Exc_6 -067175
vf_Exc_6 10496
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10855
vr2_Exc_7 -031913
vf_Exc_7 10638
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073424
vf_Exc_8 10279
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
137
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57229
tg2_Tg_2 57229
tg3_Tg_2 43494
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
138
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
tg3_Tg_10 19
ist_Statcom_1 4
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 235805
p_Syn_1 235805
q_Syn_1 99174
vf_Syn_2 098233
pm_Syn_2 13495
p_Syn_2 134949
q_Syn_2 126708
vf_Syn_3 09834
pm_Syn_3 153273
p_Syn_3 153273
q_Syn_3 141443
vf_Syn_4 099742
pm_Syn_4 149029
p_Syn_4 149029
q_Syn_4 9774
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 119789
139
p_Syn_5 119789
q_Syn_5 75294
vf_Syn_6 10496
pm_Syn_6 153274
p_Syn_6 153272
q_Syn_6 14353
vf_Syn_7 10638
pm_Syn_7 132051
p_Syn_7 132051
q_Syn_7 93699
vf_Syn_8 10279
pm_Syn_8 127335
p_Syn_8 127335
q_Syn_8 58893
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 195718
p_Syn_9 195718
q_Syn_9 107923
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 58951
p_Syn_10 58951
q_Syn_10 82418
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
140
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
vref_Statcom_1 1087
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -28037 16564 004173 -016258
BUS01 BUS39 2 14018 -082822 000477 -026649
BUS01 BUS39 3 14018 -082822 000477 -026649
BUS02 BUS03 4 85352 60288 016491 17143
BUS02 BUS25 5 -54854 23382 028801 022363
BUS03 BUS04 6 15487 28864 002097 020373
BUS03 BUS18 7 -063723 13726 000397 -009632
BUS04 BUS05 8 -4203 -14955 002777 036443
BUS04 BUS14 9 -58512 -008406 004804 069451
141
BUS05 BUS06 10 -114092 -13397 004257 05262
BUS05 BUS08 11 71784 009964 006653 084029
BUS06 BUS07 12 97568 16469 009295 13554
BUS06 BUS11 13 -79267 038477 006971 0728
BUS07 BUS08 14 42481 -16543 001373 011035
BUS08 BUS09 15 -074523 -34437 004342 03998
BUS09 BUS39 16 -078866 -38435 001309 -084056
BUS10 BUS11 17 81006 19153 004175 040109
BUS10 BUS13 18 72267 32265 003778 035886
BUS13 BUS14 19 70483 18322 007572 074431
BUS14 BUS15 20 10733 030933 000404 -016363
BUS15 BUS16 21 -63432 -30711 007799 071062
BUS16 BUS17 22 50068 -056869 002747 02623
BUS16 BUS19 23 -10422 -32119 029317 33425
BUS16 BUS21 24 -76042 085882 007274 10625
BUS16 BUS24 25 -10319 -16082 000166 -001185
BUS17 BUS18 26 43215 -062084 002043 015313
BUS17 BUS27 27 06578 -021016 000089 -019797
BUS21 BUS22 28 -140238 -28675 025194 42217
BUS22 BUS23 29 10514 15365 000274 -010306
BUS23 BUS24 30 84048 27448 022283 32842
BUS25 BUS26 31 16596 25876 003759 -004213
BUS26 BUS27 32 59316 24294 007946 066838
BUS26 BUS28 33 -32111 -013633 006074 008103
BUS26 BUS29 34 -43183 -005718 014609 079232
BUS28 BUS29 35 -80436 -085668 011761 1067
BUS02 BUS30 36 -58951 -6548 0 16938
BUS06 BUS31 37 -66409 -19488 0 43334
BUS06 BUS31 38 -66409 -19488 0 43334
142
BUS10 BUS32 39 -153273 -51418 0 90025
BUS12 BUS11 40 -005903 -1078 000342 009294
BUS12 BUS13 41 -013786 -096038 000276 007506
BUS19 BUS20 42 39641 -13164 001576 031072
BUS19 BUS33 43 -146793 -52379 022361 4536
BUS20 BUS34 44 -118031 -4013 017582 35164
BUS22 BUS35 45 -153272 -86257 0 57273
BUS23 BUS36 46 -130892 -30649 01159 63049
BUS25 BUS37 47 -126217 -15664 01118 43229
BUS29 BUS38 48 -191925 -33962 037929 73961
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 28454 -1819 004173 -016258
BUS39 BUS01 2 -13971 056173 000477 -026649
BUS39 BUS01 3 -13971 056173 000477 -026649
BUS03 BUS02 4 -83702 -43145 016491 17143
BUS25 BUS02 5 57734 -21145 028801 022363
BUS04 BUS03 6 -15277 -26826 002097 020373
BUS18 BUS03 7 06412 -14689 000397 -009632
BUS05 BUS04 8 42307 18599 002777 036443
BUS14 BUS04 9 58993 077857 004804 069451
BUS06 BUS05 10 114517 18659 004257 05262
BUS08 BUS05 11 -71119 074065 006653 084029
BUS07 BUS06 12 -96638 -029146 009295 13554
BUS11 BUS06 13 79964 034323 006971 0728
143
BUS08 BUS07 14 -42344 17647 001373 011035
BUS09 BUS08 15 078866 38435 004342 03998
BUS39 BUS09 16 080175 3003 001309 -084056
BUS11 BUS10 17 -80589 -15142 004175 040109
BUS13 BUS10 18 -71889 -28677 003778 035886
BUS14 BUS13 19 -69726 -10879 007572 074431
BUS15 BUS14 20 -10693 -047297 000404 -016363
BUS16 BUS15 21 64212 37817 007799 071062
BUS17 BUS16 22 -49793 083099 002747 02623
BUS19 BUS16 23 107152 65544 029317 33425
BUS21 BUS16 24 76769 020366 007274 10625
BUS24 BUS16 25 10336 15963 000166 -001185
BUS18 BUS17 26 -43011 077397 002043 015313
BUS27 BUS17 27 -065692 001218 000089 -019797
BUS22 BUS21 28 142758 70892 025194 42217
BUS23 BUS22 29 -10486 -16395 000274 -010306
BUS24 BUS23 30 -8182 053938 022283 32842
BUS26 BUS25 31 -1622 -26297 003759 -004213
BUS27 BUS26 32 -58521 -17611 007946 066838
BUS28 BUS26 33 32719 021736 006074 008103
BUS29 BUS26 34 44644 08495 014609 079232
BUS29 BUS28 35 81612 19236 011761 1067
BUS30 BUS02 36 58951 82418 0 16938
BUS31 BUS06 37 66409 62821 0 43334
BUS31 BUS06 38 66409 62821 0 43334
BUS32 BUS10 39 153273 141443 0 90025
BUS11 BUS12 40 006245 1171 000342 009294
BUS13 BUS12 41 014062 10354 000276 007506
BUS20 BUS19 42 -39483 16271 001576 031072
144
BUS33 BUS19 43 149029 9774 022361 4536
BUS34 BUS20 44 119789 75294 017582 35164
BUS35 BUS22 45 153272 14353 0 57273
BUS36 BUS23 46 132051 93699 01159 63049
BUS37 BUS25 47 127335 58893 01118 43229
BUS38 BUS29 48 195718 107923 037929 73961
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1460172
REACTIVE POWER [pu] 102682
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1424692
REACTIVE POWER [pu] 288773
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 35479
REACTIVE POWER [pu] 738047
Annexe B2 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du
STATCOM au nœud 8 (Zone 1)
145
POWER FLOW REPORT
P S A T 219
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail federicomilanoucdie
website faraday1ucdiepsathtml
File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeteste ssscb_d00
Date 09-Jun-2017 153006
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 336
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 099097 -068975 0 0 0 0
BUS02 091781 -05429 0 0 0 0
BUS03 079734 -070717 0 0 75617 005636
BUS04 066326 -076185 0 0 117417 43209
BUS05 066473 -064183 0 0 0 -044187
146
BUS06 067567 -057647 0 0 0 0
BUS07 063172 -078416 0 0 54904 19726
BUS08 063378 -083261 0 0 122583 41331
BUS09 087869 -078891 0 0 0 0
BUS10 072734 -037936 0 0 0 0
BUS11 070208 -044367 0 0 0 0
BUS12 063793 -044818 0 0 019961 20665
BUS13 070846 -044069 0 0 0 0
BUS14 069215 -059233 0 0 0 0
BUS15 07407 -064955 0 0 75147 3593
BUS16 081822 -05593 0 0 77354 075851
BUS17 080501 -063045 0 0 0 0
BUS18 079536 -068866 0 0 37104 07045
BUS19 093754 -029105 0 0 0 0
BUS20 090167 -036109 0 0 159687 24188
BUS21 087 -041123 0 0 64345 27006
BUS22 10049 -018383 0 0 0 0
BUS23 095617 -018974 0 0 58121 19867
BUS24 084024 -055252 0 0 7247 -21652
BUS25 094412 -04701 0 0 52603 11084
BUS26 08466 -05244 0 0 32642 039922
BUS27 0802 -06492 0 0 65988 1773
BUS28 087316 -031212 0 0 48376 064814
BUS29 091081 -015774 0 0 66575 06317
BUS30 10475 -042699 5993 9148 0 0
BUS31 098193 0 137349 178813 021605 010802
BUS32 098303 010582 155818 187617 0 0
BUS33 099716 -005013 151503 95238 0 0
BUS34 10123 -012399 121778 74705 0 0
147
BUS35 10492 -014155 155816 166126 0 0
BUS36 10635 017417 134243 63977 0 0
BUS37 10278 -015159 129449 64436 0 0
BUS38 10265 017894 198968 113339 0 0
BUS39 103 -076593 23972 128843 259257 58709
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -076589
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 00004
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098206
e1d_Syn_2 000016
delta_Syn_3 01062
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098313
e1d_Syn_3 000029
delta_Syn_4 -004973
omega_Syn_4 1
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000033
delta_Syn_5 -012326
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000059
delta_Syn_6 -014122
omega_Syn_6 1
148
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 017452
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 000031
delta_Syn_8 -015125
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000028
delta_Syn_9 017933
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000029
delta_Syn_10 -042696
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098193
vr1_Exc_2 10001
vr2_Exc_2 -1179
vf_Exc_2 098247
vm_Exc_3 098303
vr1_Exc_3 10012
vr2_Exc_3 -07868
149
vf_Exc_3 09835
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079793
vf_Exc_4 099741
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030384
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10492
vr1_Exc_6 10706
vr2_Exc_6 -067177
vf_Exc_6 10497
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10854
vr2_Exc_7 -03191
vf_Exc_7 10637
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073425
vf_Exc_8 1028
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
150
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57296
tg2_Tg_2 57296
tg3_Tg_2 43545
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
151
tg3_Tg_10 19
vcs_Sssc_1 024834
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 23972
p_Syn_1 23972
q_Syn_1 128843
vf_Syn_2 098247
pm_Syn_2 137351
p_Syn_2 137349
q_Syn_2 178813
vf_Syn_3 09835
pm_Syn_3 155818
p_Syn_3 155818
q_Syn_3 187617
vf_Syn_4 099741
pm_Syn_4 151503
p_Syn_4 151503
q_Syn_4 95238
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 121778
p_Syn_5 121778
q_Syn_5 74705
vf_Syn_6 10497
pm_Syn_6 155819
p_Syn_6 155816
q_Syn_6 166126
152
vf_Syn_7 10637
pm_Syn_7 134243
p_Syn_7 134243
q_Syn_7 63977
vf_Syn_8 1028
pm_Syn_8 129449
p_Syn_8 129449
q_Syn_8 64436
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 198968
p_Syn_9 198968
q_Syn_9 113339
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 5993
p_Syn_10 5993
q_Syn_10 9148
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
153
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
v0_Sssc_1 024834
pref_Sssc_1 -65
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -30454 19186 005128 -003514
BUS01 BUS39 2 15227 -095928 000595 -023441
BUS01 BUS39 3 15227 -095928 000595 -023441
BUS02 BUS03 4 85484 71305 019364 20591
BUS02 BUS25 5 -56521 19983 030072 02429
BUS03 BUS04 6 16592 48844 005583 079567
BUS03 BUS18 7 -086611 013058 000137 -011907
BUS04 BUS05 8 -40971 039838 003086 043458
BUS04 BUS14 9 -60412 -063061 006702 10172
BUS05 BUS06 10 -114034 -15612 005995 075982
BUS05 BUS08 11 72754 19668 010307 13807
BUS06 BUS07 12 98009 356 014314 21465
BUS06 BUS11 13 -77454 -1037 009353 10297
BUS07 BUS08 14 41674 -055909 00177 017236
154
BUS08 BUS09 15 -093637 -42784 010612 14517
BUS09 BUS39 16 -10425 -57301 003733 -016642
BUS10 BUS11 17 79843 37573 005898 059683
BUS10 BUS13 18 75975 26941 004921 049144
BUS13 BUS14 19 74265 099622 010083 10471
BUS14 BUS15 20 12175 -16987 001532 -000336
BUS15 BUS16 21 -63125 -52883 011043 10493
BUS16 BUS17 22 53385 093664 003081 030328
BUS16 BUS19 23 -106504 -28279 028885 3285
BUS16 BUS21 24 -79033 -21786 007988 11662
BUS16 BUS24 25 -094316 -30262 000444 004057
BUS17 BUS18 26 46012 064426 002338 018941
BUS17 BUS27 27 07065 -001089 000102 -019408
BUS21 BUS22 28 -144177 -60454 02571 42727
BUS22 BUS23 29 090684 49468 001558 007174
BUS23 BUS24 30 84057 39679 021112 30663
BUS25 BUS26 31 16131 24983 003604 -004873
BUS26 BUS27 32 59739 2273 008058 068314
BUS26 BUS28 33 -32701 -010726 006433 013216
BUS26 BUS29 34 -4391 -001791 015431 089643
BUS28 BUS29 35 -81721 -088757 012378 11369
BUS02 BUS30 36 -5993 -71751 0 1973
BUS06 BUS31 37 -67594 -2422 0 64646
BUS06 BUS31 38 -67594 -2422 0 64646
BUS10 BUS32 39 -155818 -64515 0 123103
BUS12 BUS11 40 -008249 -098751 000391 010623
BUS12 BUS13 41 -011712 -1079 000469 012744
BUS19 BUS20 42 39856 -11624 001542 030405
BUS19 BUS33 43 -149249 -49505 022544 45733
155
BUS20 BUS34 44 -119985 -38853 017926 35853
BUS22 BUS35 45 -155816 -15265 0 13477
BUS23 BUS36 46 -133266 -10795 009776 53183
BUS25 BUS37 47 -128261 -18513 011877 45923
BUS29 BUS38 48 -194987 -35705 039812 77634
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 30966 -19537 005128 -003514
BUS39 BUS01 2 -15167 072488 000595 -023441
BUS39 BUS01 3 -15167 072488 000595 -023441
BUS03 BUS02 4 -83548 -50713 019364 20591
BUS25 BUS02 5 59528 -17554 030072 02429
BUS04 BUS03 6 -16034 -40887 005583 079567
BUS18 BUS03 7 086747 -024965 000137 -011907
BUS05 BUS04 8 4128 003621 003086 043458
BUS14 BUS04 9 61082 16479 006702 10172
BUS06 BUS05 10 114633 2321 005995 075982
BUS08 BUS05 11 -71723 -058609 010307 13807
BUS07 BUS06 12 -96578 -14135 014314 21465
BUS11 BUS06 13 78389 20668 009353 10297
BUS08 BUS07 14 -41497 073145 00177 017236
BUS09 BUS08 15 10425 57301 010612 14517
BUS39 BUS09 16 10798 55637 003733 -016642
BUS11 BUS10 17 -79253 -31605 005898 059683
BUS13 BUS10 18 -75483 -22027 004921 049144
156
BUS14 BUS13 19 -73257 005086 010083 10471
BUS15 BUS14 20 -12022 16953 001532 -000336
BUS16 BUS15 21 64229 63376 011043 10493
BUS17 BUS16 22 -53077 -063336 003081 030328
BUS19 BUS16 23 109393 61129 028885 3285
BUS21 BUS16 24 79832 33448 007988 11662
BUS24 BUS16 25 09476 30668 000444 004057
BUS18 BUS17 26 -45779 -045485 002338 018941
BUS27 BUS17 27 -070548 -018318 000102 -019408
BUS22 BUS21 28 146748 103181 02571 42727
BUS23 BUS22 29 -089126 -48751 001558 007174
BUS24 BUS23 30 -81946 -090159 021112 30663
BUS26 BUS25 31 -1577 -2547 003604 -004873
BUS27 BUS26 32 -58934 -15898 008058 068314
BUS28 BUS26 33 33345 023942 006433 013216
BUS29 BUS26 34 45453 091434 015431 089643
BUS29 BUS28 35 82958 20245 012378 11369
BUS30 BUS02 36 5993 9148 0 1973
BUS31 BUS06 37 67594 88866 0 64646
BUS31 BUS06 38 67594 88866 0 64646
BUS32 BUS10 39 155818 187617 0 123103
BUS11 BUS12 40 00864 10937 000391 010623
BUS13 BUS12 41 012181 12065 000469 012744
BUS20 BUS19 42 -39702 14665 001542 030405
BUS33 BUS19 43 151503 95238 022544 45733
BUS34 BUS20 44 121778 74705 017926 35853
BUS35 BUS22 45 155816 166126 0 13477
BUS36 BUS23 46 134243 63977 009776 53183
BUS37 BUS25 47 129449 64436 011877 45923
157
BUS38 BUS29 48 198968 113339 039812 77634
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1484574
REACTIVE POWER [pu] 1164575
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1444346
REACTIVE POWER [pu] 326439
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 40229
REACTIVE POWER [pu] 838136
Annexe B3 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du
SSSC agrave la linge 45 (Zone 3)
من لها لما الماضية القليلة السنوات خلال سريعا تطورا شهدت التي المجالات من ( FACTS ) المرنة النقل أنظمة
قدرة
سرعة وقد تم القيام بالعديد من الدراسات على هذه الأنظمة لزيادة الكهربائية تحسين أداء شبكات النقل على كبيرة
الممانعة وزاوية الطور( الجهدالسيطرة على معاملات الخطوط )
على SSSC و STATCOMنظمة النقل المرنة أنموذجان من تأثيرھو المذكرة ھذه في ساسىى الأالهد ف
القدرة قباستخدام تقنية الحساب المستمر لتدف توترمشكلة انهيار ال
القدرة قالحساب المستمر لتدف توترال انهيار STATCOM SSSCالمرنة النقل أنظمة ةمفتاحی كلمات
ملخص
Table des matiegraveres
Contexte de lrsquoeacutetude et eacutetat de lrsquoart
I1) Introduction 13
I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique 14
I21) De la centrale aux abonneacutes 14
I 3) Fonctionnement du reacuteseau eacutelectrique 16
I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectrique 16
I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie 17
I411) Reacuteseaux drsquoutilisation 17
I412) Reacuteseaux de distribution 18
I413) Reacuteseaux de reacutepartition 18
I414) Reacuteseaux de transport 18
I42) Topologie des reacuteseaux
I421) Reacuteseaux radiaux
I422) Reacuteseaux boucleacutes
I423) Reacuteseaux mailleacutes
18
18
19
20
Liste des figures 03
Liste des tableaux 05
Liste des acronymes 06
Liste des symboles 08
Introduction geacuteneacuterale 09
Table des matiegraveres
Chapitre I
I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques 20
I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du
Maghreb Arabe
21
I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique 22
I61) Qualiteacute de la tension 22
I611) Amplitude 22
I612) Freacutequence 23
I613) Forme Drsquoonde 23
I614) Symeacutetrie 23
I62) Qualiteacute du courant 23
I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique 24
I71) Classification des perturbations eacutelectriques 24
I711) Creux de tension et coupures 24
a) Origines de creux de tension et coupures 25
I712) Harmonique 26
a) Inters harmoniques 26
b) Infra-harmoniques 26
c) Conseacutequences des harmoniques 26
d) Les principales sources drsquoharmoniques 26
I713) Surtensions 27
a) Origine ou causes des surtensions 28
I714) Variations et fluctuations de tension 28
a) Origines des variations et fluctuations de tension 28
I715) Deacuteseacutequilibres 29
a) Origines de Deacuteseacutequilibres 29
I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations 29
I72) Le system de protection 30
I8) La Stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31
I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31
I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 31
I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire) 32
I8211) Stabiliteacute Angulaire Aux Petites Perturbations 33
I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
transitoire
34
I822) Stabiliteacute de la freacutequence 35
I823) Stabiliteacute de tension 35
I8231) Instabiliteacute de la tension 35
I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension 36
I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites
perturbations
36
I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes
perturbations
36
I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension 36
I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation 37
I92) Charge appeleacutee trop importante 37
I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport 37
I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 38
I11) Conclusion 40
Le concept des FACTS
II1) Introduction 42
II2) Le concept FACTS 42
II21) Fonctionnement des FACTS
II22) Contexte algeacuterien
44
45
II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS 47
II3) Les dispositifs FACTS 47
II4) Classification des dispositifs FACTS 48
II41) Classification selon la geacuteneacuteration 48
II411) Geacuteneacuteration I 48
II412) Geacuteneacuteration II 48
II413) Geacuteneacuteration III 48
II42) Classification selon la cateacutegorie 48
II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS 49
a) Dispositifs FACTS Shunt 49
Compensateur statique de puissance reacuteactive (SVC) 49
Compensateur statique synchrone ( STATCOM) 49
Geacuteneacuterateur statique synchrone (SSG) 49
Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (SVG) 50
Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (SVS) 50
Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (TCBR) 50
b) Dispositifs FACTS seacuteries 51
Controcircleur de transit de puissance entre lignes (IPFC) 51
Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (TCSC) 51
Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (TSSC) 51
Chapitre II
Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (TCSR) 51
Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (TSSR) 52
Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (SSSC) 52
c) Dispositifs FACTS hybrides 52
Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (UPFC) 52
Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (TCPST) 52
Reacutegulateur de puissance interphases (IPC) 52
d) Autres dispositifs FACTS 53
Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVL) 53
Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVR) 53
II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors 54
Compensateur synchrone statique(STATCOM) 54
Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC) 58
II6) Coucirct des dispositifs FACTS 62
II7) Synthegravese des dispositifs FACTS 63
II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie des
dispositifs FACTS
63
II9) Conclusion 64
Modeacutelisation du systegraveme eacutetudieacute de la charge au reacuteseau complet
III1) Introduction 67
III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS 67
III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs 67
III22) Modegraveles des charges 69
III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt 69
III24) Modegraveles de la ligne 70
Chapitre III
III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques 71
III26) Modegraveles du transformateur 72
III27) Modeacutelisation de la machine synchrone 73
III28) Modeacutelisation du STATCOM 74
III29) Modeacutelisation du SSSC 75
III3) Conclusion 78
IV1) Introduction 80
IV2) Outils de simulation 81
IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 82
IV31) Facteur de charger et les directions de puissance 83
IV32) Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance 84
IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE39 nœuds 87
IV41) Preacutesentation du reacuteseau 87
IV5) Emplacement du STATCOM 91
IV51) Impact du STATCOM 92
IV511) Profils des tensions et les pertes de puissance dans le
systegraveme
94
IV512) Synthegravese 98
IV6) Emplacement du SSSC 99
IV61) Impact du SSSC 100
IV611) SSSC inseacutereacute sur la linge 45 103
IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 104
IV613) Synthegravese 106
IV7) Conclusion 107
Chapitre IV
Ameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau de transport par les FACTS
Conclusion geacuteneacuterale 109
Bibliographies 112
Annexes 116
Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique 14
Figure I2 Reacuteseaux publique 15
Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique 17
Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial 19
Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute 19
Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute 20
Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension 24
Figure I8 Paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12) 25
Figure I9 Harmoniques 27
Figure I10 Exemple de surtension 27
Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension 28
Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension 29
Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques 30
Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique 32
Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps 34
Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 39
Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif 43
Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar 46
Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie 47
Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie 48
Figure II5 Classification des dispositifs FACTS 54
Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM 55
Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM 56
Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM 57
Liste des figures
Figure II9 Scheacutema de base du SSSC 58
Figure II10
Figure II11
Figure II12
Figure II13
Caracteacuteristique statiques du SSSC
Principe de fonctionnement de SSSC
Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple
Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du
SSSC
59
60
61
61
Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur 68
Figure III2 Modegravele des charges 69
Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt 70
Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport 70
Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur 72
Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone 73
Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM 74
Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation 76
Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT 82
Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink 82
Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas preacutedicteur) 85
Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas correcteur) 86
Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas correcteur obtenu
par les moyens de la parameacutetrisation locale
87
Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds 88
Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds 89
Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS 90
Figure IV9 Profile de tension du reacuteseau IEEE 39-nœuds 91
Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone 91
Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1 du systegraveme (eacutetat de base) 92
Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme (eacutetat de base) 92
Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de base 92
Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8 94
Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8 94
Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 8 95
Figure IV17 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 8 95
Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM 95
Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 03 96
Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 15 96
Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 15 97
Figure IV23 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV24 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV25 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 15 98
Figure IV26 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 15 98
Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents
emplacements du STATCOM
98
Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du
STATCOM
99
Figure IV29 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement 100
Figure IV30 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement 100
Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge15 102
Figure IV35 Profils de pertes de puissance actives avec SSSC sur la ligne 15 102
Figure IV36 Profils de pertes de puissance reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15 102
Figure IV37 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103
Figure IV38 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103
Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge 45 104
Figure IV41 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV42 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge48 105
Figure IV45 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV46 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC 106
Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents emplacements du
SSSC
106
Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS 62
Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS 63
Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme 72
Liste des tableaux
kV Kilovolt
Hz Hertz
THT Tregraves haute tension
UHT Ultra haute tension
Km Kilomegravetre
HTB Haute tension
RTE Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute
HTA Moyenne tension
BT Basse tension
SDO Socieacuteteacute de distribution de lrsquoouest
UMA Union du Maghreb Arabe
ONE Office National Marocain de lrsquoElectriciteacute
STEG Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz
Comelec Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute
IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Eacutelectriciteacute et en Eacutelectronique
CEI Commission eacutelectrotechnique internationale
119880119903119890119891 Tension de reacutefeacuterence
ms Mili-seconde
rms Root means square
pu Systegraveme de valeur relative (Per unit )
CPF Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance
GW Geacutegawatts
PSAT Power System Analysis Toolbox
AC Alternative Current (Courant altenatif)
IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Electriciteacute et en Electronique
Liste des acronymes
∆U Diffeacuterence de tension
∆T Diffeacuterence de temps
FACTS Flexible Alternating Current Transmission System
STATCOM Compensateur Statique Synchrone
SSSC
GTO
Compensateur Statique seacuterie synchrone
Gate Turn Off
119881119904 Tension de la source
119881119903 Tension de la charge
119868119898119886119909 Courant maximal
119868119898119894119899 Courant minimal
MLI Modulation par largeur dimpulsion
119881119904ℎ Tension (shunt) injecteacutee par le STATCOM
119876119904ℎ Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le STATCOM
119876119903 Puissance reacuteactive demandeacutee par la charge
119868119904ℎ Courant (shunt) injecteacute par le STATCOM
119881119904119890 Tension (seacuterie) injecteacute par le SSSC
119883119897 Reacuteactance de la ligne de transport
X Reacuteactance totale du reacuteseau
119883119890119891119891 Reacuteactance effective
V Tension de source
B Susceptance
119883119886 Reacuteactance seacuterie limitant les transitoires
119868119902 Composante du courant de la ligne sur lrsquoaxe q
119868prime119902 Composante du courant fourni par le compensateur shunt sur lrsquoaxe q
119881119904119902 Composante de la tension de la source sur lrsquoaxe q
119883119894 Angle de commutation
119868119897 Courant de ligne
λ Facteur de charge
Liste des symboles
Introduction geacuteneacuterale
INTRODUCTION GENERALE
9
Aujourdrsquohui la consommation de leacutenergie eacutelectrique et le sceacutenario des systegravemes
dalimentation est hautement complexe et interconnecteacute il y a un grand besoin
dameacuteliorer lutilisation deacutenergie eacutelectrique tout en conservant sa fiabiliteacute et sa seacutecuriteacute
Lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecoulement de puissance et la stabiliteacute dans le langage du systegraveme
eacutelectrique est la solution de leacutetat deacutequilibre des reacuteseaux Habituellement une centrale nest
pas situeacutee agrave proximiteacute du centre de charge mais elle peut ecirctre loin du centre de distribution
en raison de circonstances diverses Pour reacutepondre agrave la demande de puissance sans
cesse croissante les services publics preacutefegraverent sappuyer sur la production de
leacutelectriciteacute deacutejagrave existante au lieu de construire de nouvelles lignes de transmission qui
sont limiteacutees par des contraintes diverses
Les reacuteseaux eacutelectriques jusquagrave ces derniegraveres anneacutees sont controcircleacutes
meacutecaniquement malgreacute lutilisation de la microeacutelectronique des ordinateurs et des
moyens rapides de teacuteleacutecommunication dans le controcircle des reacuteseaux la derniegravere action dans
ces systegravemes de commande est prise avec des dispositifs meacutecaniques ayant un temps
de reacuteponse plus au moins long et avec lesquels laction damorccedilage et de reacuteamorccedilage
ne peut ecirctre reacutepeacutetitivement exeacutecuteacute agrave une freacutequence eacuteleveacutee
Les eacuteleacutements proposeacutes qui permettent drsquoameacuteliorer les systegravemes sont les dispositifs
FACTS laquo Flexible Alternating Current Transmission System raquo Les dispositifs FACTS font
en geacuteneacuteral appel agrave leacutelectronique de puissance des microprocesseurs de lautomatique des
teacuteleacutecommunications et des logiciels pour parvenir agrave controcircler les systegravemes de puissance Ce
sont des eacuteleacutements de reacuteponse rapide Ils donnent en principe un controcircle plus souple
de leacutecoulement de puissance Ils donnent aussi la possibiliteacute de charger les lignes de transit
agrave des valeurs pregraves de leur limite thermique et augmentent la capaciteacute de transfegravere de la
puissance dune reacutegion agrave une autre Ils Limitent aussi les effets des deacutefauts et
des deacutefaillances de leacutequipement et stabilisent le comportement du reacuteseau eacutelectrique
Lrsquoeacutetude du comportement de la tension dans les reacuteseaux eacutelectriques est devenue une
preacuteoccupation majeure des exploitants et planificateurs de ces systegravemes En fait plusieurs
incidents geacuteneacuteraliseacutes survenus dans le monde ont eacuteteacute associeacutes agrave des instabiliteacutes de tension Ce
mode drsquoinstabiliteacute nrsquoest pas encore bien maicirctriseacute compareacute au mode drsquoinstabiliteacute angulaire
(dynamique et transitoire) En effet le meacutecanisme causant lrsquoinstabiliteacute de tension semble lrsquoun
des plus importants problegravemes agrave clarifier Aujourdrsquohui encore il nrsquoy a pas une theacuteorie
INTRODUCTION GENERALE
10
disponible et largement accepteacutee pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension Les problegravemes lieacutes agrave
ce type drsquoinstabiliteacute constituent alors dans plusieurs pays un axe de recherche tregraves important
Des releveacutes sur les incidents survenus durant les derniegraveres deacutecennies ont montreacute que
lrsquoeffondrement de tension intervient geacuteneacuteralement suite agrave une perturbation majeure ou agrave une
augmentation importante de la charge sur un reacuteseau eacutelectrique soumis agrave de fortes contraintes
Ce reacuteseau srsquoaffaiblit et sa consommation reacuteactive srsquoaccroicirct Le pheacutenomegravene est alors
caracteacuteriseacute par une baisse progressive de la tension dans une ou plusieurs reacutegions
consommatrices et qui va en srsquoacceacuteleacuterant au bout de quelques minutes La deacutegradation de la
tension au niveau des charges est alors telle qursquoelle entraicircne des interruptions de service dont
les causes directes peuvent ecirctre
- Manque de tension
- Augmentation des pertes reacuteactive du reacuteseau
La deacutefaillance du reacuteglage de la tension au niveau des bornes des groupes a pour
conseacutequence une acceacuteleacuteration de la deacutegradation du plan de la tension qui peut aller jusqursquoagrave
des deacuteclenchements en cascade de groupes et de lignes et un effondrement geacuteneacuteral du reacuteseau
Dans cette situation les moyens classiques de controcircle des reacuteseaux (transformateur agrave
prises reacuteglables en charge transformateurs deacutephaseurs compensateurs seacuterie ou parallegravele
commuteacutes par disjoncteurs modification des consignes de production changement de
topologie du reacuteseau et action sur lexcitation des geacuteneacuterateurs) pourraient dans lavenir saveacuterer
trop lents et insuffisants pour reacutepondre efficacement aux problegravemes drsquoinstabiliteacute du reacuteseau
compte tenu notamment des nouvelles contraintes Il faudra donc compleacuteter leur action en
mettant en œuvre des dispositifs eacutelectroniques de puissance ayant des temps de reacuteponse
courts qui sont les FACTS
Le maintien de lrsquoeacutequilibre entre la production et la consommation neacutecessite alors une
surveillance permanente du systegraveme afin drsquoassurer la qualiteacute du service (problegraveme de
conduite) garantir sa seacutecuriteacute (problegraveme de protection) et sa stabiliteacute (problegraveme de reacuteglage)
Ainsi le premier chapitre de ce meacutemoire est consacreacute agrave une introduction geacuteneacuterale aux
problegravemes que rencontrent actuellement les reacuteseaux eacutelectriques Nous preacutesenterons ensuite La
INTRODUCTION GENERALE
11
stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
Dans le deuxiegraveme chapitre nous preacutesenterons le concept FACTS et plus
particuliegraverement le contexte Algeacuterien ainsi la conception et le principe de fonctionnement de
deux systegravemes FACTS qui seront retenus pour la suite de cette eacutetude
Dans le troisiegraveme chapitre nous preacutesenterons la modeacutelisation de deux systegravemes FACTS
qui sont retenus pour la simulation La modeacutelisation des eacuteleacutements des reacuteseaux sera eacutegalement
eacutevoqueacutee
Le chapitre quatre preacutesentera les reacutesultats des simulations lors de lrsquoeffondrement de
tension Ces tests concernent lrsquoimpact des dispositifs FACTS sur le pheacutenomegravene de
lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de
puissance (CPF) Nous utiliserons pour cela le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds
Lorsque tout ce qui preacutecegravede aura eacuteteacute exposeacute il ne nous restera plus qursquoagrave conclure et agrave
proposer des perspectives drsquoeacutetudes futures permettant de compleacuteter le travail reacutealiseacute tout au
long de ce meacutemoire
12
Chapitre 1
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
13
CHAPITRE I
I1) Introduction
Lrsquoeacutenergie eacutelectrique est la forme drsquoeacutenergie la plus largement reacutepandue car elle est
facilement transportable avec un rendement eacuteleveacute et un coucirct raisonnable Un reacuteseau eacutelectrique
est un ensemble dinfrastructures dont le but est dacheminer de leacutenergie eacutelectrique agrave partir de
centres de production vers les consommateurs deacutelectriciteacute (charge) Le premier reacuteseau
eacutelectrique a vu le jour aux Etats Unis en 1882 et a eacuteteacute conccedilu par Thomas
Edison Crsquoeacutetait un reacuteseau local agrave courant continu et servait agrave assurer lrsquoeacuteclairage de la reacutegion de
Manhattan La distribution de lrsquoeacutenergie eacutetait assureacutee par des cacircbles souterrains
Avec lrsquoinvention du transformateur par William Stanley en 1885 et celle du moteur agrave
courant alternatif par Nikola Tesla en 1888 les reacuteseaux agrave courant alternatif commencegraverent agrave
prendre le pas sur les reacuteseaux agrave courant continu du fait qursquoil eacutetait devenu possible drsquoacheminer
plus de puissance sur de plus grandes distances gracircce agrave des niveaux de tension plus eacuteleveacutes
Un autre avantage non neacutegligeable du courant alternatif est la suppression du collecteur
donc des problegravemes de commutation dans les alternateurs ce qui a permis de construire des
alternateurs de grande puissance agrave moyenne tension Les reacuteseaux eacutetaient drsquoabord monophaseacutes
puis triphaseacutes (23 kV en 1893) et agrave diffeacuterentes freacutequences (28Hz agrave 133Hz) Progressivement
la neacutecessiteacute de mise en fonctionnement en parallegravele et drsquointerconnexion des diffeacuterents reacuteseaux
a conduit agrave la standardisation de la freacutequence
60 Hz aux Etats Unis et au Canada
50 Hz pour la majoriteacute des pays en Afrique Asie et Europe
Les niveaux de tensions ont eux aussi eacutevolueacute graduellement jusqursquoagrave atteindre
aujourdrsquohui lrsquoUltra Haute tension 765 kV en service aux Etats Unis et ce depuis 1969Le
transport drsquoeacutenergie eacutelectrique sur de tregraves grandes distances est devenu plus avantageux en
courant continu qursquoen alternatif et ce gracircce au deacuteveloppement de lrsquoeacutelectronique de puissance
Ainsi il est plus eacuteconomique de convertir la THT ou UHT de lrsquoalternatif au continu de
transporter lrsquoeacutenergie eacutelectrique agrave lrsquoaide de deux lignes et de la reconvertir agrave lrsquoautre extreacutemiteacute
Des eacutetudes ont montreacute qursquoil eacutetait avantageux de recourir au courant continu lorsqursquoil
srsquoagissait de transporter de lrsquoeacutenergie eacutelectrique sur des distances supeacuterieures ou eacutegales agrave 500
km
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
14
CHAPITRE I
Lrsquoaccroissement eacutenorme de la demande de lrsquoeacutenergie eacutelectrique et les contraintes
eacuteconomiques de construire de nouveaux ouvrages conduisent agrave lrsquoexploitation des reacuteseaux
eacutelectriques preacutes de leurs limites de stabiliteacute et de seacutecuriteacute En effet lrsquoinstabiliteacute des reacuteseaux
eacutelectriques preacutesente un problegraveme majeur dans le bon fonctionnement de ces derniers autour du
monde Les perturbations ineacutevitables telles que les courts circuits les indisponibiliteacutes
momentaneacutees des lignes de transmission des geacuteneacuterateurs les transformateurs ainsi que les
pertes dans les lignes peuvent affecter le reacuteseau eacutelectrique agrave tout instant et lrsquoamener en dehors
de sa zone de stabiliteacute La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique est donc la proprieacuteteacute qui lui permet
de rester dans un eacutetat drsquoeacutequilibre pour des conditions de fonctionnement normales et de
retrouver un eacutetat drsquoeacutequilibre acceptable suite agrave une perturbation
I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique
Les reacuteseaux eacutelectriques (transport et distribution) ont pour rocircle drsquoacheminer lrsquoeacutenergie
des sites de production vers les lieux de consommation avec des eacutetapes de baisse du niveau
de tension dans des postes de transformation
Les reacuteseaux eacutelectriques ont pour fonction dinterconnecter les centres
de production tels que les centrales hydrauliques thermiquesetc avec les centres de
consommation (villes usines) [1]
I21) De la centrale aux abonneacutes
La tension agrave la sortie des grandes centrales est porteacutee agrave 400 000 volts (ou 400 kV) pour
limiter les pertes drsquoeacutenergies sous forme de chaleur dans les cacircbles des lignes eacutelectriques de
transport (ce sont les pertes par laquo effets de joule raquo) Ensuite la tension est progressivement
reacuteduite au plus preacutes de la consommation pour arriver aux diffeacuterents niveaux de tension
auxquels sont raccordeacutes les consommateurs (figure I1)
Centrale
De
Production
Poste de
Transformation
THT HT
Poste de
Transformation
MT BT
Poste de
Transformation
HT HT
Abonneacutes HT Abonneacutes BT Abonneacutes MT
Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique
Poste de
Transformation
HTMT
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
15
CHAPITRE I
Les reacuteseaux publics drsquoeacutelectriciteacute (figure I2) sont constitueacutes drsquoun ensemble de
conducteurs et de postes eacutelectriques permettant drsquoacheminer lrsquoeacutenergie depuis les installations
de production jusqursquoaux installations de consommation
Les conducteurs sont les lignes aeacuteriennes ou les cacircbles souterrains (ou les cacircblages
courant en faccedilades drsquoimmeubles) desservant le territoire selon un scheacutema mailleacute ou
arborescent Pour des raisons tenant agrave des calculs technico-eacuteconomiques ils sont exploiteacutes agrave
diffeacuterents niveaux de tension
Les postes eacutelectriques sont situeacutes aux nœuds du maillage ou de lrsquoarborescence des
conducteurs Ils accueillent les transformateurs (pour le changement de niveau de tension) les
organes drsquoaiguillage et de manœuvre des flux et les eacutequipements de surveillance et de seacutecuriteacute
du reacuteseau [2]
Le but premier dun reacuteseau deacutenergie est de pouvoir alimenter la demande des
consommateurs Comme on ne peut encore stocker eacuteconomiquement et en grande quantiteacute
leacutenergie eacutelectrique il faut pouvoir maintenir en permanence leacutegaliteacute [3]
(I1)
Figure I2 Reacuteseaux publiques
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
16
CHAPITRE I
Le reacuteseau eacutelectrique est exploiteacute de maniegravere agrave assurer trois principaux objectifs
bull La distribution drsquoeacutelectriciteacute doit pouvoir ecirctre garantie et ce malgreacute les aleacuteas du reacuteseau
En effet celle-ci est un enjeu agrave la fois financier et de seacutecuriteacute pour les biens mateacuteriels
et des personnes Ainsi lrsquoopeacuterateur du reacuteseau doit ecirctre capable de faire face agrave ces aleacuteas
et drsquoeacuteviter les deacutegacircts potentiels ainsi que leurs propagations Cet enjeu de sucircreteacute de
fonctionnement en reacutegime normal et en reacutegime perturbeacute est un des premiers objectifs
bull Lrsquoonde de tension fait lrsquoobjet drsquoengagement contractuel que lrsquoopeacuterateur se doit de
ternir en respectant une regravegle drsquoeacutegaliteacute cest-agrave-dire une impartialiteacute entre clients en
conservant une continuiteacute de service maximale
bull Le dernier objectif drsquoexploitation est un objectif eacuteconomique lrsquoexploitation doit ecirctre
meneacutee de maniegravere optimale dans le but de reacuteduire les pertes ainsi que les coucircts de
maintenance et drsquoinvestissement Drsquoautre part lrsquoexploitation doit favoriser lrsquoouverture
du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute
I 3) Fonctionnent du reacuteseau eacutelectrique
Lrsquoeacutelectriciteacute produite par les centrales est drsquoabord achemineacutee sur de longues distances
dans des lignes agrave haute tension (HTB) geacutereacutees par RTE (Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute)
Elle est ensuite transformeacutee en eacutelectriciteacute agrave la tension HTA pour pouvoir ecirctre
achemineacutee par le reacuteseau de distribution Cette transformation intervient dans les postes
sources
Une fois sur le reacuteseau de distribution lrsquoeacutelectriciteacute haute tension HTA alimente
directement les clients industriels Pour les autres clients (particuliers commerccedilants
artisans) elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation avant
drsquoecirctre livreacutee
Au final la qualiteacute de lrsquoalimentation en eacutelectriciteacute des utilisateurs du reacuteseau est donc le
reacutesultat de la qualiteacute de tout ce parcours [4]
I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectriques
Dans les pays doteacutes drsquoun systegraveme eacutelectrique eacutelaboreacute le reacuteseau est structureacute en plusieurs
niveaux assurant des fonctions speacutecifiques propres et caracteacuteriseacutes par des tensions adapteacutees agrave
ces fonctions
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
17
CHAPITRE I
Traditionnellement les reacuteseaux eacutelectriques sont deacutecomposeacutes en trois sous-systegravemes la
geacuteneacuteration le transport et la distribution (figure I3) Chaque sous-systegraveme est relieacute par des
postes sources chargeacutes de lrsquoadeacutequation des niveaux de tension
Dans le contexte de ce paragraphe nous allons preacutesenter la structure et la topologie du
reacuteseau eacutelectrique Algeacuterien (les informations des paragraphes ci ndashdessous sont prises lors drsquoun
stage effectueacute agrave la SDO
I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie
I411) Reacuteseaux drsquoutilisation
Ces sont les reacuteseaux de basse tension (BT) qui alimentent les maisons lrsquoeacuteclairage
public les moteurs et les appareils domestiques Ce type de reacuteseau eacutelectrique doit preacutesenter
une continuiteacute de service permanente Geacuteneacuteralement la gamme de tension est de 220 volts agrave
380 volts
Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
18
CHAPITRE I
I412) Reacuteseaux de distribution
Ce sont les reacuteseaux de moyenne tension (MT) qui fournissent aux reacuteseaux
drsquoutilisation les puissances neacutecessaires demandeacutees Ils doivent observer des distances limiteacutees
de voisinage crsquoest pour cela que ces reacuteseaux se reacutealisent en souterrain dans les villes (En
Algeacuterie le niveau de tension de distribution de lrsquoeacutenergie est fixeacute agrave 10 kV)
I413) Reacuteseaux de reacutepartition
Ce sont les reacuteseaux HTMT (3010 kV) ils fournissent les puissances neacutecessaires
aux reacuteseaux de distribution relieacutes entre eux ils facilitent le secours mutuel entre reacutegions
I414) Reacuteseaux de transport
Ils assurent lrsquoalimentation de lrsquoensemble du territoire national gracircce agrave des
transits de puissances importantes et de tensions qui sont de 60 220 et 400 kV
I42) Topologie des reacuteseaux
Les reacuteseaux doivent assurer le transit de lrsquoeacutenergie eacutelectrique avec une seacutecuriteacute
suffisante cette seacutecuriteacute drsquoalimentation est augmenteacutee soit
Par les lignes aux appareillages plus solides
Par des circuits plus nombreux
I421) Reacuteseaux radiaux
Le principe de fonctionnement de reacuteseau radial est agrave une seule voie drsquoalimentation Ceci
signifie que tout point de consommation sur une telle structure ne peut ecirctre alimenteacute que par
un seul chemin eacutelectrique possible Il est de type arborescent Cette arborescence se deacuteroule agrave
partir des points drsquoalimentation qui sont constitueacutes par les postes de distribution publique
HTBHTA ou HTAHTA (reacutepartition) Ce scheacutema (figure I4) est particuliegraverement utiliseacute pour
la distribution de la MT en milieu rural En effet il permet facilement et agrave un moindre coucirct
drsquoacceacuteder agrave des points de consommation de faible densiteacute de charge (gtgt10 kVA) et largement
reacutepartis geacuteographiquement (gtgt 100 km2)
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
19
CHAPITRE I
I422) Reacuteseaux boucleacutes
Cette topologie (Figure I5) est surtout utiliseacutee dans les reacuteseaux de reacutepartition et
distribution MT Les postes de reacutepartition HT ou MT alimenteacutes agrave partir du reacuteseau THT sont
relieacutes entre eux pour former des boucles ceci dans le but drsquoaugmenter la disponibiliteacute
Cependant il faut noter que les reacuteseaux MT ne sont pas forcement boucleacutes [23]
1 Source
2 Poste MTHT
3 Poste MTBT
4 Consommateur
Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute
Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
20
CHAPITRE I
I423) Reacuteseaux mailleacutes
Cette topologie (Figure I6) est presque la norme pour les reacuteseaux de transport Tous les
centres de production sont lieacutes entre eux par des lignes THT au niveau des postes
drsquointerconnexion ce qui forme un maillage Cette structure permet une meilleure fiabiliteacute
mais neacutecessite une surveillance agrave lrsquoeacutechelle nationale voire continentale
On obtient ainsi une meilleure seacutecuriteacute mais agrave un prix plus chers [5]
I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques [6]
Lrsquointerconnexion entre les reacuteseaux de transport drsquoeacutelectriciteacute sert agrave faire passer lrsquoeacutenergie
drsquoun pays agrave un autre Leur rocircle premier est de permettre drsquoassurer la distribution drsquoeacutelectriciteacute
en cas de deacutefaillance soudaine sur le reacuteseau national en faisant appel agrave lrsquoeacutenergie produite et
transporteacutee par les pays voisins
Lrsquointerconnexion des reacuteseaux permet de rendre solidaires les pays voisins et de
diversifier les sources de production Ce foisonnement renforce la seacutecuriteacute
drsquoapprovisionnement et diminue le risque de panne geacuteneacuteraliseacutee
Les infrastructures existantes doivent ecirctre adapteacutees afin drsquoacheminer lrsquoeacutenergie
produite par les nouvelles sources renouvelables
Les infrastructures eacutenergeacutetiques doivent permettre en augmentant les eacutechanges
interreacutegionaux de favoriser la concurrence et drsquoameacuteliorer le fonctionnement du marcheacute
Source 1 Source 2 Source 3 Source 4
Source 5 Source 6
Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
21
CHAPITRE I
I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du Maghreb Arabe
Degraves le mois de juin 1974 bien avant la constitution de lrsquoUnion du Maghreb Arabe
(UMA) en 1989 les entreprises publiques drsquoeacutelectriciteacute des trois pays lrsquoOffice National
Marocain de lrsquoElectriciteacute (ONE) la Socieacuteteacute Nationale Algeacuterienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz
(SONELGAZ) la Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz (STEG) ont deacutecideacute la creacuteation
du Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute (Comelec) immeacutediatement enteacuterineacutee par le Conseil
Permanent Consultatif Maghreacutebin (CPCM) qui regroupe les ministres de lrsquoEconomie des trois
pays
Les compagnies des deux autres pays ont rejoint le Comiteacute Sonelec (Mauritanie) en
1975 et Gecol (Libye) en 1989 apregraves la constitution de lrsquoUMA formant ainsi le groupe
speacutecialiseacute le plus ancien de lrsquoUnion dont les missions consistent agrave promouvoir et coordonner
agrave lrsquoeacutechelle maghreacutebine et vis agrave vis des institutions internationales les relations sur le plan
technique eacuteconomique commercial industriel du management de la formation et des
relations sociales Dans ce cadre des actions concregravetes et efficaces ont eacuteteacute conduites en
commun
bull Renforcement des lignes drsquointerconnexion et deacuteveloppement des eacutechanges eacutelectriques
avec pour finaliteacute drsquoassurer une solidariteacute des reacuteseaux tout en eacutevitant les risques de
propagation drsquoincidents graves
bull Programmes drsquoeacutequipement et eacutetude de projets communs diffusion drsquoun scheacutema
directeur agrave long terme du reacuteseau maghreacutebin projets de station de pompage ou mecircme de
centrale nucleacuteaire
bull Elaboration et mise agrave jour permanente drsquoune carte du reacuteseau eacutelectrique maghreacutebin y
compris le reacuteseau de distribution impliquant lrsquoalimentation des villages frontaliers agrave partir du
reacuteseau le plus proche et dans les conditions technico - eacuteconomiques les plus favorables la
premiegravere action et probablement la plus symbolique a eacuteteacute lrsquoalimentation du village tunisien
martyre de Sakiet Sidi Youcef agrave partir du reacuteseau algeacuterien ou du village marocain de Figuig agrave
partir du reacuteseau algeacuterien agrave Beni Ounif
bull Utilisation commune des structures de formation eacutelectriques et gaziegraveres
bull Promotion de lrsquointeacutegration industrielle maghreacutebine de lrsquointervention des bureaux
drsquoeacutetudes et entreprises de travaux et de fabrication de mateacuteriel eacutelectrique du Maghreb agrave
travers notamment le renforcement de la fonction engineering [7]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
22
CHAPITRE I
I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique
La qualiteacute de cette eacutenergie deacutepend de celle de la tension aux points de raccordement
toutefois cette tension subit geacuteneacuteralement beaucoup de perturbations de deux origines
distinctes drsquoune part les perturbations de courant causeacutees par le passage dans les reacuteseaux
eacutelectriques des courants perturbateurs comme les courants harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et
reacuteactifs et drsquoautre part les perturbations de tension causeacutees par des tensions perturbatrices
comme les tensions harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et les creux de tension [8]
La qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique est consideacutereacutee comme une combinaison de la qualiteacute
de la tension et de la qualiteacute du courant Nous allons donc deacutefinir ces deux notions dans la
suite de ce paragraphe
I61) Qualiteacute de la tension
Dans la pratique lrsquoeacutenergie eacutelectrique distribueacutee se preacutesente sous la forme drsquoun ensemble
de tensions constituant un systegraveme alternatif triphaseacute qui possegravede quatre caracteacuteristiques
principales amplitude freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie [9]
I611) Amplitude
Lrsquoamplitude de la tension est un facteur crucial pour la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute Elle
constitue en geacuteneacuteral le premier engagement contractuel du distributeur drsquoeacutenergie
Habituellement lrsquoamplitude de la tension doit ecirctre maintenue dans un intervalle de plusmn 10
autour de la valeur nominale
Dans le cas ideacuteal les trois tensions ont la mecircme amplitude qui est une constante
Cependant plusieurs pheacutenomegravenes perturbateurs peuvent affecter lrsquoamplitude des tensions En
fonction de la variation de lrsquoamplitude on distingue deux grandes familles de perturbations
- Les creux de tension coupures et surtensions Ces perturbations se caracteacuterisent par des
variations importantes de lrsquoamplitude Elles ont pour principale origine des courts-circuits et
peuvent avoir des conseacutequences importantes pour les eacutequipements eacutelectriques
- Les variations de tension Ces perturbations se caracteacuterisent par des variations de
lrsquoamplitude de la tension infeacuterieure agrave 10 de sa valeur nominale Elles sont geacuteneacuteralement
dues agrave des charges fluctuantes ou des modifications de la configuration du reacuteseau
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
23
CHAPITRE I
I612) Freacutequence
Dans le cas ideacuteal les trois tensions sont alternatives et sinusoiumldales drsquoune freacutequence
constante de 50 ou 60 Hz selon le pays Des variations de freacutequence peuvent ecirctre provoqueacutees
par des pertes importantes de production de lrsquoicirclotage drsquoun groupe sur ses auxiliaires ou son
passage en reacuteseau seacutepareacute ou drsquoun deacutefaut dont la chute de tension reacutesultante entraicircne une
reacuteduction de la charge [9]
I613) Forme drsquoonde
La forme drsquoonde des trois tensions formant un systegraveme triphaseacute doit ecirctre la plus proche
possible drsquoune sinusoiumlde En cas de perturbations au niveau de la forme drsquoonde la tension
nrsquoest plus sinusoiumldale et peut en geacuteneacuteral ecirctre consideacutereacutee comme une onde fondamentale agrave
50Hz associeacutee agrave des ondes de freacutequences supeacuterieures ou infeacuterieures agrave 50 Hz appeleacutees
eacutegalement harmoniques Les tensions peuvent eacutegalement contenir des signaux permanents
mais non-peacuteriodiques alors deacutenommeacutes bruits
I614) Symeacutetrie
La symeacutetrie drsquoun systegraveme triphaseacute se caracteacuterise par lrsquoeacutegaliteacute des modules des trois
tensions et celle de leurs deacutephasages relatifs La dissymeacutetrie de tels systegravemes est
communeacutement appeleacute deacuteseacutequilibre [9]
I62) Qualiteacute du courant
La qualiteacute du courant est relative agrave une deacuterive des courants de leur forme ideacuteale et se
caracteacuterise de la mecircme maniegravere que pour les tensions par quatre paramegravetres amplitude
freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie Dans le cas ideacuteal les trois courants sont drsquoamplitude et
de freacutequence constantes deacutephaseacutes de 2π3 radians entre eux et de forme purement
sinusoiumldale
Le terme laquo qualiteacute du courant raquo est rarement utiliseacute car la qualiteacute du courant est
eacutetroitement lieacutee agrave la qualiteacute de la tension et la nature des charges Pour cette raison laquo la
qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique raquo est souvent reacuteduite agrave laquo la qualiteacute de la tension raquo [10]
Crsquoest lrsquoobjectif de ce meacutemoire ougrave le terme de laquo qualiteacute de lrsquoeacutenergie raquo srsquoapplique
uniquement agrave celle de la tension [13]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
24
CHAPITRE I
I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique
Le reacuteseau eacutelectrique peut ecirctre soumis agrave de multiples perturbations Ces deacutefauts qui
peuvent ecirctre mesureacutes gracircce agrave lrsquoutilisation de centrales de mesure peuvent endommager les
machines et fragiliser toutes les installations eacutelectriques
Il existe diffeacuterents types de perturbations les creux de tension les surtensions
passagegraveres les pheacutenomegravenes transitoires les deacuteseacutequilibres les distensions harmoniques ou
encore les entailles de commutations [11]
I71) Classification des perturbations eacutelectriques
I711) Creux de tension et coupures
Un creux de tension (figure I7) est une baisse brutale de la tension en un point drsquoun
reacuteseau drsquoeacutenergie eacutelectrique agrave une valeur comprise (par convention) entre 90 et 1 (CEI
61000-2-1 CENELEC EN 50160) ou entre 90 et 10 (IEEE 1159) drsquoune tension de
reacutefeacuterence (119880119903119890119891) suivie drsquoun reacutetablissement de la tension apregraves un court laps de temps compris
entre la demi-peacuteriode fondamentale du reacuteseau (10 ms agrave 50 Hz) et une minute
La tension de reacutefeacuterence est geacuteneacuteralement la tension nominale pour les reacuteseaux BT et la
tension deacuteclareacutee pour les reacuteseaux MT et HT
Une tension de reacutefeacuterence glissante eacutegale agrave la tension avant perturbation peut aussi ecirctre
utiliseacutee sur les reacuteseaux MT et HT eacutequipeacutes de systegraveme de reacuteglage (reacutegleur en charge) de la
tension en fonction de la charge Ceci permet drsquoeacutetudier (agrave lrsquoaide de mesures simultaneacutees dans
Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
25
CHAPITRE I
chaque reacuteseau) le transfert des creux entre les diffeacuterents niveaux de tension La meacutethode
habituellement utiliseacutee pour deacutetecter et caracteacuteriser un creux de tension est le calcul de la
valeur efficace laquo rms (12) raquo du signal sur une peacuteriode du fondamental toutes les demi-
peacuteriodes (recouvrement drsquoune demi-peacuteriode)
La figure (I8) montre les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension qui sont donc
bull sa profondeur ∆U (ou son amplitude U)
bull sa dureacutee ∆T deacutefinie comme le laps de temps
a) Origines des creux de tension et coupures
Les creux de tension et les coupures bregraveves sont principalement causeacutes par des
pheacutenomegravenes conduisant agrave des courants eacuteleveacutes qui provoquent agrave travers les impeacutedances des
eacuteleacutements du reacuteseau une chute de tension drsquoamplitude drsquoautant plus faible que le point
drsquoobservation est eacutelectriquement eacuteloigneacute de la source de la perturbation
Les creux de tension et les coupures bregraveves ont diffeacuterentes causes
bull des deacutefauts sur le reacuteseau de transport (HT) de distribution (BT et MT) ou sur
lrsquoinstallation elle-mecircme [9]
Les creux de tension et les coupures bregraveves sont causeacutes par des pheacutenomegravenes aleacuteatoires
Ces pheacutenomegravenes concernent soit le reacuteseau du distributeur soit le reacuteseau de lrsquoutilisateur [12]
Figure I8 Les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12)
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
26
CHAPITRE I
I712) Harmonique
Une harmonique (figure I9) est une composante sinusoiumldale drsquoune onde peacuteriodique ou
drsquoune quantiteacute posseacutedant une freacutequence qui est multiple entier de la freacutequence fondamentale
a) Inters harmoniques
Les inter-harmoniques sont des signaux de freacutequence non multiple de la freacutequence
fondamentale
b) Infra-harmoniques
Les infra harmoniques sont des signaux de freacutequence infeacuterieure agrave celle du fondamentale
c) Conseacutequences des harmoniques
Les courants harmoniques qui se propagent dans les reacuteseaux eacutelectriques deacuteforment
lrsquoallure du courant de la source et polluent les consommateurs alimenteacutes par les mecircmes
reacuteseaux On peut classer les effets engendreacutes par les harmoniques en deux types [8]
les effets instantaneacutes
les effets agrave terme
d) Les principales sources drsquoharmoniques
Ce sont des charges qursquoil est possible de distinguer selon leurs domaines industrielles
ou domestiques
Les charges industrielles
Eacutequipements drsquoeacutelectroniques de puissance variateurs de vitesse redresseurs agrave
diodes ou agrave thyristors onduleurs alimentations agrave deacutecoupage
Charges utilisant lrsquoarc eacutelectrique fours agrave arc machines agrave souder eacuteclairage
(lampes agrave deacutecharge tubes fluorescents) Les deacutemarrages de moteurs par
deacutemarreurs eacutelectroniques et les enclenchements de transformateurs de puissance
sont aussi geacuteneacuterateurs drsquoharmoniques (temporaires) [9]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
27
CHAPITRE I
I713) Surtensions
Ce pheacutenomegravene (figure I10) se produit lorsqursquoun composant eacutelectrique posseacutedant deux
bornes reccediloit une tension supeacuterieure agrave celle de la tension normale du circuit [13]
Les surtensions sont de trois natures
bull Temporaires (agrave freacutequence industrielle)
bull De manœuvre
bull Drsquoorigine atmospheacuterique (foudre)
Elles peuvent apparaicirctre
bull en mode diffeacuterentiel (entre conducteurs actifs phph ndash phneutre)
bull en mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) [10]
Figure I9 Harmoniques
Figure I10 Exemple de surtension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
28
CHAPITRE I
a) Origine ou causes des surtensions
Les orages sont des eacuteveacutenements tregraves habituels et aussi tregraves dangereux On estime que
sur notre planegravete se produisent simultaneacutement quelques 2000 orages et quenviron 100 coups
de foudre se deacutechargent sur la terre chaque seconde Au total cela repreacutesente environ 4000
orages quotidiens et 9 millions de deacutecharges atmospheacuteriques chaque jour
Au moment de lrsquoimpact la foudre provoque une impulsion de courant qui arrive agrave
atteindre des dizaines de milliers drsquoampegraveres Cette deacutecharge geacutenegravere une surtension dans le
systegraveme eacutelectrique qui peut provoquer des incendies la destruction de machines et la mort de
personnes [14]
I714) Variations et fluctuations de tension
Des variations rapides de tension reacutepeacutetitives ou aleacuteatoires (figure I11) sont provoqueacutees
par des variations rapides de puissance absorbeacutee ou produite par des installations telles que les
soudeuses fours agrave arc eacuteoliennes etc [15]
Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations
cycliques ou aleacuteatoires de lrsquoenveloppe drsquoune tension dont les caracteacuteristiques sont la
freacutequence de la variation et lrsquoamplitude
a) Origines des variations et fluctuations de tension
bull Les variations lentes de tension sont causeacutees par la variation lente des charges
connecteacutees au reacuteseau
bull Les fluctuations de tension sont principalement dues agrave des charges industrielles
rapidement variables comme les machines agrave souder les fours agrave arc les laminoirs
Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
29
CHAPITRE I
I715) Deacuteseacutequilibres
Dans un reacuteseau triphaseacute on a ideacutealement des amplitudes eacutegales de la tension et du
courant respectivement sur chacune des trois phases et un angle de phase de 120 degreacutes
Lorsque les tensions ou les courants preacutesentent une diffeacuterence drsquoamplitude il y a deacuteseacutequilibre
(figure I12) et cela peut causer des problegravemes pour les eacutequipements triphaseacutes brancheacutes au
reacuteseau Lrsquoimpact le plus courant du deacuteseacutequilibre est la surchauffe des eacutequipements et par
conseacutequent la deacutegradation de lrsquoisolation eacutelectrique et la reacuteduction de la dureacutee de vie
a) Origines de deacuteseacutequilibres
Les deacuteseacutequilibres de tension surviennent habituellement en preacutesence drsquoun deacuteseacutequilibre
des charges et de leurs appels de courant En effet toute charge triphaseacutee doit appeler un
courant identique sur chaque phase Quant aux charges monophaseacutees brancheacutees agrave un reacuteseau
triphaseacute on doit les reacutepartir le plus uniformeacutement possible entre les trois phases
De plus certains deacuteseacutequilibres de tension reacutesultent de lrsquoexploitation et de la nature des
eacutequipements du reacuteseau eacutelectrique [16]
I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations
La figure (I13) preacutesente une classification possible des diffeacuterents types de
perturbations Il est agrave noter qursquoaucune classification ne fait actuellement reacutefeacuterence et drsquoautres
notions peuvent ecirctre parfois utiliseacutees variations rapides de tension surtensions temporaires
etc Il faut noter eacutegalement que lrsquoimpact agrave long terme de ces diffeacuterents types de perturbations
sur la dureacutee de vie des appareils eacutelectriques reste aujourdrsquohui assez meacuteconnu Preacutecisons enfin
qursquoen langage courant le terme tension fait le plus souvent reacutefeacuterence agrave la valeur efficace de
Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
30
CHAPITRE I
lrsquoonde de tension ou agrave une moyenne de la valeur efficace sur une certaine dureacutee (pour une
onde imparfaitement peacuteriodique la valeur efficace nrsquoa de sens que localement pour un
intervalle de temps suffisamment court) et non agrave la valeur instantaneacutee de la tension (qui
oscille autour de 0 V avec une peacuteriode de 20 ms)
I72) Le systegraveme de protection
A lrsquoinstar des alternateurs des transformateurs et des lignes drsquoautres dispositifs
existent pour assurer non seulement un fonctionnement normal mais aussi la protection des
eacutequipements et du personnel drsquoexploitation du reacuteseau Cela englobe les transformateurs de
mesures les disjoncteurs les interrupteurs les sectionneurs les fusibles les eacuteclateurs et sont
directement relieacutes au reacuteseau Ces dispositifs permettent drsquointerrompre volontairement et agrave
Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
31
CHAPITRE I
tout moment la fourniture drsquoeacutenergie eacutelectrique mais aussi automatiquement agrave la survenance
drsquoune quelconque perturbation (deacutefaut) Les eacutequipements de controcircle associeacutes agrave ces dispositifs
ainsi que les relais de protection sont installeacutes dans des salles de controcircle [17]
I8) La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique de HT est une proprieacuteteacute dun systegraveme de puissance
qui lui permet de rester dans un eacutetat deacutequilibre dans des conditions normales de
fonctionnement et de retrouver un eacutetat acceptable deacutequilibre apregraves avoir eacuteteacute soumis agrave
une perturbation [18]
Une perturbation sur un reacuteseau peut ecirctre une manœuvre preacutevue comme lenclenchement
dune inductance shunt ou non preacutevue comme un court-circuit causeacute par la foudre entre une
phase et la terre par exemple Lors de la perturbation lamplitude de la tension aux diffeacuterents
jeux de barres du reacuteseau peut varier ainsi que la freacutequence La variation de la freacutequence est
due aux variations de la vitesse des rotors des alternateurs [19]
I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques
La stabiliteacute peut ecirctre eacutetudieacutee en consideacuterant la topologie du reacuteseau sous
diffeacuterents angles Lrsquoeacutetat de fonctionnement drsquoun reacuteseau eacutelectrique est deacutecrit selon des
grandeurs physiques telles que lamplitude et langle de phase de la tension agrave chaque bus et la
puissance active reacuteactive circulant dans chaque ligne et la vitesse de rotation de la
geacuteneacuteratrice synchrone Si elles ne sont pas constantes le reacuteseau eacutelectrique est consideacutereacute
comme eacutetant en perturbations [16]
La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee selon la nature de la perturbation
Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor
Stabiliteacute de la freacutequence
Stabiliteacute de la tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
32
CHAPITRE I
La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee en petite et grande amplitude de perturbation en
fonction de lrsquoorigine et de lampleur du deacutefaut Par rapport au temps deacutevaluation la
stabiliteacute peut ecirctre agrave courte ou agrave longue dureacutee tel qursquoil est deacutecrit dans la figure (I14)
I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire)
Dans un reacuteseau eacutelectrique la stabiliteacute de lrsquoangle du rotor est deacutefinie comme la capaciteacute
drsquoun ensemble de geacuteneacuteratrices synchrones interconnecteacutees de conserver le synchronisme
dans des conditions de fonctionnement normales ou apregraves une perturbation Un systegraveme
est instable si la diffeacuterence entre les angles rotoriques des geacuteneacuterateurs augmente
indeacutefiniment ou si loscillation transitoire provoqueacutee par une perturbation nest pas
suffisamment amortie dans le temps deacutevaluation
Lrsquoinstabiliteacute angulaire se manifeste sous forme drsquoun eacutecart croissant entre les angles
rotorique Une machine qui a perdu le synchronisme sera deacutebrancheacutee par une protection de
survitesse ou par une protection de perte de synchronisme ce qui met en danger lrsquoeacutequilibre
production consommation du systegraveme
Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique [18]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
33
CHAPITRE I
I8211) Stabiliteacute angulaire aux petites perturbations
Elle concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir le synchronisme en preacutesence
de petites perturbations comme une petite variation de la charge ou de geacuteneacuteration manœuvre
drsquoeacutequipement etc Lrsquoeacutevaluation de ce type de perturbation prend quelques secondes
a) La stabiliteacute statique
Apregraves le reacutegime transitoire ducirc agrave la perturbation le systegraveme entre dans le reacutegime
permanent Dans ce cas pour eacutetudier le systegraveme il faut eacutevaluer la stabiliteacute statique du reacuteseau
Le systegraveme nest pas stable si les contraintes de fonctionnement ne sont pas respecteacutees
Cet eacutetat est appeleacute lrsquoeacutetat instable ou leacutetat durgence
Dans un reacuteseau qui est dans leacutetat durgence les opeacuterateurs du centre de controcircle ont
suffisamment de temps pour ramener le systegraveme agrave leacutetat stable ou au reacutegime normal en
apportant des modifications suppleacutementaires [20]
b) Stabiliteacute dynamique
Si une perturbation mineure est effectueacutee sur le reacuteseau agrave partir dun reacutegime permanent
stable et que le reacuteseau retrouve son mode de fonctionnement normal en reacutegime permanent le
reacuteseau est dit dynamiquement stable Pour un reacuteseau deacutenergie eacutelectrique on entend par
perturbation mineure des manœuvres ou des opeacuterations normales sur le reacuteseau comme
lenclenchement dune inductance shunt ou des variations mineures de la charge
c) Stabiliteacute transitoire
Lorsquil y a une perturbation majeure sur le reacuteseau et que le reacuteseau retrouve son mode
de fonctionnement normal apregraves la perturbation alors le reacuteseau est dit transitoirement stable
Les perturbations majeures sont les courts-circuits les pertes de lignes les bris deacutequipements
majeurs comme les transformateurs de puissance et les alternateurs peuvent ecirctre tregraves graves
pouvant mecircme conduire agrave lrsquoeffondrement total du reacuteseau Si lrsquoinstabiliteacute se manifeste
directement suite agrave la perturbation (plus preacuteciseacutement dans la premiegravere La stabiliteacute transitoire
deacutepend de la relation non-lineacuteaire couples- angles Le pheacutenomegravene de la stabiliteacute transitoire
concerne les grandes perturbations telles que [15]
Les courts-circuits affectant un eacuteleacutement du reacuteseau notamment aux bornes des
machines
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
34
CHAPITRE I
La perte drsquoun ouvrage (eg une ligne de transmissionhellip)
La perte drsquoun groupe de production
Les conseacutequences de ces deacutefauts seconde qui suit lrsquoeacutelimination du deacutefaut) elle est
appeleacutee instabiliteacute de premiegravere oscillation (en anglais First Swing Instability) (cas 1 figure
I15) et elle srsquoeacutetend sur 3 agrave 5 secondes Elle peut reacutesulter de la superposition des effets de
plusieurs modes drsquooscillation lents exciteacutes par la perturbation provoquant ainsi une variation
importante de lrsquoangle de rotor au-delagrave de la premiegravere oscillation (instabiliteacute de multi
oscillations) (cas 2 figure I15) La gamme de temps associeacutee srsquoeacutetend de 10 agrave 20 secondes
[25]
I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire
En vue de son importance dans la planification la conception et lrsquoexploitation des
reacuteseaux drsquoeacutenergie eacutelectrique lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire reste un deacutefit majeur
pour les ingeacutenieurs pour eacuteviter tous eacuteveacutenement qui peut conduire vers un black out Les
solutions envisageables drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire se basent sur [8]
bull Augmentation de la constante drsquoinertie des geacuteneacuterateurs
bull Augmentation de la puissance active
bull Installation des protections et des appareils de coupure rapides
bull Implantation des valves rapides des turbines agrave gaz
bull Installation des reacutesistances drsquoamortissement
bull Utilisation des PSS
bull Controcircle rapide et flexible de lrsquoeacutecoulement de puissance
a- Stable
b- instable
Cas 1 instabiliteacute de premiegravere oscillation Cas 2 instabiliteacute de plusieurs oscillations
Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
35
CHAPITRE I
I822) Stabiliteacute de la freacutequence
La stabiliteacute de freacutequence concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir sa freacutequence
proche de la valeur nominale suite agrave un incident seacutevegravere ayant ou non conduit agrave un
morcellement du systegraveme La stabiliteacute de freacutequence est eacutetroitement lieacutee agrave lrsquoeacutequilibre global
entre la puissance active produite et consommeacutee [20]
I823) Stabiliteacute de tension
Dans des conditions de fonctionnement normales ou suite agrave une perturbation La
stabiliteacute de tension concerne la capaciteacute dun systegraveme de puissance agrave maintenir des tensions
acceptables en tous ses nœuds En fonctionnement normal lorsque nous connectons des
eacutequipements consommateurs agrave un reacuteseau eacutelectrique la tension au point de raccordement
tombe leacutegegraverement et la puissance totale consommeacutee augmente
Selon lrsquoamplitude de la perturbation on distingue la stabiliteacute de tension de
petites perturbations et celle de grandes perturbations [20]
Lrsquoinstabiliteacute reacutesultante peut se produire sous forme de chute progressive ou eacuteleacutevation de
la tension de quelques jeux de barres Les reacutesultats possibles de lrsquoinstabiliteacute de tension sont la
perte de la charge dans un secteur ou deacuteclenchement des lignes de transmission et mecircme
drsquoautres eacuteleacutements par leurs systegravemes de protection agrave des pannes en cascades Il est deacutemontreacute
que la majoriteacute des blackouts sont causeacutes par lrsquoinstabiliteacute de tension [8]
I8231) Instabiliteacute de la tension
On deacutefinit la stabiliteacute de la tension comme la capaciteacute de maintenir une tension de barre
constamment acceptable agrave chaque nœud du reacuteseau dans des conditions normales de
fonctionnement apregraves avoir subi une perturbation Leacutetat du reacuteseau est dit instable en tension
lorsquune perturbation un accroissement de la charge ou une modification de la condition du
reacuteseau entraicircne une chute de tension progressive et incontrocirclable de la tension aboutissent en
un effondrement geacuteneacuteraliseacute de la tension [16]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
36
CHAPITRE I
I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension
Les problegravemes drsquoapparition du pheacutenomegravene drsquoeacutecroulement de tension sont toujours lieacutes agrave
la difficulteacute de reacutegler la tension au dessus drsquoune certaine valeur appeleacutee tension critique
Geacuteneacuteralement lrsquoeffondrement de tension se produit dans les reacuteseaux eacutelectriques qui sont
fortement chargeacutes court-circuiteacutes etou ont un manque de puissance reacuteactive
I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites perturbations
La stabiliteacute de tension de petites perturbations concernes la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique
agrave maintenir la tension dans les limites permise en preacutesence de perturbations telles que une
variation faible de la charge de la production etc [18]
I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes perturbations
Elle est deacutefinie comme la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique agrave maintenir les tensions des
nœuds dans les limites de fonctionnement permise en preacutesence des grandes perturbations agrave
savoir la perte drsquoun eacutequipement de transport ou de production le court circuithellipetc [18]
Dans ce meacutemoire nous nous inteacuteressons seulement agrave la stabiliteacute de tension Une eacutetude
deacutetailleacutee sera preacutesenteacutee dans la section suivante
I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension
La plupart de ces changements ont des effets significatifs sur la production la
consommation et la transmission de puissance reacuteactive ainsi sur la stabiliteacute de tension Par
conseacutequent des mesures peuvent ecirctre utiliseacutees pour ameacuteliorer la stabiliteacute de tension tels que
- Un controcircle automatique des condensateurs shunts
- Un blocage des reacutegleurs en charge automatique
- Une nouvelle reacutepartition de la geacuteneacuteration
- Une replanification du fonctionnement des geacuteneacuterateurs et des nœuds de commande
- Une reacutegulation de tension secondaire
- Un plan de deacutelestage
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
37
CHAPITRE I
I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation
Dans la plupart du temps les sources drsquoeacutenergie eacutelectrique se trouvent loin des zones de
consommation Cette situation rend le transport de lrsquoeacutenergie reacuteactive tregraves difficile agrave cause des
pertes reacuteactives tregraves eacuteleveacutees Cette difficulteacute de transport drsquoeacutenergie reacuteactive augmente la
probabiliteacute drsquoapparition drsquoune instabiliteacute ou drsquoun effondrement de tension
I92) Charge appeleacutee trop importante
Lrsquoune des causes de lrsquoinstabiliteacute de tension correspond agrave une charge eacuteleveacutee Elle est
ducirce agrave lrsquoaugmentation croissante de la demande et agrave un large transfert drsquoeacutenergie entre
compagnies Une instabiliteacute de tension peut se produire en particulier lorsque la charge eacuteleveacutee
est plus importante que celle preacutevue et le risque est drsquoautant plus grand que la consommation
reacuteactive est eacutegalement plus grande que preacutevue [18]
I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport
Les planificateurs sont de plus en plus conscients des limites dutilisation des reacuteseaux de
transport et dinterconnexion La situation actuelle dans beaucoup de pays au monde est
caracteacuteriseacutee par les tendances suivantes
1 Augmentation de la consommation deacutelectriciteacute due agrave lindustrialisation agrave
lurbanisation et agrave la croissance de la population Avec laugmentation des transits
de puissance les reacuteseaux deviennent plus compliqueacutes agrave geacuterer subissent de grandes
variations de puissance et de grandes pertes Ceci fait que leur niveau de seacutecuriteacute
diminue
2 Contraintes eacutecologiques et administratives Le respect de lenvironnement joue un
rocircle important dans la socieacuteteacute actuelle et cest principalement pourquoi il est de
plus en plus difficile dobtenir des permis de construire pour de nouvelles lignes ou
pour limplantation de nouvelles centrales Dans laffirmative cela demande
plusieurs anneacutees
3 Contraintes opeacuterationnelles La demande de puissance a une croissance constante
mais geacuteographiquement irreacuteguliegravere Les centrales qui geacutenegraverent leacutenergie sont
souvent eacuteloigneacutees des charges importantes et la localisation des nouvelles centrales
deacutepend essentiellement dautorisations administratives et du respect de
lenvironnement
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
38
CHAPITRE I
Pour satisfaire la demande deacutenergie sous ces conditions contradictoires les services
publics font de plus en plus appel pour des problegravemes eacuteconomiques et dameacutelioration de la
seacutecuriteacute aux eacutechanges internationaux de puissance ce qui demande une interconnexion entre
des systegravemes preacutevus indeacutependants au deacutepart
Laugmentation du maillage associeacute au mode de transit libre de puissance agrave travers les
reacuteseaux deacuteveloppe des boucles de puissance et des lignes en parallegravele ce qui surcharge
certaines lignes avec pour conseacutequence de deacuteteacuteriorer le profil de tension et de diminuer la
stabiliteacute du reacuteseau Consideacuterant que les reacuteseaux de transport eacutelectrique repreacutesentent une
grande valeur eacuteconomique il faut essayer daller dans les directions suivantes
Ameacuteliorer lutilisation des eacutequipements existants en augmentant leur capaciteacute de
transfert de puissance Dun point de vue financier cela peut se reacuteveacuteler avantageux
Ameacuteliorer la flexibiliteacute des reacuteseaux car pouvoir changer rapidement leur
configuration permet une meilleure reacutepartition de la puissance particuliegraverement en cas de
perturbations ou de transferts de puissance impreacutevus [21]
I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Le transport de la puissance reacuteactive par les lignes eacutelectriques cause des pertes une
diminution de la stabiliteacute du reacuteseau et une chute de tension agrave son extreacutemiteacute Afin deacuteviter cela
de la compensation de puissance reacuteactive seacuterie ou shunt selon les cas est utiliseacute pour limiter
ce transport de puissance reacuteactive
Diffeacuterents appareils eacutelectriques peuvent servir agrave reacutealiser cette compensation (figure I16)
machines synchrones batteries de condensateurs inductance ou FACTS [22]
La compensation est une technique de la gestion drsquoeacutenergie reacuteactive afin drsquoameacuteliorer la
qualiteacute eacutenergeacutetique dans les reacuteseaux eacutelectriques agrave courant alternatif Elle peut se reacutealiser de
plusieurs maniegraveres ayant pour buts
La correction du facteur de puissance
Ameacutelioration de la reacutegulation de la tension
Equilibre des charges
Lrsquoaide au retour agrave la stabiliteacute en cas de perturbation [19]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
39
CHAPITRE I
En installant des dispositifs controcirclables comme le transport drsquoeacutenergie en courant
continu (High Voltage Direct Current HVDC) et les dispositifs FACTS (Flexible Alternating
Current Transmission System) Malgreacute le coucirct eacuteleveacute de cette solution mais vu lrsquoeacutevolution
reacutecente des reacuteseaux eacutelectriques et leurs contraintes cette solution est tregraves efficace
Lrsquoune des meacutethodes drsquoameacuteliorer la capaciteacute drsquoun systegraveme eacutelectrique agrave reacutesister contre les
grands incidents est drsquointeacutegrer des dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance (FACTS)
dans le reacuteseau de transport Lrsquoeacutetude lrsquoapport et lrsquoutilisation de ces dispositifs font lrsquoobjet de
ce meacutemoire
Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Compensation
traditionnelles
Les dispositifs FACTS
Compensateurs
synchrones Batteries de
condensateurs
Batteries de
condensateurs
HT et MT
Les inductances
les PSS (Power
System Stabiliser)
1er
geacuteneacuteration
2eme
geacuteneacuteration
3eme
geacuteneacuteratio
n
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
40
CHAPITRE I
I11) Conclusion
Ce chapitre nous a permis drsquoexposer des geacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriques en
mentionnant la structure et la topologie du reacuteseau ensuite on a parleacute sur lrsquointerconnexion entre
les pays du Maghreb et le reacuteseau Algeacuterien
Dans ce chapitre nous avons aussi preacutesenteacute les deacutefinitions et les caracteacuteristiques des
diffeacuterents types de stabiliteacute drsquoun systegraveme de puissance Le concept geacuteneacuteral de la stabiliteacute est
syntheacutetiseacute en trois groupes (stabiliteacute de lrsquoangle de rotor de la tension et de la freacutequence)
Les dispositifs FACTS sont capables de remplir diverses fonctions comme le maintien
de tension le controcircle des flux de puissance et aussi lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau
etc
Dans le chapitre suivant nous allons exposer le concept des FACTS le contexte
algeacuterien concernant ses dispositifs sera aussi abordeacute
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
41
CHAPITRE I
Chapitre 2
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
42
II1) Introduction
Avec le deacuteveloppement technologique et industriel que vie le monde entier la demande
en eacutenergie eacutelectrique est en augmentation continue et sans cesse Pour satisfaire ces besoins et
acheminer cette eacutenergie aux points de consommation disperseacutes sur un large espace
geacuteographique les reacuteseaux eacutelectriques ayant des capaciteacutes de transit limiteacute agrave cause des limites
thermique des lignes doivent seacutelargir et de nouvelles lignes dextension seront ajouteacutees Face
agrave ce problegraveme et devant les contraintes environnementale eacutecologique et eacuteconomique de
reconstructions de nouvelles lignes la compagnie ameacutericaine EPRI (Electric Power Research
Institue) a lanceacute en 1988 un projet drsquoeacutetude des systegravemes FACTS afin de mieux maicirctriser le
transit de puissance dans les lignes eacutelectriques et daugmenter leurs capaciteacutes de transfert Le
concept FACTS regroupe tous les dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance qui
permettent drsquoameacuteliorer lrsquoexploitation du reacuteseau eacutelectrique
Aussi ces reacuteseaux eacutelectriques de taille importantes seront confronteacutes par divers
problegravemes de fonctionnement agrave cause du controcircle traditionnel utilisant des systegravemes de
commande eacutelectromeacutecaniques de temps de reacuteponse lent par rapport agrave ces nouveaux systegravemes
FACTS agrave base dinterrupteurs statiques et de court temps de reacuteponse (moins dune seconde)
Aujourdhui cette technologie FACTS simpose pour les systegravemes eacutenergeacutetiques en
augmentant leurs capaciteacutes de transport en ameacuteliorant le controcircle des paramegravetres de ces
derniers donc leur assurer une flexibiliteacute du transfert de leacutenergie et ameacuteliorer sa stabiliteacute
Le concept FACTS (Flexible AC Transmission System) est neacute pour reacutepondre aux
diffeacuterentes difficulteacutes croissantes de transmission dans les reacuteseaux et surtout la maicirctrise de
transit de puissance (compensateur de puissance reacuteactive variateur de charge universelhellip)
ces dispositifs peuvent ameacuteliorer le comportement dynamique des reacuteseaux eacutelectriques [25]
II2) Le concept FACTS
Les problegravemes des reacuteseaux eacutenonceacutes ci ndashdessus devenant plus preacutesents drsquoanneacutee en
anneacutee EPRI (Electric Power Research Institute) qui repreacutesente un consortium deacutedieacute agrave la
recherche dans les reacuteseaux eacutelectriques et regroupant des compagnies drsquoeacutelectriciteacute ameacutericaines
a lanceacute en 1988 le concept FACTS (Flexible AC Transmission Systems) qui est un projet agrave
long terme La technologie FACTS utilise lrsquoeacutelectronique de puissance et plus particuliegraverement
des systegravemes agrave thyristors qui permettent drsquoobtenir des vitesses de commande nettement
supeacuterieures agrave celles des systegravemes meacutecaniques qui sont encore largement utiliseacutes et un niveau
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
43
de maintenance bien infeacuterieur car les systegravemes meacutecaniques srsquousent beaucoup plus rapidement
que les systegravemes statiques Parmi les systegravemes FACTS on cite [26]
Compensateur synchrone statique (lsquoSTATCOMrsquo Static Synchronous Compensator)
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
Le controcircleur de transit de puissance entre ligne IPFC (Interline Power Flow
Controller)
Face agrave la saturation des reacuteseaux de puissance les compagnies de distribution drsquoeacutenergie
eacutelectrique exploitent de plus en plus leurs reacuteseaux pregraves des limites de seacutecuriteacute (conduite aux
limites) Cette situation engendre des problegravemes drsquoexploitation notamment pour le controcircle
des flux de puissance le maintien drsquoun profil de tension acceptable la surveillance des reports
de chargehellipetc Agrave cet effet lrsquoaspect seacutecuriteacute prend une grande importance et des recherches
sont entreprises dans diffeacuterents pays pour trouver des moyens susceptibles drsquoameacuteliorer la
seacutecuriteacute et rendre lrsquoexploitation des reacuteseaux plus flexible
Ainsi plusieurs eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees pour connaitre les avantages lieacutes agrave lrsquoutilisation
des dispositifs FACTS dans les reacuteseaux pour
le support du profil de la tension
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute statique et dynamique
lrsquoamortissement des oscillations subsynchrones
Ces avantages deacutecoulent principalement de lrsquoaugmentation des capaciteacutes de transit des
lignes existantes par un controcircle rigoureux des diffeacuterents variables du reacuteseau Pour fixer les
ideacutees nous pouvons prendre un exemple simple
Consideacuterons le transit de puissance sur une ligne agrave courant alternatif Cette ligne est
repreacutesenteacutee sur la figure (II1) les pertes eacutetant supposeacutees nulles la puissance transmise P est
fonction des amplitudes des tensions E1 et E2 aux extreacutemiteacutes de la ligne du deacutephasage 12057512
entre ces deux tensions et de lrsquoimpeacutedance x de la ligne comme le montre lrsquoeacutequation (II1)
1
Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif
x
p
1 2
119916120783
2 119916120784
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
44
119823 = 119812120783119812120784
119831 119852119842119847120517120783120784
Cette eacutequation montre que la puissance transmissible par une ligne est limiteacutee par les
paramegravetres eacutenonceacutes ci-dessus et pas forceacutement par sa limite thermique De plus il deacutecoule de
cette eacutequation que si lrsquoon peut reacutegler un deux ou les trois paramegravetres on controcircle alors le
transit de puissance dans la ligne [26]
Elle montre aussi quil est possible daugmenter la puissance transiteacutee entre deux
reacuteseaux soit en maintenant la tension des systegravemes soit en augmentant langle de transport
entre les deux systegravemes soit en reacuteduisant artificiellement limpeacutedance de la liaison En jouant
sur un ou plusieurs de ses paramegravetres les FACTS permettent un controcircle preacutecis des transits de
puissance reacuteactive une optimisation des transit de puissance active sur les installations
existantes et une ameacutelioration de la stabiliteacute dynamique du reacuteseau Ils permettent aussi aux
consommateurs industriels de reacuteduire les deacuteseacutequilibres de charges et de controcircler les
fluctuations de tensions creacuteeacutees par des variations rapides de la demande de puissance reacuteactive
et ainsi daugmenter les productions de reacuteduire les coucircts et dallonger la dureacutee de vie des
eacutequipements [27]
En effet les FACTS permettent de
ne pas transporter drsquoeacutenergie reacuteactive en la fournissant lagrave ougrave elle est demandeacutee
augmenter les puissances maximales transmissibles et donc les transferts de
puissance active
controcircler les flux de puissance pour la surcharge des lignes et le risque de
deacuteclenchement en cascade [26]
II21) Fonctionnement des FACTS
Un FACTS agit geacuteneacuteralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de
la puissance reacuteactive sur le reacuteseau Ceci a pour effet de modifier lamplitude de la tension agrave
son point de connexion et par conseacutequent la puissance active maximale transmissible
Les FACTS sont utiliseacutes aussi pour le filtrage des courants harmoniques et la
stabilisation de la tension Lordre de grandeur de la puissance dun FACTS va de
quelques MVA (Meacutega Volts Ampegraveres) agrave quelques centaines de MVA Ils sappliquent dans
deux secteurs principaux
(II1)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
45
Grand reacuteseaux de transmission
Pour ameacuteliorer le controcircle augmenter les capaciteacutes de transfert de puissance et assister
la reacutecupeacuteration du reacuteseau conseacutecutive agrave un deacutefaut dans les systegravemes de transmission AC
(Alternative Current)
Reacuteseaux Industriels
Pour ameacuteliorer la qualiteacute de la puissance fournie en un point preacutecis du reacuteseau AC en
preacutesence de fluctuations de charge eg compensation du flicker pour les fours agrave arc Gamme
de puissance infeacuterieure agrave celle dun reacuteseau de transmission
II22) Contexte algeacuterien
Depuis les anneacutees 2000 le deacuteveloppement du reacuteseau de transport drsquoeacutelectriciteacute fait partie
des prioriteacutes de lrsquoAlgeacuterie [26]
Le reacuteseau de transport algeacuterien est en phase drsquoexpansion car il doit reacutepondre agrave la forte
augmentation de la demande en eacutelectriciteacute (+ 5 agrave 7 par an) Les principaux besoins en
eacutelectriciteacute sont domestiques lieacutes
bull agrave lrsquoaccroissement de la population (celle-ci a plus que tripleacute en 50 ans et son
taux de croissance est actuellement estimeacute agrave 12 par an)
bull au changement des habitudes de consommation avec lrsquousage des appareils En
outre dans les anneacutees 90 peu drsquoinvestissements ont eacuteteacute entrepris sur le reacuteseau
eacutelectrique et celui-ci srsquoest deacutegradeacute
Au total depuis 2005 pregraves de 15 000 km de nouvelles lignes HT et THT ont eacuteteacute
reacutealiseacutes ou restent agrave construire
Le deacuteveloppement du reacuteseau de transport concerne agrave la fois le deacuteveloppement des
reacuteseaux hauts tension (60 et 220 000 Volts) et la creacuteation drsquoun reacuteseau agrave tregraves haute tension
(400 000 Volts)
Le deacuteveloppement du reacuteseau 400 000 Volts est mis en œuvre agrave la fois dans lrsquoaxe
bull Est-Ouest (interconnexions internationales avec le Maroc et la Tunisie)
bull Nord-Sud (raccordement des reacuteseaux du Sud jusqursquoalors le point trop isoleacute du reacuteseau
national)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
46
En 2002 un total de trois SVC (static var compensator) a eacuteteacute introduit dans le reacuteseau
national de la Sonelgaz un dispositif agrave la sous station de Naama et deux agrave Beacutechar (figure
II2)
Les trois SVC ont une classe identique -10+40Mvar agrave la tension 220 kV (figure II3) et
lrsquoune des plates- formes de ses trois SVC est montreacutee par la figure (II2) Le reacuteseau est
constitueacute drsquoune ligne de 500km sous une tension de 220kv Un seul circuit aeacuterien de la ligne
de transmission pour lrsquoalimentation de la charge eacuteloigneacutee dans la partie ouest du pays
Des productions locales de diesel et des turbines agrave gaz alimentent les charges locales de
Beacutechar depuis le deacutebut des anneacutees quatre vingt dix et elles ont eacuteteacute fermeacutees pendant lrsquoanneacutee
2002
Deux sous stations 22060 kV une intermeacutediaire (Naama) et une agrave la fin de la ligne
(Beacutechar) ont eacuteteacute eacutequipeacutees avec des SVC (figure II3) pour les objectifs suivants
bull Pour fournir au systegraveme de transmission le support en eacutenergie reacuteactive afin de
maintenir une tension stable pendant le fonctionnement normal et quotidien
bull Pour le rendement dynamique au cours du controcircle de la ligne 220 kV mise sous
tension ainsi pour le maintien drsquoune tension stable dans le systegraveme sous diverses
conditions drsquoexploitation En particulier pour preacutevenir lrsquoeffondrement de tension
(voltage collapse) et lrsquoinstabiliteacute du systegraveme pendant le transitoire et lrsquoeacutevolution
rapide des conditions de tension dans le systegraveme Les charges prisent hors reacuteseau
220 kV sont de lrsquoordre de 12 MVA agrave Naama et 35 MVA agrave Beacutechar
Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar [26]
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
47
II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS
La compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive au niveau des lignes de transmission permet la
reacutegulation du profil de la tension le long de ces lignes avec un bon controcircle de la puissance
active transmise Il est reconnu que la stabiliteacute peut ecirctre ameacutelioreacutee quelque soit son type si la
compensation reacuteactive du systegraveme de transmission varie rapidement Les meacutethodes de
compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive classiques se basent sur les batteries de condensateurs ou
les bobines fixes ou commandeacutees meacutecaniquement Ces meacutethodes sont non efficaces dans le
controcircle du reacuteseau eacutelectrique quand il est seacutevegraverement perturbeacute
Gracircce aux avanceacutees reacutecentes dans la technologie des IGBT et GTO le temps de reacuteaction
de ces dispositifs a diminueacute agrave quelques milli secondes Il est possible donc de reacutepondre agrave la
demande par lrsquoutilisation drsquoune compensation rapide en utilisant les dispositifs FACTS [31]
II3) Les dispositifs FACTS
Selon lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) la deacutefinition du terme
FACTS est la suivante Systegravemes de Transmission en Courant Alternatif comprenant des
dispositifs baseacutes sur leacutelectronique de puissance et dautres dispositifs statique utiliseacutes pour
accroicirctre la controcirclabiliteacute et augmenter la capaciteacute de transfert de puissance du reacuteseau
Avec leurs aptitudes agrave modifier les caracteacuteristiques apparentes des lignes les FACTS
sont capables daccroicirctre la capaciteacute du reacuteseau dans son ensemble en controcirclant les transits de
puissances Les dispositifs FACTS ne remplacent pas la construction de nouvelles lignes Ils
sont un moyen de diffeacuterer les investissements en permettant une utilisation plus efficace du
reacuteseau existant [28]
Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie [26]
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
48
II4) Classification des dispositifs FACTS
II41) Classification selon la geacuteneacuteration
Depuis les premiers compensateurs trois geacuteneacuterations de dispositifs FACTS ont vu le
jour Elles se distinguent par la technologie des semi-conducteurs et des eacuteleacutements de
puissance utiliseacutes
II411) Geacuteneacuteration I
Baseacutee sur les thyristors classiques Ceux-ci sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour enclencher
ou deacuteclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance reacuteactive dans les
transformateurs de reacuteglage
II412) Geacuteneacuteration II
Dite avanceacutee est neacutee avec lavegravenement des semi-conducteurs de puissance commander
agrave la fermeture et agrave louverture comme le thyristor GTO Ces eacuteleacutements sont assembleacutes pour
former les convertisseurs de tension ou de courant afin drsquoabsorber ou dinjecter des courants
(tensions) controcirclables dans le reacuteseau
II413) Geacuteneacuteration III
FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adapteacutee agrave chaque cas
Contrairement aux deux premiegraveres geacuteneacuterations celle-ci nutilisent pas des dispositifs
auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le reacuteseau
II42) Classification selon la cateacutegorie
Les dispositifs FACTS peuvent ecirctre classeacutes en trois cateacutegories figure (II4)
Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie
Dispositifs FACTS
Compensateurs shunt
Compensateurs seacuteries
Compensateurs hybrides
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
49
II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS
Le but de cette section est de donner une description bregraveve et de deacutefinir diffeacuterent shunt
seacuterie et combineacutes seacuterie-shunt dispositifs FACTS nous allons utiliser les termes et les
deacutefinitions drsquoIEEE [26]
a) Dispositifs FACTS Shunt
Compensateur statique de puissance reacuteactive (Static Var Compensator- SVC)
Un geacuteneacuterateur (ou absorbeur) statique drsquoeacutenergie reacuteactive shunt dont la sortie est ajusteacutee
en courant capacitif ou inductif afin de controcircler des paramegravetres speacutecifiques du reacuteseau
eacutelectrique typiquement la tension des nœuds Les sous-ensembles du SVC sont
Inductance Controleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Reactor-
TCR)
Une inductance placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele La valeur de
lrsquoinductance est continuellement changeacutee par lrsquoamorccedilage des thyristors
Condensateur Commuteacute par Thyristors (Thyristor-Switched
Capacitor- TSC)
Un condensateur placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele Les
thyristors fonctionnent en pleine conduction
Inductance Commuteacutee par Thyristors (Thyristor-Switched Reactor-
TSR)
Une inductance commuteacutee par thyristors dans le TSR les thyristors fonctionnent en
pleine conduction
Compensateur Statique Synchrone (Static Synchronous Compensator-
STATCOM)
Un geacuteneacuterateur synchrone fonctionnant comme un compensateur parallegravele de lrsquoeacutenergie
reacuteactive dont le courant capacitif ou inductif geacuteneacutereacute peut ecirctre controcircleacute seacutepareacutement de la
tension du systegraveme agrave courant alternatif
Geacuteneacuterateur Statique Synchrone (Static Synchronous Generator- SSG)
Un convertisseur de puissance statique agrave interrupteurs auto commuteacutes alimenteacute par une
source deacutenergie eacutelectrique approprieacutee et exploiteacute pour produire un ensemble ajustables de
tensions de sortie multi phases qui peut ecirctre coupleacute agrave un systegraveme de puissance alternatif dans
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
50
le but deacutechanger indeacutependamment la puissance controcirclable active et reacuteactive
Toutefois deux dispositifs particuliers peuvent ecirctre mis en eacutevidence
Systegraveme de Stockage par Batterie (Battery Energy Storage System-
BESS)
Un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie drsquoune source de nature chimique la conversion de la
tension de source est capable drsquoajuster rapidement lrsquoeacutenergie amont qui est fournit ou absorber
drsquoun systegraveme alternatif
Systegraveme de Stockage drsquoEacutenergie par Aimant Supraconducteur
(Superconducting Magnetic Energy Storage- SMES)
Un dispositif contenant des convertisseurs eacutelectroniques que rapidement injectent et ou
absorbent la puissance active et ou reacuteactive Le SMES sert principalement au controcircle
dynamique du flux de puissance dans les systegravemes eacutelectriques
Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var Generator
or Absorber- SVG)
Un dispositif eacutelectrique statique un eacutequipement ou un systegraveme qui est capable de tracer
un courant controcircleacute capacitif et ou inductif agrave partir dun systegraveme de puissance eacutelectrique et
ainsi geacuteneacuterer ou absorber la puissance reacuteactive Geacuteneacuteralement consideacutereacute pour consister en
connexion shunt Inductance controcircleacutee par thyristors etou condensateur commuteacute par
thyristors
Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var System- SVS)
Une combinaison de diffeacuterent compensateurs de puissance reacuteactive statiques et
meacutecaniquement commuteacutes dont les sorties sont coordonneacutes
Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Braking
Resistor- TCBR)
Une reacutesistance commuteacutee par thyristors et connecteacutee en parallegravele qui est controcircleacutee pour
aider le systegraveme de puissance agrave se stabiliser ou de minimiser lacceacuteleacuteration des puissances
drsquoune uniteacute geacuteneacuteratrice lors dune perturbation
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
51
b) Dispositifs FACTS seacuteries
La compensation seacuterie peut ecirctre utiliseacutee dans les systegravemes eacutenergeacutetiques pour la
commande du flux drsquoeacutenergie en reacutegime permanent En cas de lignes de transport avec une
capaciteacute thermique suffisante la compensation peut soulager des surcharges eacuteventuelles
sur drsquoautres lignes parallegraveles
Controcircleur de transit de puissance entre lignes (Interline Power Flow Controller-
IPFC)
Une combinaison de deux ou plusieurs compensateurs statiques seacuterie synchrone qui sont
relieacute entre eux via une liaison commune agrave courant continu pour faciliter lrsquoeacutecoulement
bidirectionnel de la puissance active entre les bornes alternatives des SSSC et sont controcircleacutes
pour fournir une compensation reacuteactive indeacutependante pour lrsquoeacutecoulement de puissance ajusteacute
dans chaque ligne et maintenir la distribution de lrsquoeacutecoulement de puissance reacuteactive deacutesireacute
entre les lignes
Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (Thyristor Controlled Series
Capacitor- TCSC)
Un compensateur agrave reacuteactance capacitif qui consiste en une seacuterie de condensateurs en
parallegravele avec des inductances commandeacutees par thyristor afin de pouvoir assurer une variation
homogegravene de la reacuteactance capacitive
Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (Thyristor Switched Series
Capacitor- TSSC)
Compensateur agrave reacuteactance capacitive qui est constitueacute drsquoun banc de capaciteacute seacuterie
shunteacute par une inductance commuteacutee par thyristor pour fournir un controcircle pas agrave pas de la
reacuteactance capacitive seacuterie
Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Series
Reactor- TCSR)
Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute de lrsquoinductance seacuterie shunteacute par
une inductance commandeacutee par thyristor afin de fournir une reacuteactance inductive seacuterie
leacutegegraverement variable
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
52
Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (Thyristor Switched Series Reactor-
TSSR)
Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute drsquoune inductance seacuterie shunteacutee par
une inductance commuteacutee par thyristor afin de fournir un controcircle pas agrave pas de la reacuteactance
inductive seacuterie
Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (Static Synchronous Series
Compensator- SSSC)
Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par
lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur Le SSSC agit sur le courant de ligne en inseacuterant une
tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou inductive Un
SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une ligne voire drsquoen
inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun condensateur ou
drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait que la tension
injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC preacutesente lrsquoavantage
de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante indeacutependamment du courant
c) Dispositifs FACTS hybrides (seacuterie ndashparallegravele)
Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (Unified Power Flow Controller- UPFC)
Une combinaison entre un STATCOM et un SSSC coupleacutes via une liaison agrave courant
continu pour permettre un eacutecoulement bidirectionnel de la puissance active entre la sortie du
SSSC et celle du STATCOM
Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Phase
Shifting Transformer- TCPST)
Transformateur deacutephaseur ajusteacute par un thyristor afin de fournir un angle de phase
rapidement variable Ce dispositif est eacutegalement appeleacute reacutegulateur drsquoangle de phase
commandeacute par thyristor (TCPAR -Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)
Reacutegulateur de puissance interphases (Interphase Power Controller- IPC)
Un controcircleur de la puissance active et reacuteactive connecteacute en seacuterie et comprenant dans
chaque phase des branches inductives et capacitives soumises agrave des tensions deacutephaseacutees
seacutepareacutement Les puissances active et reacuteactive peuvent ecirctre reacutegleacute indeacutependamment en ajustant
les deacutecalages de phase et ou les impeacutedances de branche agrave laide des commutateurs
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
53
meacutecaniques ou eacutelectroniques Dans le cas particulier ougrave lrsquoimpeacutedance inductive et capacitive
forment une paire conjugueacutee chaque terminal de lIPFC est une source passive de courant
deacutependant de la tension agrave lautre borne
d) Autres dispositifs FACTS
Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled voltage
Limiter- TCVL)
Une varistance agrave oxyde meacutetallique commuteacutee par thyristor utiliseacutee pour limiter la
tension agrave ses bornes durant les conditions transitoires
Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Voltage
Regulator- TCVR)
Un Transformateur commandeacute par thyristor qui peut fournir une tension variable dans
une phase avec un control continu
La figure (II5) preacutesente les diffeacuterents dispositifs qui peuvent controcircler certains variables
du systegraveme eacutelectrique
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
54
Dans la section qui suit nous allons deacutevelopper la preacutesentation du STATCOM et du
SSSC Il srsquoagit des dispositifs FACTS qui nous inteacuteresse particuliegraverement dans cette eacutetude et
que nous devons traiter pour une meilleure compreacutehension de la suite de ce meacutemoire
II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors
a) Dispositifs FACTS Shunt
Compensateur synchrone statique(STATCOM)
Un compensateur synchrone statique est constitueacute drsquoun convertisseur agrave source de
tension drsquoun transformateur de couplage et de la commande Dans cette application la source
drsquoeacutenergie agrave courant continue peut ecirctre remplaceacutee par un condensateur agrave courant
FACTS
Shunt
Thyristors GTO
Series
Thyristors GTO
Hybrides
Serie-Shunt
Autres FACTS
TCSC
TSSSC
GCSC
TCSR
IPFC
TSSR
SSSC
STATCOM
SSG
BESS
SMES SVC
TCR
TSC
TCBR
SVS
TSR
UPFC
TCPST
IPC
TCVR
TCPAR
TCPSR
TCVL
Figure II5 Classification des dispositifs FACTS
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
55
continue de sorte que lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie en reacutegime permanent entre le compensateur
statique et le systegraveme ca peut ecirctre uniquement reacuteactif comme illustreacute par la figure (II6)
119868119902 (est le courant de sortie du convertisseur) perpendiculaire agrave la tension du convertisseur
119881119894 (Lrsquoamplitude de la tension du convertisseur) et donc la sortie reacuteactive du convertisseur
sont reacuteglables [27]
Le convertisseur STATCOM
Produit les ondes rectangulaires de tension triphaseacutee eacutequilibreacutee Un compensateur
statique pouvant geacuteneacuterer ou absorber une puissance reacuteactive Il sagit du STATCOM
(Compensateur Statique) qui a connu jusqursquoagrave preacutesent sous diffeacuterents appellations
1 ASVC (Advanced Static Var Compensator)
2 STATCON (Static Condenser)
3 SVG (Static Var Generator)
4 SVC light (ABB)
5 SVC plus (SIEMENS)
Le principe de ce type de compensateur est connu depuis la fin des anneacutees 70 mais ce
nrsquoest que dans les anneacutees 90 que ce type de compensateur a connu un essor important gracircce
aux deacuteveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [27]
Le STATCOM possegravede plusieurs avantages par rapport aux compensateurs
conventionnels
La vitesse de reacuteaction la reacuteponse en moins drsquoun cycle agrave des variations de la
tension
Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
56
Lorsque la tension est basse il peut produire plus de puissance reacuteactive
notamment au moment ougrave lrsquoon a besoin drsquoune puissance reacuteactive consideacuterable
pour empecirccher la chute tension
Cependant le STATCOM de base engendre de nombreux harmoniques Il faut donc
utiliser pour reacutesoudre ce problegraveme des compensateurs multi-niveaux agrave commande MLI ou
encore installer des filtres
Le rocircle du STATCOM est drsquoeacutechanger de lrsquoeacutenergie reacuteactive avec le reacuteseau Pour ce
faire lrsquoonduleur est coupleacute au reacuteseau par lrsquointermeacutediaire drsquoune inductance qui est en geacuteneacuteral
lrsquoinductance de fuite du transformateur de couplage
Lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie reacuteactive se fait par le controcircle de la tension de sortie de
lrsquoonduleur 119881119904ℎ dont laquelle est en phase avec la tension du reacuteseau (Figure II7) Le
fonctionnement peut ecirctre deacutecrit de la faccedilon suivante
Si la tension 119881119904ℎ est infeacuterieure agrave la tension V le courant circulant dans lrsquoinductance est
deacutephaseacute de-π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant inductif (figure
II7a)
Si la tension119881119904ℎ est supeacuterieur agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est deacutephaseacute
de +π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant capacitif (figure II7b)
Si la tension 119881119904ℎ est eacutegale agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est nul et par
conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutechange drsquoeacutenergie
Lrsquoavantage de ce dispositif est de pouvoir eacutechanger de lrsquoeacutenergie de nature inductive ou
capacitive uniquement agrave lrsquoaide drsquoune inductance Contrairement au SVC il nrsquoy a pas
drsquoeacuteleacutement capacitif qui puisse provoquer des reacutesonances avec des eacuteleacutements inductifs du
119881119904ℎ
119881119904ℎ
119868119904ℎ V
V
a) Courant inductif b) Courant capacitif
Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM
119868119904ℎ
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
57
reacuteseau La caracteacuteristique statique de ce convertisseur est donneacutee par la figure (II8) Ce
dispositif a lrsquoavantage contrairement au SVC de pouvoir fournir un courant constant
important mecircme lorsque la tension V diminue
Le STATCOM permet le mecircme controcircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce
dispositif est capable de deacutelivrer la puissance reacuteactive mecircme si la tension au jeu de barres
(nœud de connexion) est tregraves faible dapregraves sa caracteacuteristique on constate que le courant
maximal du STATCOM est indeacutependant de la tension du nœud
Pour un STATCOM ideacuteal nayant pas des pertes actives leacutequation (II2) deacutecrit le
transfert de puissance reacuteactive dans le reacuteseau eacutelectrique [5]
119876119904ℎ =|⋁ 2
119896 |
Xshminus
|Vk||Vsh|
Xshcos( 120579119896 minus 120579119904ℎ) =
|⋁ 2119896 |minus
Xsh
|Vk||Vsh|
Xsh
Si |119881119896| gt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne positive et le STATCOM absorbe la puissance reacuteactive
Si |119881119896| lt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne neacutegative et le STATCOM fournie la puissance reacuteactive
Deacutepassement
transitoire en
fonctionnement
Deacutepassement
transitoire en
fonctionnement
Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM
119868119904ℎ
119868119898119886119909 119868119898119894119899
Capacitif Inductif
V
(II2)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
58
b) Dispositifs FACTS Seacuteries
Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC)
Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par
lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur (figure II9) Le SSSC agit sur le courant de ligne en
inseacuterant une tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou
inductive Un SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une
ligne voire drsquoen inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun
condensateur ou drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait
que la tension injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC
preacutesente lrsquoavantage de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante
indeacutependamment du courant [26]
Ce type de compensateur seacuterie (Compensateur Synchrone Statique Seacuterie) est le plus
important dispositif de cette famille Il est constitueacute drsquoun onduleur triphaseacute coupleacute en seacuterie
avec la ligne eacutelectrique agrave laide dun transformateur Ce dispositif possegravede des avantages si
lrsquoon compare avec le TCSC
Elimination des composants passifs (inductance et capaciteacutes)
Une aptitude symeacutetrique dans les deux modes (inductif et capacitif)
Son rocircle est drsquointroduire une tension triphaseacutee agrave la freacutequence du reacuteseau en seacuterie avec la
ligne de transport
Figure II9 Scheacutema de base du SSSC
Transformateur
seacuterie
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
59
Nous pouvons dans ce cas reacutegler continuellement la valeur apparente de la capaciteacute ou
de lrsquoinductance ainsi introduite dans la ligne Lrsquoavantage de ce dispositif est de ne pas
introduire physiquement un condensateur ou une inductance mais de simuler leurs fonctions
Cela eacutevite lapparition des oscillations dues agrave la reacutesonance avec les eacuteleacutements inductifs du
reacuteseau La caracteacuteristique statique drsquoun Compensateur Synchrone Statique Seacuterie est preacutesenteacutee
par la figure (II10)
Si lon utilise un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie le SSSC peut agrave ce moment lagrave eacutechanger
de la puissance active avec la ligne eacutelectrique Ceci peut contribuer agrave ameacuteliorer la stabiliteacute du
reacuteseau Dans ce cas la tension 119881119887 nrsquoest pas obligatoirement en quadrature avec le courant de
ligne
Principe de fonctionnement de SSSC
Le SSSC injecte en seacuterie une tension alternative avec une amplitude et un angle de
phase reacuteglable dans la ligne de transport agrave lrsquoaide drsquoun transformateur seacuterie Le SSSC peut
produire ougrave absorber de la puissance reacuteactive suivant la commande de convertisseur statique
il permet drsquoassurer une compensation shunt indeacutependante agrave la ligne de transport Il fourni ou
absorbe la puissance reacuteactive neacutecessaire localement et produit de la puissance active comme
reacutesultat de lrsquoinjection en seacuterie drsquoune tension [21]
Le principe de fonctionnement peut ecirctre expliqueacute par la figure (II11)
Figure II10 Caracteacuteristique statiques du SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
60
Le SSSC deacutelivre une tension triphaseacutee 119881119904119890 agrave la freacutequence du reacuteseau en quadrature (
90 ) avec le courant de la ligne et controcirclable afin daugmenter ou diminuer la tension agrave
travers la ligne repreacutesenteacutee par sa reacuteactance 119883119897 selon le mode de compensation capacitif ou
inductif respectivement (figure II12) mais comme la reacuteactance de la ligne ne varie pas
reacuteellement cest le courant dans la ligne qui sera affecter par cette variation et par
conseacutequence les puissances correspondante
Ideacutealement la tension 119881119904119890 est agrave 90 du courant de la ligne ce qui fait quaucun eacutechange
de la puissance active nrsquoest entre le reacuteseau et le SSSC Pratiquement il y a toujours une petite
composante de cette tension 119881119904119890 en phase avec le courant 119868119897 qui geacutenegravere une petite quantiteacute de
la puissance active pour couvrir les pertes dans le convertisseur
On peut expliquer les diffeacuterents modes de compensation capacitive et inductive en ce
reacutefeacuterant aux diagrammes vectoriels de la figure (II13) qui suit en admettant le scheacutema
eacutequivalent dun SSSC installeacute dans un reacuteseau eacutelectrique simple repreacutesenteacute sur la figure (II12)
Figure II11 Principe de fonctionnement de SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
61
bull
Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du
reacuteseau
Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du
reacuteseau (eacutetat deacutequilibre) la tension au borne de la reacuteactance effective 119881119909119890119891119891
est eacutegale agrave la tension aux bornes de la ligne de transport sans compensation
la ougrave le degreacute de compensation K est nul K = 119881119902
119881119894 x 100 avec 119883119902 =
119881119902
119868119894
Dans le mode de compensation inductif le courant de la ligne 119868119897 diminue en
augmentant le degreacute de compensation K de 0 agrave 100 Du diagramme (b)
on voit que pour maintenir 119881119904 119881119903 et constants la variation dans
lamplitude de 119881119904119890 se reacutepercute directement sur la tension 119881119897 et chaque
Figure II12 Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple
Figure II13 Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
62
augmentation dans 119881119904119890 entraicircne une diminution dans 119881119897 et par conseacutequence
dans le courant 119868119897
En mode capacitif le courant dans la ligne augmente avec laugmentation du
niveau de compensation la tension 119881119904119890 injecteacutee en anti-phase avec la tension
119881119897 (- 90deg en arriegravere du courant 119868119897 ) force la tension 119881119897 agrave augmenter pour
garder langle de charge constant ainsi que les tensions aux extreacutemiteacutes de la
ligne (figure II12c) [37]
II6) Coucirct des dispositifs FACTS [29]
Mis agrave part les avantages techniques apporteacutes par les FACTS drsquoautres critegraveres lieacutes au
coucirct doivent ecirctres pris en consideacuteration dans la deacutecision drsquoinstaller un dispositif Sur le plan
eacuteconomique le critegravere geacuteneacuteralement adopteacute dans lrsquoeacutevaluation des beacuteneacutefices obtenus par un
FACTS est que lrsquoaccroissement des revenues doit exceacuteder les coucircts drsquoexploitations de
maintenance et drsquoamortissement de lrsquoinstallation
Le coucirct drsquoune installation FACTS deacutepend principalement des facteurs tels que
Les performances requises
La puissance de lrsquoinstallation
Le niveau de tension du systegraveme
La technologie du semi-conducteur utiliseacute
Controcircleurs FACTS Coucirct (US$)
Condensateur Shunt 8$Kvar
Condensateur Seacuterie 20$ Kvar
SVC 40$Kvar
TCSC 40$Kvar
STATCOM 50$Kvar
UPFC Partie Seacuterie 50$Kvar
UPFC Partie Shunt 50$Kvar
Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
63
II7) Synthegravese des dispositifs FACTS
Les diffeacuterents dispositifs FACTS preacutesenteacutes dans ce chapitre possegravedent tous leurs propres
caracteacuteristiques tant en reacutegime permanent quen reacutegime transitoire Chaque type de dispositif
sera donc utiliseacute pour reacutepondre agrave des objectifs bien deacutefinis Des consideacuterations eacuteconomiques
entreront eacutegalement dans le choix du type dinstallation agrave utiliser Le tableau (II2) syntheacutetise
les principaux beacuteneacutefices techniques des nouvelles technologies de FACTS Le nombre +
est proportionnel agrave lefficaciteacute du dispositif
II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie
des dispositifs FACTS [29]
A Les avantages des dispositifs FACTS
Controcircle le transit de la puissance active
Augmente la seacutecuriteacute des systegravemes eacutenergeacutetiques (augmentation de la limite de la
stabiliteacute transitoire amortissement des oscillations hellip)
Reacuteduit le transit de lrsquoeacutenergie reacuteactive
Optimise les puissances geacuteneacutereacutees donc reacuteduit le coucirct de production de lrsquoeacutenergie
Agir comme filtre actif
Ameacutelioreacutee lrsquointerconnexion et lrsquoeacutechange eacutenergeacutetique
Dispositif
Controcircle du
transit de
puissance
Controcircle
de la
tension
Stabiliteacute
transitoire
Stabiliteacute
statique
STATCOM + +++ ++ ++
SSSC ++ + +++ ++
IPFC +++ ++ +++ ++
Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS [14]
+ Petite ++ Moyenne +++Forte
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
64
B Les inconveacutenients
Lrsquointroduction des harmoniques du reacuteseau eacutelectrique ce qui le rend pollueacute cest-agrave- dire le
signal sera tendu et non sinusoiumldale Il rend le reacuteseau vulneacuterable agrave la surtension ducirce aux
commutations reacutepeacutetitives
C Les contraintes des dispositifs FACTS
Les dispositifs FACTS sont consideacutereacutes comme des solutions pour aider les systegravemes
eacutelectriques mais ils preacutesentent des inconveacutenients en plus qursquoils ne sont pas une solution
universelle ils existent plusieurs contraintes pour que ces dispositifs soient efficaces et
rentables [30]
o Le choix du FACTS
o Le choix du modegravele du FACTS
o Choix de la localisation des FACTS
o Protection pour les FACTS et pour le reacuteseau
o Interactions entre les dispositifs FACTS et les autres eacuteleacutements
Nous avons deacutecideacute pour la suite de notre travail de ne pas eacutetudier lrsquoimpact de chaque
cateacutegorie des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique Notre choix srsquoest porteacute sur lrsquoeacutetude du
Compensateur Statique Synchrone (STATCOM) et du Conpensateur statique seacuterie
synchrone (SSSC)Il nous a sembleacute raisonnable drsquoessayer drsquoanalyser lrsquoimpact de la
compensation shunt et de la compensation seacuterie de faccedilon seacutepareacutee avant de regrouper lrsquoeacutetude
de ces concepts FACTS agrave lrsquoaide de la compensation hybride
II9) Conclusion
Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre en premier lieu le concept FACTS ainsi nous
avons donneacute une bregraveve description et des deacutefinitions des divers types de dispositifs FACTS
Cette description est adopteacutee comme classification universelle des systegravemes FACTS La
plupart dentre eux sont deacutejagrave en service dans la pratique Si aujourdhui les FACTS sont encore
peu utiliseacutes par rapport agrave leur potentiel les eacutevolutions techniques de leacutelectronique de
puissance vont rendre les solutions FACTS de plus en plus compeacutetitives face aux
renforcements des reacuteseaux le contexte algeacuterien a eacuteteacute abordeacute ainsi que la conception et le
fonctionnement des 2 dispositifs retenus pour cette eacutetude
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
65
Nous avons choisi deacutetudier le STATCOM et le SSSC comme dispositifs FACTS pour
controcircler et ameacuteliorer la tension et la puissance reacuteactive Le chapitre suivant (chapitre III) sera
deacutedieacute agrave la modeacutelisation des systegravemes FACTS
66
Chapitre 3
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
67
Dans le but drsquoeacutetudier lrsquoimpact des FACTS sur lrsquoameacutelioration de tension des reacuteseaux
eacutelectriques des modegraveles approprieacutes sont neacutecessaires agrave deacutevelopper Nous tenons agrave mentionner
que plusieurs logiciels incorporent ces modegraveles Dans ce chapitre nous allons preacutesenter les
modegraveles matheacutematiques du STATCOM et du SSSC retenus au chapitre II
III1) Introduction
Pour pouvoir observer limpact des dispositifs FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique il est
neacutecessaire de les repreacutesenter par des modegraveles Ceux-ci sont ensuite inteacutegreacutes dans des
programmes de calcul permettant de simuler leurs effets sur lensemble du systegraveme
Plusieurs modegraveles de FACTS ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes tant pour des reacutegimes de
fonctionnement stationnaire que dynamique Certains modegraveles sont speacutecifiques agrave un type de
dispositif alors que dautres plus geacuteneacuteraux sont utiliseacutes pour repreacutesenter plusieurs FACTS
Dans le cadre de ce meacutemoire et plus preacuteciseacutement le chapitre quatre cest lrsquoimpact des
dispositifs FACTS sur le reacuteseau de transport qui est eacutetudieacute Dans ce contexte nous nous
restreignons agrave leacutetude de lrsquoeffondrement de tension et plus particuliegraverement aux effets des
FACTS sur la stabiliteacute des tensions
La modeacutelisation des FACTS est effectueacutee sur la base des eacuteleacutements utiliseacutes dans les
calculs de lrsquoeacutecoulement de puissance Ce sont plus particuliegraverement les geacuteneacuterateurs les
charges les eacuteleacutements shunt ainsi que les lignes et les transformateurs
III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS [26]
III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs
Les geacuteneacuterateurs sont des eacuteleacutements qui permettent la conversion de leacutenergie (meacutecanique
photonique chimique) vers une forme eacutelectrique Ils peuvent fournir ou consommer de
leacutenergie active ou reacuteactive et ils peuvent maintenir un niveau de tension deacutesireacutee
Un geacuteneacuterateur peut ecirctre consideacutereacute comme une source de puissance active et reacuteactive qui
peut maintenir une tension de consigne Agrave cause de facteurs comme la limite thermique du
rotor celle du stator et la limite de stabiliteacute au reacutegime permanent le fonctionnement dun
geacuteneacuterateur est limiteacute en puissance active ainsi quen puissance reacuteactive Ainsi un geacuteneacuterateur
peut ecirctre modeacuteliseacute dans le calcul drsquoeacutecoulement de puissance par le scheacutema de la figure (III1)
Dans lrsquoanalyse de lrsquoeacutecoulement de puissance les geacuteneacuterateurs sont modeacuteliseacutes comme des
injecteurs de courants La puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur est reacutegleacutee agrave travers le
controcircle de la turbine qui doit ecirctre dans les limites de la capaciteacute du systegraveme turbine
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
68
geacuteneacuterateur La tension est lieacutee principalement agrave lrsquoinjection de la puissance reacuteactive au jeu de
barres de production et comme le geacuteneacuterateur doit fonctionner dans les limites de sa courbe de
capaciteacute reacuteactive il nrsquoest pas possible de reacutegler la tension en dehors de certaines limites
admissibles
Avec
Si Puissance apparente complexe
PGi Puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i
QGi Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i
V i Tension complexe au nœud i
δi Deacutephasage de la tension au nœud i
Les limites de production des geacuteneacuterateurs sont deacutefinies par
PGimin le PGi le PGimax
QGimin le QGi le QGimax
Dans les calculs de transit de puissance la puissance PGi est prise constante et la
tension V i peut ecirctre maintenue en module agrave une valeur consigne constante La phase δi et la
puissance reacuteactive quand agrave elles deacutependent de leacutetat du reacuteseau Lorsque QGi deacutepasse une de ces
limites sa valeur est fixeacutee agrave cette valeur limite et la tension ne peut plus ecirctre controcircleacutee Le
nœud nest plus consideacutereacute comme geacuteneacuterateur mais comme une charge
120575119894
119878119894 i 119881 119894
119875119866119894 119876119866119894
119876119866119894
Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur
(III1)
(III2)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
69
III22) Modegraveles des charges [26]
Les charges repreacutesentent les consommateurs connecteacutes au reacuteseau (figure III2) Elles
correspondent agrave des injections neacutegatives aux nœuds Les charges sont modeacuteliseacutees par des
puissances constantes indeacutependantes de la tension nodale
SLi = PLi + j QLi
Ougrave
SLi La puissance complexe de la charge
PLi La puissance active
QLi La puissance reacuteactive
La puissance reacuteactive QLi peut ecirctre positive ou neacutegative selon que la charge est de nature
inductive ou capacitive respectivement
III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt [26]
Dans la plupart des cas les eacuteleacutements shunt sont des dispositifs destineacutes agrave la
compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive et la tenue de la tension chaque eacuteleacutement connecteacute au
reacuteseau sera modeacuteliseacute par des admittances 1199101198940 de la forme
1199101198940 = 1198921198940 + 1198951198871198940
Le symbole geacuteneacuteral repreacutesentant un eacuteleacutement shunt est donneacute agrave la figure III3a La
susceptance 1198871198940 peut ecirctre inductive ou capacitive Dans le premier cas leacuteleacutement consomme de
la puissance reacuteactive (fig III3b) alors quil en fournit au systegraveme dans le second (fig III3c)
Les modegraveles des dispositifs FACTS preacutesenteacute dans la section suivante sont baseacutes sur une
(III3)
Figure III2 Modegravele des charges
PLi QLi
i
(III4)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
70
simple modification des eacuteleacutements approprieacutes de 119884
III24) Modegraveles de la ligne [26]
Les lignes sont deacutefinies par leur scheacutema en 120587 (figure III4) qui caracteacuterise en geacuteneacuteral les
lignes moyennes dont les paramegravetres sont la reacutesistance r la reacuteactance 119909 = 119871 ω et la
susceptance b =119862120596 Dans le cas des lignes longues on peut toujours se ramener agrave un scheacutema
eacutequivalent en 120587 Les lignes de transport sont modeacuteliseacutees par leur scheacutema en 120587 classique dans
lequel la conductance transversale est neacutegligeacutee
La matrice dadmittance nodale dune ligne reliant un nœud i agrave un nœud k est donneacute par
lrsquoeacutequation (III5)
Y = (
yik+
yik0
2
minusyik
minusyik yik + yik0
2
)
Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt a) symbole b) eacuteleacutement
inductif c) eacuteleacutement capacitif
c) eacuteleacutement capacitif
(III5)
i 119909119894119896 119903119894119896 k
119887119894119896119900
2
119887119894119896119900
2
Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
71
Ougrave ladmittance longitudinale yik vaut
yik = 1
rik + j 120013ik
Avec
rik Reacutesistance longitudinale de la ligne
120013ik Reacuteactance longitudinale de la ligne
Ladmittance transversale correspondant aux effets capacitifs seacutecrit
yik0 = j119887ik0
Avec
119887ik0 Sousceptance transversale de la ligne
III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques [32]
Chaque nœud est caracteacuteriseacute par quatre variables Pi Qi Vi θi Si on connaicirct deux des
quatre variables nous permettent de deacuteterminer les deux autres agrave partir des eacutequations
principales de leacutecoulement de puissance En pratique le problegraveme se pose autrement Pour
cela il faut classifier les nœuds du systegraveme comme suit (Tableau III1)
Nœud de charge (P-Q) Pour ce type de nœuds on associe geacuteneacuteralement les charges
Ces derniegraveres sont caracteacuteriseacutees par la consommation des puissances active et reacuteactive
On peut aussi associer des geacuteneacuterateurs avec des puissances active et reacuteactive fixeacutees
Les variables agrave deacuteterminer sont le module et la phase de la tension
Nœud geacuteneacuterateur (P-V) Pour ce type de nœuds on associe les centrales de
production On speacutecifie la puissance active et le module de la tension Les variables agrave
deacuteterminer sont la phase de la tension et la puissance reacuteactive
Nœud bilan (slack bus) Pour ce type de nœud on associe la centrale de production la
plus puissante Dans un nœud k (nœud de reacutefeacuterence ou slack bus) on speacutecifie la phase
et le module de la tension Les valeurs agrave deacuteterminer sont les puissances actives et
reacuteactives
(III6)
(III7)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
72
III26) Modegraveles du transformateur
Les transformateurs sont repreacutesenteacutes par leur impeacutedance connecteacutee en seacuterie avec un
transformateur ideacuteal (figure III5) Le rapport de transformation est reacuteel pour un
transformateur classique alors quil est complexe dans le cas dun transformateur deacutephaseur
De maniegravere geacuteneacuterale le rapport de transformation complexe μik
est deacutefini par
μik
=Ui
Um
avec
Ui Tension complexe au nœud i
Um Tension complexe au nœud m
III27) Modegraveles de la machine synchrone
Nœuds Puissances actives Puissances reacuteactives Module de Tension Lrsquoangle de phase
Nœud (PQ) Connue Connue Inconnue Inconnue
Nœud (PV) Connue Inconnue Connue Inconnue
Nœud (slack
bus)
Inconnue Inconnue Connue Connue
Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme
(III8)
Si i
Ii Im
Um
119898
119903119894119896 Ik
Uk
119909119894119896
Ui μik 1
119896
Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
73
(III10)
La fem de la machine synchrone est donneacutee par la relation suivante
Ersquo = 119881119904+119903119886119868119904+j119883119889119868119904
Ersquo fem transitoire de la machine synchrone
119881119904 Tension aux bornes de la machine
119868119904 courant de la machine
119903119886 Reacutesistance statorique de la machine
119883119889 Reacuteactance transitoire de la machine
La repreacutesentation de la machine synchrone utiliseacutee pour la solution du reacuteseau et le diagramme
de phase sont scheacutematiseacutes dans la figure suivante
Les composantes de la tension 119881119904 aux bornes de la machine suivant les axes d-q sont
119881119889 = 119864prime119889 minus 119903119868119889 minus 119883prime
119902 119868prime119902
119881119902 = 119864prime119902 minus 119903119868119902 + 119883prime119889 119868prime119889
III28) Modeacutelisation du STATCOM
(III9)
Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone
(III11)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
74
(III12)
(III13)
Le STATCOM appartient agrave la deuxiegraveme geacuteneacuteration des dispositifs FACTS Selon
lIEEE Le STATCOM est un moyen de compensation dynamique connecteacute en parallegravele au
systegraveme eacutelectrique il est baseacute sur lrsquoinjection drsquoun courant AC controcircleacute agrave travers un
transformateur de couplage La structure de base drsquoun STATCOM ayant le scheacutema qui est
montreacute par la figure (III7) [33]
En geacuteneacuteral la tension du STATCOM 119881119904ℎest injecteacutee en phase avec la tension 119881119903 de la
ligne et dans ce cas il n y a pas deacutechange de leacutenergie active avec le reacuteseau mais seulement la
puissance reacuteactive qui sera injecteacutee (ou absorbeacutee) par le STATCOM Le STATCOM a le
mecircme rocircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce dispositif capable de deacutelivrer la
puissance reacuteactive mecircme si la tension de jeu de barre de connexion est faible Avec
lhypothegravese dun STATCOM ideacuteal (convertisseur sans pertes) la contrainte de fonctionnement
que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas eacutechanger la puissance active avec le reacuteseau
La tension du STATCOM est donneacute par
119864119904ℎ = 119881119904ℎ(119888119900119904120575119904ℎ + 119895119904119894119899120575119904ℎ)
Le courant injecteacutee par le STATCOM est donneacute par
119868119904ℎ =119881119904ℎ minus 119881119894
119895119883119894
Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
75
(III14)
(III15)
(III16)
(III17)
La puissance de transmission entre les deux systegravemes peut ecirctre repreacutesenteacutee par
La puissance active transmis
119875 = 119881119894119881119904ℎ
119883 119904119894119899(120575119894minus120575119904ℎ)
La puissance reacuteactive transmis
119876 =119881119894
2
119883minus
119881119894119881119904ℎ
119883 cos (120575119894120575119904ℎ)
Ougrave 119881119894119881119904ℎ est la tension aux nœuds (120575119894120575119904ℎ) lrsquoangle entre la tension et X impeacutedance de la
ligne Apregraves lrsquoexeacutecution de quelques opeacuterations complexes les eacutequations de puissance active
et reacuteactive sont obtenues comme suit
119875119904ℎ = 1198811198942119892119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ) + 119887119904ℎ119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ))
119876119904ℎ = minus1198811198942119887119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ) minus 119887119904ℎ119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ))
Avec 119892119904ℎ + 119895119887119904ℎ = 1119885119904ℎ
frasl
119892119904ℎ Conductance eacutequivalente du STATCOM
119887119904ℎ Susceptance eacutequivalente du STATCOM
119885119904ℎ Impedance eacutequivalente du STATCOM
III29) Modeacutelisation du SSSC
Le SSSC peut acqueacuterir un eacuteleacutement de stockage drsquoeacutenergie pour une compensation de la
puissance active momentaneacutement qui reacutesulte dans un maintien efficace de la stabiliteacute du
reacuteseau eacutelectrique Un SSSC est donc modeacuteliseacute comme une source de tension en seacuterie la figure
(III8) montre un SSSC inseacutereacute dans un reacuteseau agrave deux machines et son diagramme vectoriel des
tensions [33]
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
76
(III18)
(III19)
(III20)
(III21)
(III22)
(III23)
A partir du diagramme vectoriel on peut voir que la tension injecteacutee en seacuterie controcircle
directement la tension agrave travers lrsquoinductance X de la ligne qui en la augmentant reacutesulte en
une augmentation dans la valeur du courant et par conseacutequence une augmentation dans la
puissance transmissible agrave travers la ligne Ce fonctionnement est similaire agrave une compensation
seacuterie par un condensateur Si on eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant
de la ligne on obtient le mecircme reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un
condensateur
119880= -j119883119862 119868
Avec 119883119862 qui repreacutesente la reacuteactance capacitive du condensateur Mais comme le SSSC
est une source de tension il peut alors maintenir une tension constante puisque il controcircle
indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC peut augmenter ou diminuer le
flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant la tension injecteacutee en seacuterie agrave la
ligne Comme le SSSC est une source reacuteactive la tension geacuteneacutereacutee est perpendiculaire au
courant de la ligne ce courant est
119868 =1198801minus119880119902minus1198802
119895119883
119920 =120783
119947119935(( 119880120783 minus 119880120784) minus 119880119954
(119880120783minus119880120784)
|119880120783minus119880120784|)
119920 =119947(119880120783minus119880120784)
119935(120783 minus
119880119954
|119880120783minus119880120784|)
Cette eacutequation montre qursquoagrave lrsquoabsence du SSSC la chute de tension agrave travers X
est ( 1198801
minus 1198802
) Si on prend 1198802 Comme reacutefeacuterence du SSSC
1198802
= U2
et
Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
77
(III24)
(III25)
1198801=1198801(119888119900119904120575 + 119895119904119894119899120575)
Si on prend par consideacuteration que
|119880120783
minus 119880120784
| = radic119880120783120784 + 119932120784
120784 minus 120784119932120783119932120784119940119952119956120633
Ce qui nous donne la puissance agrave travers la ligne
P = 11988011198802119904119894119899120575
119883(1 minus
119880119902
radic11988012+1198802
2minus211988011198802119888119900119904120575
)
Par conseacutequent la puissance transmise P est une fonction de la tension injecteacutee La
puissance transmise en fonction de lrsquoangle δ
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
78
III3) Conclusion
Dans ce chapitre nous avons modeacuteliseacute les diffeacuterents composants du reacuteseau eacutelectrique agrave
savoir les lignes de transport les transformateurs et les charge les machines
synchroneshellipetc
Des modegraveles simplifieacutes de deux diffeacuterents types de FACTS agrave savoir le STATCOM et le
SSSC baseacute sur la modification de la matrice admittance 119884 et suitable pour lrsquoeacutetude du controcircle
du power flow et la reacutegulation de la tension ont eacuteteacute deacutemontreacutees dans ce chapitre Les deux
modegraveles ont eacuteteacute observeacutes dans la litteacuterature Agrave cet effet une bregraveve preacutesentation des approches
existantes agrave des modegraveles de ces deux dispositifs FACTS ont eacuteteacute fournis Les modegraveles
seacutelectionneacutes sont faciles agrave impleacutementer dans les logiciels du power flow comme le PSAT Au
chapitre suivant crsquoest lrsquoimpact du STATCOM et du SSSC sur lrsquoeffondrement de tension qui
sera analyseacute
79
Chapitre 4
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
80
IV1) Introduction
Le transfert de puissance au travers drsquoun reacuteseau eacutelectrique srsquoaccompagne de chutes de
tension entre les points de production et ceux de consommation Dans des conditions
normales de fonctionnement ces chutes de tension sont de lrsquoordre de quelque pour cents de la
tension nominale Une des preacuteoccupations des planificateurs et des exploitants est de srsquoassurer
que les tensions aux diffeacuterents jeux de barres du reacuteseau demeurent malgreacute tout dans des
limites prescrites speacutecialement dans des conditions de forte charge etou suite agrave des incidents
plausibles Dans certaines circonstances cependant dans les secondes ou dans les minutes qui
suivent lrsquoapparition drsquoune perturbation les tensions peuvent deacutecroitre de maniegravere
catastrophique agrave tel point que la puissance ne peut plus ecirctre achemineacutee correctement aux
consommateurs et que lrsquointeacutegriteacute du systegraveme peut ecirctre mise en danger
Le meacutecanisme qui sous-tend cet affaissement des tensions est lrsquoinstabiliteacute de tension et
la catastrophe qui en reacutesulte est lrsquoeffondrement de tension [34]
En termes simples lrsquoinstabiliteacute de la tension provient drsquoun comportement des charges
qui tend agrave ramener la consommation de puissance de celles-ci au-delagrave de ce que peuvent
fournir ensemble le reacuteseau de transport et les geacuteneacuterateurs
Dans de nombreux reacuteseaux agrave travers le monde lrsquoinstabiliteacute de tension est consideacutereacutee
comme une source majeure de deacutefaillance au moins aussi importante que les surcharges
thermiques drsquoeacutequipements (et le risque associeacute de deacuteclenchements en cascade) ou lrsquoinstabiliteacute
angulaire (perte de synchronisme entre geacuteneacuterateurs) connues depuis plus longtemps
Plusieurs facteurs contribuent agrave cet eacutetat de fait
- comme on le sait la construction de nouvelles lignes eacutelectriques est de
plus en plus difficile souvent retardeacutee et parfois impossible
- la concentration de la production dans ces centrales de plus en plus
puissantes a diminueacute le nombre de points tenus en tension dans le reacuteseau et
augmenteacute les distances eacutelectriques entre centres de production et de consommation
Certes lrsquoeacutemergence de la production deacutecentraliseacutee va quelque peu inverser cette
tendance en rapprochant producteurs et consommateurs Encore faut ndashil que ces
sources drsquoeacutenergie fournissent les services auxiliaires que sont la reacutegulation de
tension et la mise agrave disposition drsquoune reacuteserve de puissance reacuteactive
- lrsquousage massif de condensateurs shunt pour soutenir le profil de tension
permet de transporter de plus grandes quantiteacutes de puissance mais rapproche le point
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
81
drsquoinstabiliteacute des plages de fonctionnement normal
- lrsquoinstabiliteacute de tension est souvent deacuteclencheacutee par la perte
drsquoeacutequipements de transport et ou de production incidents dont la probabiliteacute
drsquoapparition est relativement eacuteleveacutee (compareacutee par exemple agrave celle du court-circuit
triphaseacute consideacutereacute en stabiliteacute transitoire angulaire)
- lrsquoouverture du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute incite agrave faire fonctionner les
reacuteseaux plus pregraves de leurs limites physiques pour des raisons de rentabiliteacute
eacuteconomique Plus encore que par le passeacute il est donc neacutecessaire drsquoeacutevaluer ces
limites en particulier vis ndashagrave vis du risque drsquoinstabiliteacute de tension
IV2) Outils de simulation
Plusieurs outils de simulation ont eacuteteacute utiliseacutes dans lrsquoanalyse et lrsquoeacutetude des reacuteseaux
eacutelectriques tels que (Matlab EMTP Etap PowerWorld PSAThellip etc) Ces logiciels
permettent de nous renseigner sur les diffeacuterents facteurs drsquoun reacuteseau eacutelectrique et agrave simuler les
diffeacuterents cas pour avoir les paramegravetres du reacuteseau Ces derniers utilisent les mecircmes
concepts Dans ce meacutemoire le logiciel PSAT est utiliseacute pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de
tension drsquoun reacuteseau de transport
PSAT est un logiciel librement distribueacutes conccedilu par Federico Milano baseacute sur
MATLAB pour lanalyse et lrsquooptimisation des reacuteseaux eacutelectriques Lrsquointerface graphique
interactive du PSAT permet agrave lrsquoutilisateur drsquoeffectuer les fonctions statiques et dynamiques
suivantes [35]
Calcul drsquoeacutecoulement de puissance (Power Flow- PF)
Calcul drsquoeacutecoulement de puissance Optimal (Optimal Power Flow- OPF)
Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation Power Flow- CPF)
Analyse de la stabiliteacute de petites perturbations (Small Signal Stability Analysis-
SSSA)
Simulation temporelle (Time Domaine Simulation- TDS)
Analyse transitoire drsquoeacutelectromagneacutetique (Electro Magnetic Transient Analysis-
EMT)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
82
Interface graphique (Graphical User Interface- GUI)
Eacutediteur de reacuteseau graphique (Graphical Network Editor- GNE)
Toutes les opeacuterations de PSAT peuvent ecirctre reacuteparties en deux genres drsquoanalyse
- La premiegravere analyse est de reacutesoudre les problegravemes de lrsquoeacutecoulement de puissance
Cette application srsquoeffectue dans une page de commande ou un eacutediteur comme
montre la figure (IV1)
- La seconde analyse est drsquoimplanter le reacuteseau agrave eacutetudier en utilisant une bibliothegraveque
de Simulink qui contient de nombreux modegraveles pour lrsquoimplantation des systegravemes
eacutelectriques comme montreacute dans la figure (IV2)
IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques
La deacutefinition et les types de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques sont repreacutesenteacutes dans le
chapitre I
Durant les derniegraveres deacutecennies la stabiliteacute de tension dans les systegravemes dalimentation
est devenue un vaste champ de recherches Les pheacutenomegravenes dinstabiliteacute en tension peuvent
srsquoeacutetendre dans une plage de temps allant de quelques secondes agrave quelques heures et ont eacuteteacute
eacutetudieacutes en utilisant une varieacuteteacute de modegraveles statiques et dynamiques y compris les reacutegulateurs
et les dispositifs eacutelectroniques de puissance
Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
83
Les sujets pertinents pour le marcheacute de leacutelectriciteacute et pour les techniques optimales
deacutecoulement de puissance sont geacuteneacuteralement les pheacutenomegravenes drsquoeffondrement de tension
reacutesultant des variations de charge et des opeacuterations de commutation Lrsquoeffondrement de
tension est geacuteneacuteralement la conseacutequence de laugmentation de la charge dans les systegravemes
caracteacuteriseacutes par des conditions de chargement lourd et ou lorsque survient une modification
dans le systegraveme comme une ligne hors service Le reacutesultat est geacuteneacuteralement que le point de
fonctionnement actuel qui est stable laquodisparaicirctraquo et le systegraveme transitoire suivant conduit agrave
une rapide irreacutecupeacuterable baisse de tension
IV31) Facteur de charge et les directions de puissance [34]
Loutil analytique le plus accepteacute pour lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes de lrsquoeffondrement de
tension est la theacuteorie de la bifurcation qui est une theacuteorie matheacutematique geacuteneacuterale capable de
classer les instabiliteacutes drsquoeacutetudier le comportement du systegraveme dans le voisinage
drsquoeffondrement ou des points instables et de donner une information quantitative sur les
actions correctives pour eacuteviter les conditions critiques
Dans la theacuteorie de la bifurcation il est supposeacute que les eacutequations du systegraveme deacutependent
dun ensemble de paramegravetres avec des variables deacutetat comme suit
0 = 119891 (120013 λ)
avec
119891 Eacutequation de lrsquoeacutecoulement de puissance
120013 Variables deacutependantes
120582 Facteur de charge
Alors les proprieacuteteacutes de la stabiliteacute instabiliteacute sont eacutevalueacutees en variant lsquolsquolentementrsquorsquo les
paramegravetres Dans ce meacutemoire le paramegravetre utiliseacute pour eacutetudier la proximiteacute du systegraveme de
lrsquoeffondrement de tension est le soi-disant facteur de charge 120582 (120582 isin ℛ) ce qui modifie les
puissances du geacuteneacuterateur et la charge comme suit
(IV1)
1198751198661 = (1 + 120582)(1198751198660 + 119875119878)
1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)
1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)
(IV2)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
84
Avec
1198751198660 Puissance active du geacuteneacuterateur
1198751198710 Puissance active de la charge
119875119878 Fourniture de lrsquooffre (Supply bids)
119875119863 Demande drsquooffre (Demand bids)
Les puissances qui multiplient λ sont appeleacutees les puissances de direction Les eacutequations
(IV2) diffegraverent du modegravele geacuteneacuteralement utiliseacute dans lanalyse du calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) cest-agrave-dire
Ougrave le facteur de charge touche uniquement les variables puissances PS et PD Dans les
diagrammes typiques de bifurcation les tensions sont traceacutees en fonction de λ cest agrave dire la
mesure de la capaciteacute de charge du systegraveme obtenant ainsi les courbes V(p)
Les indices 0 1 et 2 deacutenotent le cas de base le premier point et le deuxiegraveme point de
directions des puissances respectivement
IV 32) Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation
power flow- CPF) [34]
Les techniques du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance sont largement
reconnues comme un outil preacutecieux pour deacuteterminer les courbes V(P) du systegraveme de
puissance et permettent destimer les conditions de chargement maximal et des solutions
laquocritiquesraquo (par exemple saddle-node et limites induites de points de bifurcation) Malgreacute que
les grands systegravemes neacutecessitent un calcul numeacuterique exigeant le CPF nest pas affecteacutee par
des instabiliteacutes numeacuteriques En fait il est capable de deacuteterminer la partie stable et instable des
courbes V(p) et peut fournir des informations suppleacutementaires telles que les facteurs de
sensibiliteacute de la solution actuelle agrave leacutegard des paramegravetres pertinents
Dun point de vue matheacutematique le CPF est une technique dhomotopie et permet
dexplorer la stabiliteacute des eacutequations du systegraveme eacutelectrique en faisant varier un paramegravetre du
systegraveme qui dans les eacutetudes de stabiliteacute statique et dynamique typique de tension est le
paramegravetre de charge λ De maniegravere geacuteneacuterale le CPF consiste en un pas preacutedicteur reacutealiseacute par
le calcul du vecteur tangent et un pas correcteur qui peut ecirctre obtenu soit par lintermeacutediaire
PG2 = (PG0 + λPS)
PL2 = (PL0 + λPD)
PL2 = (PL0 + λPD)
(IV3)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
85
dun parameacutetrage local ou agrave une intersection perpendiculaire
a) Pas preacutedicteur
Au point deacutequilibre geacuteneacuterique p la relation suivante sapplique
Et le vecteur tangent peut ecirctre approximeacute par
Agrave partir de lrsquoeacutequation (IV4) et (IV5) on a
Agrave ce point un pas de grandeur k de controcircle doit ecirctre choisi pour deacuteterminer la quantiteacute Δ120013119901
et Δ120582119901 avec une normalisation afin deacuteviter de grands pas quand 120591119901 est grand
Δ120582119901 ≜ 119896
120591119901 Δ120013119901 ≜
119896 120591119901
120591119901
Ougrave ∙ est la norme euclidienne et 119896 = plusmn1 Le signe de k deacutetermine lrsquoaugmentation ou la
diminution de 120582 La figure (IV3) preacutesente une repreacutesentation graphique du pas preacutedicteur
119891(120013 p λp) = 0 rArr d119891
dλ|
p= D120013 119891|p
d120013
dλ|
p+
d119891
dλ|
p= 0 (IV4)
120591p = d120013
dλ|
p asymp
Δ 120013 p
∆λp
(IV5)
120591119901 = minus D120013 119891|pminus1
part119891
partλ|
p
∆120013p = 120591119901 ∆λp
(IV6)
(IV7)
(120013119901 120582119901)
120591119901
119891(120013 120582) = 0
(120013119875 + ∆120013119875 120582119875 + ∆120582119875)
Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance
pas preacutedicteur obtenu par les moyens de la tangente
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
86
b) Pas correcteur
Pour le pas correcteur lrsquoensemble des eacutequations n+1 est reacutesolu
119891(120013 λ) = 0
120578(120013 λ) = 0
Ougrave la solution de 119891 doit ecirctre dans le collecteur de bifurcation et 120578 est une eacutequation
additionnelle pour garantir un ensemble non singulier au point de bifurcation Pour le choix de
120578 il yrsquoa deux options lrsquointersection perpendiculaire et la parameacutetrisation locale
Dans le cas de lrsquointersection perpendiculaire dont la repreacutesentation est donneacutee par la figure
(IV2) lrsquoexpression de 120578 devient (eacutequation IV9)
Tandis que pour la parameacutetrisation locale soit le paramegravetre 120582 soit la variable 120013119894 est forceacutee
drsquoecirctre une valeur fixe
(120013119901 120582119901)
119891(120013 120582) = 0
(120013119888 120582119888)
(120013119888 minus (120013119875 + ∆120013119875 ) 120582119888 minus (120582119875 + Δ120582119901 ) )
120578 (120013 λ) = [Δ120013p
Δλp]
T
[120013c minus (120013p + Δ120013p)
λc minus (λp minus Δλp)] = 0
ppcx )(
(IV8)
(IV9)
(IV10)
Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas
correcteur obtenu par les moyens dintersection perpendiculaire
P
900
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
87
Ou
pipici xxxx )(
Le choix pour que la variable soit fixe deacutepend du collecteur de bifurcation de 119891 comme
crsquoest preacutesenteacute agrave la figure (IV5)
IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE 39 nœuds
IV41) Preacutesentation du reacuteseau
Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds est un reacuteseau de transport standard IEEE New England
39 nœuds sera utiliseacute pour les diffeacuterents sceacutenarios de nos simulations Ce reacuteseau repreacutesente
une simplification du reacuteseau de transport de la reacutegion Nouvelle Angleterre (nord-est des Etats-
Unis) Il srsquoagit donc drsquoune partie drsquoun reacuteseau reacuteel ameacutericain Ce reacuteseau fonctionne agrave 100
kV et comporte 10 geacuteneacuterateurs (119875119866119905119900119905119886119897119890= 619 Gw 119876119866119905119900119905119886119897119890= 113 Gvar) et 39 nœuds dont
19 nœuds de charge et 48 lignes Un scheacutema complet de ce reacuteseau est preacutesenteacute par la figure
IV6) [36]
Les donneacutees des jeux de barres ainsi que les caracteacuteristiques des branches sont
indiqueacutees dans lrsquoannexe A1
Le reacuteseau de transport IEEE-39 nœuds est constitueacute de 3 reacutegions (figure IV7) Chaque
reacutegion contient des nœuds PV et des nœuds PQ ainsi des geacuteneacuterateurs synchrones
(IV11)
Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas
correcteur obtenu par les moyens de la parameacutetrisation locale
λ
Correcteur
Correcteur
x
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
88
En utilisant la technique du CPF la stabiliteacute de tension est eacutetudieacutee Le comportement du
systegraveme test consideacutereacute avec et sans les dispositifs FACTS sous diffeacuterentes conditions de
charge est eacutetudieacute Lrsquoemplacement des FACTS est deacutetermineacute agrave travers le CPF
Un modegravele classique PQ est utiliseacute pour les charges Les limites des geacuteneacuterateurs sont
ignoreacutees Lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension est effectueacutee en commenccedilant agrave partir dun point
de fonctionnement stable initiale et en augmentant ensuite les charges par le facteur 120582 jusqursquoagrave
atteindre le point de singulariteacute de la lineacutearisation de lrsquoeacutecoulement de puissance
Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
89
Lorganigramme de la stabiliteacute de tension avec les FACTS en utilisant la meacutethode CPF
est illustreacute par la figure (IV8)
De la figure (IV8) on peut observer que les eacutequations des dispositifs FACTS sont
ajouteacutees dans les eacutequations de lrsquoeacutecoulement de puissance Les nouvelles eacutequations de
lrsquoeacutecoulement de puissance sont ensuite utiliseacutees dans le pas correcteur du processus CPF
Zone I
Noeuds (PQ) 4 5 6
7 8 910 11 12 13
14
Noeuds (PV) 31 32 39
Zone II
Noeuds(PQ) 1 2 3 17 18 25 26
27
Noeuds(PV) 3037
Zone III
Noeuds (PQ) 15 16 19 20 21 22 23 24
28 29
Noeuds (PV) 3334353638
Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds
Reacuteseau IEEE 39-nœuds
Geacuteneacuterateurs synchrones
30 31323334353637
3839
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
90
IV5) Emplacement du STATCOM
Fixer le nombre des points du CPF
Reacutesoudre les eacutequations de
lrsquoeacutecoulement de puissance de
charge avec les FACTS
Reacutesoudre les eacutequations de
lrsquoeacutecroulement de charge avec les
FACTS
Nombres des points de CPF
Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS
Lire les donneacutees
Pas preacutedicteur dans la meacutethode
CPF
Creacuteer les eacutequations de lrsquoeacutecoulement
de puissance avec les eacutequations du
FACTS
La courbe PV
complegravete
Fin
Deacutebut
Pas correcteur dans la meacutethode
CPF
Non
Oui
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
91
IV5) Emplacement du STATCOM
Drsquoapregraves le profil de tension (figure IV9) ainsi une preacutesentation des nœuds critiques sur
la figure (IV10) et leurs courbes V(p) obtenues par la meacutethode du CPF illustreacutee aux figures
(IV11 IV12 IV13) nous implanterons le STATCOM sur le nœud de charge le plus fragile
du reacuteseau de transport Le point de chargement maximal ou le point de bifurcation quand la
matrice jacobienne est singuliegravere survient agrave 120640=22806 pu
Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone
Reacuteseau IEEE 39-nœuds
Zone I
Les noeuds fragiles
875641214
le noeud le plus critique 8
Zone II
Les noeuds fragiles
3181727
le noeud le plus critique 3
Zone III
Les noeuds fragiles
1516242128
le noeud le plus critique 15
Figure IV9 Profil des tensions du reacuteseau IEEE 39-nœuds
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
92
Le calcul du CPF sur le reacuteseau seul (crsquoest ndash agrave dire sans y inseacuterer le STATCOM) a
montreacute que le nœud concerneacute est le nœud 8 de la zone 1
IV51) Impact du STATCOM
Apregraves la deacutetermination du nœud fragile du reacuteseau consideacutereacute et qui a besoin drsquoecirctre
soutenus les valeurs nominales (the ratings) du STATCOM doivent ecirctre choisies il est agrave
Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de
base)
0 05 1 15 2 25
065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
X 228
Y 07822
Lambda(pu)
Tensio
ns(pu)
Zone 3
V15
V16
V21
V24
V28
Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme
(eacutetat de base)
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
115
12
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu
)
Zone 2
V3
V17
V18
V27
Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1
du systegraveme (eacutetat de base)
0 05 1 15 2 250
02
04
06
08
1
12
14
X 228
Y 06766
Lambda (pu)
Tensio
ns(p
u)
Zone 1
V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
93
preacutevoir que par lintroduction du STATCOM aux nœuds critiques le profil de tension sera
plat et le facteur de charge du systegraveme va augmenter
Les gestionnaires des reacuteseaux eacutelectriques imposent une toleacuterance de plusmn 5 sur la tension
du reacuteseau de transport pour garantir une qualiteacute de distribution de lrsquoeacutelectriciteacute Nous
prendrons donc 119880119898119894119899 = 095pu et 119880119898119886119909 = 105 pu (soit respectivement 95KV et 105 KV
pour notre reacuteseau de transport de 100KV nominal) On obtient les valeurs nominales de la
puissance reacuteactive du STATCOM par [21]
119876119898119886119909 = 119868119871119898119886119909 lowast 119880119898119886119909
Et
119876119898119898119894119899 = 119868119888119898119886119909 lowast 119880119898119894119899
Drsquoougrave 119883119878119871 = 119880max minus 119880119898119894119899
119868119871119898119886119909minus 119868119888119898119886119909
Avec
119868119871119898119886119909 Courant inductif maximum
119868119888119898119886119909 Courant capacitif maximum
119880119898119886119909 119880119898119894119899 tension limites en reacutegulation
119883119878119871 ∶ Pente de la caracteacuteristique statique dans la zone de fonctionnement en reacutegulation
Quand le STATCOM est connecteacute au nœud 8 on observe drsquoapregraves la figure (IV14) que
les nœuds les plus fragiles de la zone 1 ont un profil de tension plus plat que lrsquoeacutetat de base et
introduire le STATCOM va augmenter le facteur de charge agrave la valeur maximale Comme
attendu le point de bifurcation pour le STATCOM placeacute au nœud 8 survient agrave une valeur de
charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 231 pu Sa puissance reacuteactive capacitive calculeacutee drsquoapregraves les
eacutequations IV12 et IV13 est de ndash 380 Mvar + 420 Mvar pour une puissance de base de
100MVA
(IV12)
(IV13)
(IV14)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
94
IV511) Profils des tensions et les pertes de puissances dans le
systegraveme
Les profils des tensions du cas de base et du systegraveme avec le STATCOM sont illustreacutes
agrave la figure (IV15) Il est eacutevident agrave partir de cette figure que le STATCOM fournit un meilleur
profil de tension au point drsquoeffondrement de tension compareacute agrave lrsquoeacutetat de base Cela est ducirc au
fait que le STATCOM est installeacute au nœud le plus faible
Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV16)
et la figure (IV17) respectivement Lrsquoaugmentation des pertes au voisinage du point
drsquoeffondrement est faible dans le cas du STATCOM placeacute au nœud 8
Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Ten
sion
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 8
Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
X 2315
Y 07441
Lambda(pu)
Tensio
ns(p
u
Zone STATCOM au 8
V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
95
La figure (IV18) illustre le paramegravetre de charge pour diffeacuterents emplacements du
STATCOM sur les nœuds les plus critiques des 3 zones selon les courbes V(p) des figures
(IV11 IV12 et IV13)
Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives
avec STATCOM au nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Zone 1 avec STATCOM au noeud 8
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 8
Figure IV17 Profils de pertes de
puissances reacuteactives avec STATCOM au
nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 1 avec STATCOM au noeud 8
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 8
Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM
[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
225
226
227
228
229
23
231
232
233
234
Base STATACOM aunœud 08
STATACOM aunœud 03
STATACOM aunœud 15
22806
23164232
234
Paramegravetre de charge(pu)
Paramegravetre decharge(pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
96
Puisque notre but agrave travers la recherche de lrsquoemplacement ideacuteal du dispositif
STATCOM est drsquoaugmenter la stabiliteacute de tension c-agrave-d maximiser le facteur de charge 120582 du
systegraveme tous en controcirclant la tension et minimisant les pertes des puissances actives et
reacuteactives nous placcedilons le mecircme STATCOM sur ces diffeacuterents nœuds fragiles et nous
observons lrsquoimpact qursquoil peut apporter
Le STATCOM placeacute sur le nœud 3 de la zone 2 et le nœud 15 de la zone 3 offre le
maximum du facteur de charge (voir figure IV18)
Les courbes V(p) avec le STATCOM sur les nœuds 3 et 15 sont illustreacutes sur les figures
(IV19) et (IV20) ainsi leurs profils des tensions sont illustreacutes sur les figures (IV21) et
(IV22)
Drsquoapregraves ces figures on constate une leacutegegravere ameacutelioration de tension sur les nœuds 2 3 et
4 pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3
Pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 15 on remarque sur les profils des
tensions une leacutegegravere baisse de tension sur les nœuds 5 6 7 8 9 11 et 13 et une ameacutelioration
pour les nœuds 15 16 17 18 et 20
Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au
nœud 03
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
115
12
Lambda(pu)
Tensio
n (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
X 2325
Y 08385
V3
V17
V18
V27
Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au
nœud 15
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
X 234
Y 07461
Lambda(pu)
Tensio
ns(p
u)
Zone 3 avec STATCOM au noeud 15
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
97
Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV23)
et la figure (IV24) respectivement pour le STATCOM au nœud 3 et les figures (IV25) et
(IV26) pour le STATCOM au nœud 15 Lrsquoaugmentation des pertes actives et reacuteactives au
voisinage du point drsquoeffondrement est grande dans le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3
et 15 presque pour tous les nœuds
Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme
avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 3
Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme
avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns(p
u)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 15
Figure IV23 Profils de pertes de puissances
actives avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 03
Figure IV24 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 03
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
98
IV512) Synthegravese
Les diffeacuterents emplacements du STATCOM preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE
39 nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV27) et
(IV28) syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du STATCOM Notre choix du nœud 8
comme un nœud fragile qui avait besoin drsquoecirctre soutenu est raisonnable vu lrsquoapport qursquoil a
fourni (figure IV28)
Figure IV25 Profils de pertes de puissance actives
avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 15
Figure IV26 Profils de pertes de puissance
reacuteactives avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 3 avec STATCOM au noeud 15
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 15
Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les
diffeacuterents emplacements du STATCOM [Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
0
20
40
60
80
100
Base STATCOMau 08
STATCOMau 03
STATCOMau 15
404 354 418 415
895298
738
9261 9249
Pertes de puissancesactives (pu)
Pertes de puissancesreacuteactives (pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
99
IV6) Emplacement du SSSC
Comme nous lrsquoavons deacutejagrave signaleacute dans le chapitre 2 Un SSSC fonctionne sans la
preacutesence drsquoune source de tension externe Il opegravere comme une source de tension en seacuterie agrave la
ligne Cette source geacutenegravere une tension en quadrature avec et controcircleacutee seacutepareacutement du courant
qui passe agrave travers la ligne dont le but drsquoaugmenter ou de diminuer la tension injecteacute en seacuterie
dans la ligne et par conseacutequence controcircler le flux de puissance qui passe agrave travers la ligne
Son fonctionnement est similaire agrave une compensation seacuterie par un condensateur Si on
eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant de la ligne on obtient le mecircme
reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un condensateur
119880119902 = minus119895 119883119888119868
Avec
119883119888 Reacuteactance capacitive du condensateur
(IV15)
Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du STATCOM
[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
07846081614
073999
0
02
04
06
08
1
12
1 5 10 15 20 25 30 35
Zone 1 (08)
Zone 2 (03)
Zone 3 (15)
Base
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
100
Mais comme le SSSC est une source de tension il peut alors maintenir une tension
constante puisque il la controcircle indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC
peut augmenter ou diminuer le flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant
la tension injecteacutee en seacuterie agrave la ligne
Dans nos simulations nous avons reacutegleacute la tension injecteacutee entre ses limites ainsi le taux de
compensation du SSSC
IV61) Impact du SSSC
Drsquoapregraves la figure (IV6) et la figure (IV9) le nœud 8 le plus fragile est alimenteacute par trois
lignes 8-5 8-7 et 8-9 Donc pour seacutelectionner lrsquoemplacement du SSSC nous allons nous baser
sur lrsquoaugmentation maximale de la puissance au point de lrsquoeffondrement [34] Les figures
(IV29) et (IV30) montrent clairement que les puissances actives et reacuteactives sur la ligne 15
(8-9) sont maximales au point de lrsquoeffondrement de tension
Apregraves lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 15 les figures (IV31) (IV32) et (IV33)
montrent les courbes V(p) des 3 zones le point de bifurcation pour le SSSC inseacutereacutee sur la
ligne 15 survient agrave une valeur de charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 239 pu Nous pouvons
remarquer que les courbes V(p) gardent toujours la partie infeacuterieure (partie instable) de la
courbe
Figure IV29 Puissances actives
maximales au point drsquoeffondrement
0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Lambda (pu)
Puis
sance a
ctives (
pu
X 228
Y -08897
X 228
Y 4079
X 228
Y 7041
PBUS05 BUS08
PBUS07 BUS08
PBUS08 BUS09
Figure IV30 Puissances reacuteactives
maximales au point drsquoeffondrement
0 05 1 15 2-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
Lambda (pu)
Puis
sances r
eacuteactives(p
u)
X 228
Y 1762
X 228
Y -05669
X 228
Y -4221
QBUS05 BUS08
QBUS07 BUS08
QBUS08 BUS09
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
101
Les profils des tensions des pertes actives et reacuteactives sont illustreacutes sur les figures
(IV34) (IV35) (IV36) respectivement
Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC
sur la ligne 15
0 05 1 15 2 25065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
115
X 239
Y 07389
Lambda (pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 2 avec SSSS sur la ligne 15
V3
V17
V18
V27
Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec
SSSC sur la ligne 15
0 05 1 15 2 250
02
04
06
08
1
12
14
X 239
Y 06732
Lambda(pu)
Tensio
n(p
u)
Zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15
0 05 1 15 2 2505
06
07
08
09
1
11
12
X 239
Y 06487
Lambda (pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 avec SSSC sur la ligne 15
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
102
Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tens
ions
(pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 15
Figure IV35 Profils de pertes de
puissances actives avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 15
Figure IV36 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
103
Drsquoapregraves ces reacutesultats nous pouvons conclure que le SSSC inseacutereacute sur la ligne 15 de la
zone 1 nrsquoa pas ameacutelioreacute les profils de tension les pertes actives et reacuteactives au point
drsquoeffondrement de tension
Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion pour le SSSC nous allons le placeacute dans
la zone 3 ougrave se trouve le 2egraveme nœud fragile drsquoapregraves la courbe de la figure IV9 qui est le nœud
15
Nos simulations nous en permettent de trouver 2 situations critiques lors de
lrsquoeffondrement de tension sur la ligne 45 (22- 35) et la ligne 48 (29- 38) leurs puissances
actives et reacuteactives au point drsquoeffondrement sont illustreacutees par les figures (IV37) et (IV38)
IV611) SSSC inseacutereacute sur la ligne 45
Nous avons inseacutereacute le SSSC sur la ligne 45 entre le nœud 22 et le nœud 35 la courbe
V(p) de la zone 3 (zone drsquoinsertion du SSSC) les profils de tensions les pertes actives et
reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV39) (IV40) (IV41) et (IV42) respectivement
Figure IV37 Puissances actives
maximales au point drsquoeffondrement de la
zone 3
0 05 1 15 2-20
-15
-10
-5
0
5
X 228
Y -1513
Lambda (pu)
Puis
sances a
ctives (
pu)
Zone 3 Etat de base
X 228
Y -1895
PBUS22 BUS35
PBUS29 BUS38
Figure IV38 Puissances reacuteactives
maximales au point drsquoeffondrement de la
zone 3
0 05 1 15 2-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
X 2281
Y -3841
Lambda (pu)
puis
sances r
eacuteactives (
pu)
Zone 3 Etat de base
X 2281
Y -945Q
BUS22 BUS35
QBUS29 BUS38
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
104
Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 45 les profils des tensions sont meilleurs par apport
agrave ceux du SSSC sur la ligne 15 de la zone 1
IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48
Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion du SSSC sur notre reacuteseau de transport
nous allons lrsquoinseacutereacute sur la ligne 48 entre le nœud 29 et le nœud 38 la courbe V(p) les profils
de tensions les pertes actives et reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV43) (IV44)
(IV45) et (IV46) respectivement
Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme
avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV41 Profils de pertes de puissances
actives avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV42 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec
SSSC sur la ligne 45
0 05 1 15 2 25065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
115
X 234
Y 07265
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 SSSC sur la ligne 45
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
105
Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 les profils des tensions ne sont pas meilleurs
par apport au cas du SSSC sur la ligne 45 mais pour les pertes reacuteactives lrsquoinsertion sur la
ligne 48 est meilleure que pour lrsquoinsertion sur la ligne 45
Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec
SSSC sur la ligne 48
0 05 1 15 2 25
065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
X 2306
Y 0704
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 avec SSSC sur la ligne 48
V15
V16
V21
V24
V28
Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme
avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 48
Figure IV46 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Petes reacuteactiv
es (pu)
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48
Figure IV45 Profils de pertes de puissances
actives avec SSSC sur la ligne 48
Figure (IV45) Profils de pertes de puissance
actives avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pertes activ
es (pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 48
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
106
IV613) Synthegravese
Les diffeacuterents emplacements du SSSC preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE 39
nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV47) et (IV48)
syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du SSSC
Lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 45 de la zone 3 nous a fourni des meilleurs reacutesultats au
point drsquoeffondrement
Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC
[Extrait de lrsquoannexe B1 B3]
222
224
226
228
23
232
234
236
238
24
Base SSSC agrave laligne 15
SSSC agrave laligne 45
SSSC agrave laligne 48
22806
239
234
23
Paramegravetre de charge(pu)
Paramegravetre de charge(pu)
Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents
emplacements du SSSC [Extrait de lrsquoannexe B1 B3]
0
20
40
60
80
100
120
Base SSSC agrave laligne 15
SSSC agrave laligne 45
SSSC agrave laligne 48
404 466 402 363
89529810482
8381 8211
Pertes Actives (pu)
Pertes Reactives (pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
107
IV7) Conclusion
Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre une eacutetude de lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute des
reacuteseaux eacutelectriques en y inseacuterant deux systegravemes FACTS le STATCOM (Static Synchronous
Compensator) et le SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Le reacuteseau utiliseacute pour
les simulations est le reacuteseau de transport IEEE_39 nœuds Lrsquoanalyse des performances du
reacuteseau porte sur le support du profil de tension lrsquoaugmentation de la stabiliteacute en tension et la
diminution des pertes actives et reacuteactives et ce pour lrsquoeffondrement de tension Le
programme utiliseacute est un logiciel de calcul drsquoeacutecoulement de puissance (PF) et le calcul
continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) [PSAT]
Les tests effectueacutes ont montreacute plusieurs reacutesultats inteacuteressants Tout drsquoabord le systegraveme
FACTS shunt (le STATCOM) assure une stabilisation globale du reacuteseau En effet dans tous
les cas le STATCOM tend soit agrave stabiliser tous les nœuds soit en agrave stabiliser certains sans
affecter les autres En tout eacutetat de cause ce systegraveme nrsquoa jamais deacutestabiliseacute un nœud quel qursquoil
soit En fait le STATCOM ameacuteliore les performances du reacuteseau eacutelectrique (surtout en termes
de stabiliteacute et de soutien de tension) en fournissant de la puissance reacuteactive dans la zone de
charge Ceci doit ecirctre nuanceacute en ce qui concerne le compensateur seacuterie Si celui ndashci peut avoir
un bon comportement local crsquoest-agrave-dire dans la zone ougrave il est implanteacute en augmentant le
paramegravetre de charge il peut deacutestabiliser certains nœuds du reacuteseau Cette deacutestabilisation risque
drsquoecirctre importante Pour ecirctre efficace un SSSC doit ecirctre implanteacute sur une ligne preacutesentant des
puissances maximales au point drsquoeffondrement
Les reacutesultats obtenus pour la stabiliteacute de tension restent valables pour le support du
profil de tension On peut toutefois noter que la stabiliteacute drsquoun nœud ne deacutepend pas
uniquement de son niveau de tension crsquoest-agrave-dire qursquoun nœud agrave tension eacuteleveacutee peut malgreacute
tout ecirctre instable
Gracircce agrave lrsquoinsertion de ces deux systegravemes FACTS on pourra suivant les cas eacuteviter un
effondrement de tension du reacuteseau Les FACTS ont donc un apport beacuteneacutefique en termes de
seacutecuriteacute du reacuteseau
108
Conclusion geacuteneacuterale
Conclusion geacuteneacuterale
109
Le deacuteveloppement de leacutelectronique de puissance a permet dameacuteliorer la gestion des
reacuteseaux eacutelectriques en introduisant un nouveau concept par les systegravemes de transmission de
leacutenergie agrave courant alternatif flexible appeleacutee FACTS avec lesquels le controcircle du flux de
puissance active et reacuteactive ainsi que laugmentation des capaciteacutes de charge des lignes sont
atteints et performeacutes par linjection des tension (ou courant) des convertisseur conccedilus avec des
interrupteurs statiques modernes commandeacutees en ouverture et en fermeture tels que les GTO
IGBT concernant la nouvelle geacuteneacuteration de ces systegravemes FACTS
Dans le contexte de lrsquoinsertion des systegravemes FACTS dans les reacuteseaux eacutelectriques nous
avons orienteacute nos travaux vers lrsquoeacutetude de la stabiliteacute de tension en reacutegime statique
speacutecialement lrsquoemplacement optimal des dispositifs FACTS en utilisant le calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance
Nous avons dans ce cadre choisi drsquoeacutetudier le comportement de deux dispositifs FACTS
qui sont
le Compensateur Statique Synchrone le STATCOM (Static Synchronous
Compensator)
le Conpensateur statique seacuterie synchrone le SSSC (Static Synchronous Series
Compensator
Ces dispositifs ont eacuteteacute choisis comme base de deacutepart en vue de lrsquoeacutetude ulteacuterieure de
systegravemes FACTS plus complexes
Lrsquoimpact des systegravemes FACTS sur lrsquoeffondrement de tension a eacuteteacute meneacute agrave bien agrave lrsquoaide
de deux logiciels le PSAT et le MATLAB et deux modegraveles FACTS ont eacuteteacute utiliseacutes Pour les
simulations statiques nous avons utiliseacute le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds le facteur de
charge a eacuteteacute calculeacute par la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF)
Cette technique a montreacute ses capaciteacutes agrave surmonter les problegravemes de la singulariteacute de la
matrice jacobienne rencontreacutes dans les algorithmes standards de calcul de lrsquoeacutecoulement de
puissance
Les simulations statiques ont montreacute lrsquoapport incontestable des FACTS dans
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute de tension Le systegraveme FACTS shunt le STATCOM stabilise le
reacuteseau de faccedilon globale alors que le SSSC a un meilleur comportement local Lrsquoimplantation
Conclusion geacuteneacuterale
110
du SSSC doit ecirctre faite sur une ligne preacutesentant des puissances maximales au point de
lrsquoeffondrement Ces reacutesultats sont eacutegalement valables en ce qui concerne le support du profil
de tension Les FACTS ameacuteliorent le niveau de seacutecuriteacute du reacuteseau car on pourra gracircce agrave leur
insertion et suivant les cas eacuteviter lrsquoeffondrement de tension
Nous pouvons maintenant eacutenoncer quelques perspectives ayant pour objectif de
compleacuteter ce que nous avons preacutesenteacute dans ce rapport de meacutemoire
bull Comparaison entre tous les types des FACTS et leur impact sur le pheacutenomegravene de
lrsquoeffondrement de tension
bull Lorsque les compensations shunt et seacuterie seront bien connues nous pourrons alors nous
inteacuteresser aux deacutephaseurs commandeacutes par thyristors et agrave lrsquoUPFC le compensateur
universel qui reacuteunit agrave lui seul les fonctions FACTS de compensation shunt et seacuterie et de
deacutephasage
bull Pour les besoins de la deacutetermination de lrsquoemplacement optimal des FACTS nous
proposons pour un futur travail de deacutevelopper un programme baseacute sur les meacutethodes
heuristiques qui simule lrsquoemplacement optimal des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique
bull Le raccordement des eacutenergies renouvelables aux reacuteseaux intelligents dits laquosmart
gridsraquo lrsquoun des deacutefis des eacutenergies renouvelables telles que lrsquoeacuteolien ou le solaire reacuteside
dans le risque drsquointerruption de leur production dont la stabiliteacute est menaceacutee par leur
caractegravere aleacuteatoire Les systegravemes FACTS apportent une solution agrave ce problegraveme de
capaciteacute et de stabiliteacute du reacuteseau lequel integravegre une part croissante deacutenergie
renouvelable
111
Bibliographie
112
[1] Site Internet httpsfrscribdcomdocument1602868764597291-Generalites-Sur-
Les-Reseaux-Electriques Geacutenie eacutelectrique laquo Reacuteseaux eacutelectriques raquo Geacuteneacuteraliteacutes sur
les reacuteseaux eacutelectriques chapitre 1 extraitpdf
[2] Site Internet wwwcrefrreseauxreseaux-publics laquoDescription geacuteneacuterale des
reacuteseaux drsquoeacutelectriciteacuteraquo Commission de Reacutegulation de lrsquoEnergie (CRE)
[3] Lilien J l laquoTransport et Distribution de lrsquoEnergie Electriqueraquo cours donneacute agrave
lrsquoInstitut drsquoElectriciteacute Montefiore Universiteacute de liegravege 2010
[4] Site Internet httpwwwenedisfrfonctionnement-du-reseau
[5] Noui Issam laquoReacuteduction des pertes dans les reacuteseaux eacutelectriques par la compensation
seacuterie TCSC raquo meacutemoire de Master Universiteacute Mohamed Khider Biskra 08
deacutecembre 2015
[6] K A Hamoud laquo Modeacutelisation des grands systegravemes eacutelectriques interconnecteacutes
application agrave lanalyse de seacutecuriteacute dans un environnement compeacutetitif raquo Thegravese de
Doctorat Grenoble-INP 2010
[7] Keramane Abdelnour laquoMaghreb de lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques agrave
lrsquointeacutegration eacutenergeacutetiqueraquo Article 047 octobre 2015
[8] Boukadoum Aziz laquocontribution agrave lrsquoanalyse et la reacuteduction de la pollution
harmonique dans le reacuteseau eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Magister Universiteacute Badji
Mokhtar Annaba 21 octobre 2007
[9] Site drsquointernet http wwwcrefrreseauxreseaux-publics-d-electricitequalite-de-
l-electricitesection2_1
[10] Vanya Ignatova laquoMeacutethodes drsquoanalyse de la qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique
Application aux creux de tension et agrave la pollution harmoniqueraquo Thegravese de Doctorat
Universiteacute JOSEPH FOURIER 20 Octobre 2006
[11] Site drsquointernet httpwwwsig-gechprofessionnelsimmobilierles-energiesvotre-
electricitequalite-de-l-electricite
[12] Technique de lrsquoingeacutenieur laquoProbleacutematiques communes des reacuteseaux eacutelectriques du
fonctionnement au comptage Ti302- Reacuteseaux eacutelectriques et applications Reacutef
Internet 42266 | 2e eacuteditionraquo
[13] Site drsquointernet httpwwwpagesjaunescatrucsla-surtension-quest-ce-que-cest
[14] Haimour Rachida laquoControcircle des Puissances Reacuteactives et des Tensions par les
Dispositifs FACTS dans un Reacuteseau Eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Magister ENSET ndash
ORAN -2009
Bibliographie
s
113
[15] Houari Boudjella laquoControcircle des puissances et des tensions dans un reacuteseau de
transport au moyen de dispositif FACTS (SVC) raquo Meacutemoire de Magister
Universiteacute Djillali Liabes Sidi Bel Abbes 23 janvier 2008
[16] Bulletin sur la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute laquoLe deacuteseacutequilibre de tension et de courantraquo Ndeg
G1546F Hydro Quebec 2014
[17] Site Internet https frscribdcomdocument74812348Reacuteseaux-eacutelectriques
laquoGeacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriquesraquo Chapitre 1
[18] Rabah Benahid Mohamed Boudour laquoAmeacutelioration de la stabiliteacute de tension dans
les reacuteseaux eacutelectriqueraquo Ouvrage eacutedition universitaires europeacuteennes 2014
[19] Boutaba Samira laquoAmeacutelioration de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique par lrsquoutilisation
drsquoun ASVCraquo Meacutemoire de Magister Universiteacute Hassiba Ben Bouali Chlef 09 juin
2009
[20] Bounouira Adlane laquoEtude de la stabiliteacute transitoire des reacuteseaux eacutelectriquesraquo
Meacutemoire de Master Universiteacute Constantine I 24 juin 2014
[21] Yvon Besanger laquoEtude des FACTS (Flexible AC Transmission System) et de leur
comportement dans les reacuteseaux de transport et dinterconnexionraquo Thegravese de
Doctorat Institut national polytechnique de Grenoble 05 Juillet 1996
[22] Site Internet httpsfrwikipediaorgwikicompensation_de_puissance_reacuteactive
laquoCompensation de puissance reacuteactiveraquo
[23] Farid Hamoudi laquoAchitectures des reacuteseaux eacutelectriques Power systemraquo cours UEF
10 novembre 2015
[24] Hingorani Narain G Laszlo Gyugyi laquoUnderstanding FACTS Concepts And
Technoloqy of Flexible AC Transmission Systemsraquo Ouvrage Edition 2001
[25] Larbi Boumediene laquoPlacement Des Dispositifs laquoD-FACTSraquo et controcircle des
tensions dans un reacuteseau de distribution raquo Thegravese de doctorat es-science lUSTO 04
Janvier 2010
[26] Kassou Amina Merzougui Meriem laquo Impact drsquoun dispositif FACTS (Flexible AC
Transmission Systems) sur lrsquoeacutecoulement de puissanceraquo Meacutemoire de Master
Universiteacute de Saida 28 octobre 2013
[27] Ben Hakkoum Med abdelilah Legougui Ali laquo Compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive
drsquoun reacuteseau IEEE par systegraveme FACTSraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi
Merbah Ourgla 2016
[28] Alain Innocent Leka laquo Ameacutelioration du transit de puissance par les FACTS et
simulation sur MatlabSimulink dun reacuteseau eacutelectriqueraquo Diplocircme de professeur
114
drsquoenseignement technique deuxiegraveme grade 2008
[29] Kerbaa Amel laquo Etude de lrsquoinfluence des systegravemes FACTS sur la qualiteacute de
lrsquoeacutenergie eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Master 02 Juin 2013
[30] Ay Abdelouahab laquo Modeacutelisation et Analyse drsquoun Compensateur Statique SVCraquo
Meacutemoire de Magister Universiteacute Batna 1 02 mai 2013
[31] Hamadou ZakariaM laquo Optimisation des paramegravetres drsquoun FACTS shunt pour
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire drsquoun systegraveme eacutelectriqueraquo Meacutemoire de
Magister Universiteacute Seacutetif 1 20 Juin 2012
[32] Oussama Mammeri laquoDiffeacuterentes meacutethodes de calcul de la puissance reacuteactive dans
un nœud agrave charge non lineacuteaire en preacutesence dun systegraveme de compensation de
leacutenergieraquo Universiteacute de Batna 2 Meacutemoire de Magister 2012
[33] Benras Med Amine Laroui souleymane laquo Utilisation drsquoun dispositif STATCOM
pour lrsquoameacutelioration du transit de puissance drsquoun reacuteseau de transport drsquoeacutenergie
alternatifraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi Merbah Ourgla 09 Juin 2015
[34] Bekri oum el fadhel loubaba laquoContribution agrave lrsquoeacutetude des systegravemes FACTS
(Flexible AC Transmission Systems) et leurs emplacements optimaux dans les
reacuteseaux eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat en Eacutelectrotechnique Universiteacute Djilali
Liabes de Sidi-Bel-Abbegraves 2013
[35] Federico Milano laquo Power System Analysis Toolbox Documentation for PSATraquo
version 218 Janvier 6 2013
[36] Diana Iuliana Craciun laquo Modeacutelisation des eacutequivalents dynamiques des reacuteseaux
eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat 15 Deacutecembre 2010
[37] Abdelaagraveli Alibi laquo Controcircle des Reacuteseaux Electriques par les Systegravemes FACTS
(Flexible AC Transmission Systems raquo Meacutemoire de Magister Universiteacute de Batna
13 Juin 2009
115
Annexes
116
117
A Donneacutees du reacuteseau IEEE 39 nœuds
Lines Power
rating
(MVA)
Voltage
Rating
(kV)
Frequence
rating
(Hz)
Trnasfo-
magnitude
Resistance
(pu)
Reactance
(pu)
Supstance
1-2 100 100 60 000000 000350 004110 069870
1-39 100 100 60 000000 00010 002500 075000
1-39 100 100 60 000000 000200 005000 037500
2-3 100 100 60 000000 000130 001510 025720
2-25 100 100 60 000000 000700 000860 014600
3-4 100 100 60 000000 000130 002130 022140
3-18 100 100 60 000000 000110 001330 021380
4-15 100 100 60 000000 000080 001280 013420
4-14 100 100 60 000000 000080 001290 013820
5-6 100 100 60 000000 000020 000260 004340
5-8 100 100 60 000000 000080 001120 014760
6-7 100 100 60 000000 000060 000920 011300
6-11 100 100 60 000000 000070 000820 013890
7-8 100 100 60 000000 000040 000460 007800
8-9 100 100 60 000000 000230 003630 038040
9-39 100 100 60 000000 000100 002500 120000
10-11 100 100 60 000000 000040 000430 007290
10-13 100 100 60 000000 000040 000430 007290
13-14 100 100 60 000000 000090 001010 017230
14-15 100 100 60 000000 000180 002170 036600
15-16 100 100 60 000000 000090 000940 017100
16-17 100 100 60 000000 000070 000890 013420
16-19 100 100 60 000000 000160 001950 030400
16-21 100 100 60 000000 000080 001350 025480
16-24 100 100 60 000000 000030 000590 006800
17-18 100 100 60 000000 000070 000820 013190
17-27 100 100 60 000000 000130 001730 032160
21-22 100 100 60 000000 000080 001400 025650
22-23 100 100 60 000000 000060 000960 018460
23-24 100 100 60 000000 000220 003500 036100
25-26 100 100 60 000000 000320 003230 051300
26-27 100 100 60 000000 000140 001470 023960
26-28 100 100 60 000000 000430 004740 078020
26-29 100 100 60 000000 000570 006250 102900
28-29 100 100 60 000000 000140 001510 024900
2-30 100 100 60 102500 000000 001810 000000
6-31 100 100 60 107000 000000 002500 000000
6-31 100 100 60 107000 000000 005000 000000
10-32 100 100 60 107000 000000 002000 000000
12-11 100 100 60 100600 000160 004350 000000
12-13 100 100 60 100600 000160 004350 000000
19-20 100 100 60 106000 000070 001380 000000
19-33 100 100 60 107000 000070 001420 000000
20-34 100 100 60 100900 000090 001800 000000
22-35 100 100 60 102500 000000 001430 000000
23-36 100 100 60 100000 000050 002720 000000
25-37 100 100 60 102500 000060 002320 000000
29-38 100 100 60 102500 000080 001560 000000
118
Ndeg du geacuteneacuterateur
H (sec)
119877119886 119883prime119889 119883prime119902 119883119889 119883119902 119879prime119889119900 119879prime119902119900 119883119897
1 50000 0 00006 0008 002 0019 7 07 0003
2 303 0 00697 0170 0295 0282 656 15 0035
3 353 0 00531 00876 02495 0237 57 15 00304
4 286 0 00436 0166 0262 0258 569 15 00295
5 260 0 0132 0166 067 062 54 044 0054
6 348 0 005 00814 0254 0241 73 04 00224
7 264 0 0049 0186 0295 0292 566 15 00322
8 243 0 0057 00911 02920 0280 67 041 0028
9 345 0 0057 00587 02106 0205 479 196 00298
10 420 0 0031 0008 01 0069 102 0 00125
Ndeg du geacuteneacuterateur
119870119860 119879119860 119881119877119872119868119873 119881119877119872119860119883 119870119864 119879119864 119870119865 119879119865 1198621 1198622
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 62 005 -10 10 -0633 0405 057 05 066 088
3 50 006 -10 10 -00198 05 008 10 013 034
4 50 006 -10 10 -00525 05 008 10 008 0314
5 400 002 -100 -100 -10 0785 003 10 007 091
6 50 002 -10 10 -00419 0417 00754 1246 0064 0251
7 400 002 -65 65 -10 073 003 10 053 074
8 50 002 -10 10 -0047 0528 00854 126 0072 0282
9 400 002 -105 105 -10 14 003 10 062 085
10 50 006 -10 10 -00485 025 004 1 008 026
Annexe A1 Donneacutees du reacuteseau IEEE 39-nœud
119
B Reacutesultats du power flow avec le PSAT
POWER FLOW REPORT
P S A T 219
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail federicomilanoucdie
website faraday1ucdiepsathtml
File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeb_d_Ieee39
Date 09-Jun-2017 153332
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 337
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
120
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 098837 -066635 0 0 0 0
BUS02 091007 -052232 0 0 0 0
BUS03 077924 -068701 0 0 73428 005473
BUS04 065385 -074122 0 0 114019 41959
BUS05 066496 -062088 0 0 0 -044217
BUS06 067682 -055724 0 0 0 0
BUS07 063518 -07578 0 0 53315 19155
BUS08 063731 -080455 0 0 119035 40135
BUS09 088016 -076257 0 0 0 0
BUS10 072414 -036303 0 0 0 0
BUS11 070043 -042663 0 0 0 0
BUS12 063569 -043042 0 0 019383 20067
BUS13 070204 -042245 0 0 0 0
BUS14 067659 -057193 0 0 0 0
BUS15 069422 -062942 0 0 72972 3489
BUS16 076104 -052743 0 0 75116 073656
BUS17 076356 -060644 0 0 0 0
BUS18 076264 -066831 0 0 3603 068411
BUS19 091709 -024485 0 0 0 0
BUS20 089167 -031561 0 0 155065 23488
BUS21 077199 -035331 0 0 62482 26224
BUS22 088171 -006877 0 0 0 0
BUS23 086321 -008056 0 0 56439 19292
BUS24 07756 -051796 0 0 70372 -21025
BUS25 093695 -045068 0 0 5108 10763
BUS26 083005 -050209 0 0 31697 038766
121
BUS27 077377 -062834 0 0 64079 17217
BUS28 086833 -029065 0 0 46976 062938
BUS29 090865 -013955 0 0 64649 061342
BUS30 10475 -04087 58254 95686 0 0
BUS31 098193 0 133488 175863 020979 01049
BUS32 098303 010972 151461 187014 0 0
BUS33 099716 -000678 147267 10807 0 0
BUS34 10123 -008336 118373 79733 0 0
BUS35 10492 017356 151459 157144 0 0
BUS36 10635 031043 13049 101381 0 0
BUS37 10278 -013919 125829 6659 0 0
BUS38 10265 018789 193404 113176 0 0
BUS39 103 -074024 233017 127501 251753 57009
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -07402
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 000039
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098206
e1d_Syn_2 000015
delta_Syn_3 011009
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098313
e1d_Syn_3 000028
delta_Syn_4 -00064
omega_Syn_4 1
122
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000032
delta_Syn_5 -008265
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000057
delta_Syn_6 017388
omega_Syn_6 1
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 031077
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 00003
delta_Syn_8 -013886
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000027
delta_Syn_9 018826
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000028
delta_Syn_10 -040867
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
123
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098193
vr1_Exc_2 10001
vr2_Exc_2 -1179
vf_Exc_2 098246
vm_Exc_3 098303
vr1_Exc_3 10012
vr2_Exc_3 -07868
vf_Exc_3 09835
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079795
vf_Exc_4 099744
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030385
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10492
vr1_Exc_6 10706
vr2_Exc_6 -067176
vf_Exc_6 10496
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10855
vr2_Exc_7 -031913
vf_Exc_7 10638
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073425
vf_Exc_8 1028
124
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57287
tg2_Tg_2 57287
tg3_Tg_2 43538
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
125
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
tg3_Tg_10 19
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 233017
p_Syn_1 233017
q_Syn_1 127501
vf_Syn_2 098246
pm_Syn_2 133489
p_Syn_2 133488
q_Syn_2 175863
vf_Syn_3 09835
pm_Syn_3 151461
p_Syn_3 151461
q_Syn_3 187014
vf_Syn_4 099744
pm_Syn_4 147267
p_Syn_4 147267
q_Syn_4 10807
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 118373
126
p_Syn_5 118373
q_Syn_5 79733
vf_Syn_6 10496
pm_Syn_6 151462
p_Syn_6 151459
q_Syn_6 157144
vf_Syn_7 10638
pm_Syn_7 13049
p_Syn_7 13049
q_Syn_7 101381
vf_Syn_8 1028
pm_Syn_8 125829
p_Syn_8 125829
q_Syn_8 6659
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 193404
p_Syn_9 193404
q_Syn_9 113176
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 58254
p_Syn_10 58254
q_Syn_10 95686
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
127
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -29402 20187 005093 -003257
BUS01 BUS39 2 14701 -10093 000582 -023653
BUS01 BUS39 3 14701 -10093 000582 -023653
BUS02 BUS03 4 83713 76933 020549 22022
BUS02 BUS25 5 -5537 18564 029017 023195
BUS03 BUS04 6 15723 44591 004916 069085
BUS03 BUS18 7 -07493 097723 000298 -0091
BUS04 BUS05 8 -40818 -009527 003119 044062
BUS04 BUS14 9 -57969 -033235 006305 095555
BUS05 BUS06 10 -111502 -18364 005774 073114
128
BUS05 BUS08 11 70371 17427 00953 12716
BUS06 BUS07 12 95297 33531 01339 20045
BUS06 BUS11 13 -75986 -083911 008922 097932
BUS07 BUS08 14 40642 -056691 001668 016022
BUS08 BUS09 15 -091415 -42695 010425 14208
BUS09 BUS39 16 -10184 -56903 003659 -018671
BUS10 BUS11 17 7823 34845 005605 056551
BUS10 BUS13 18 73231 32305 004896 048928
BUS13 BUS14 19 71513 16135 00984 10223
BUS14 BUS15 20 1193 -069671 000707 -008669
BUS15 BUS16 21 -61113 -4099 010049 095887
BUS16 BUS17 22 51209 -045295 00319 032762
BUS16 BUS19 23 -102938 -39142 033316 38445
BUS16 BUS21 24 -75106 041206 007824 11706
BUS16 BUS24 25 -10399 -18394 000228 00046
BUS17 BUS18 26 43783 -019098 002304 019313
BUS17 BUS27 27 071071 -058958 000167 -016774
BUS21 BUS22 28 -13837 -3381 027167 4578
BUS22 BUS23 29 10372 15681 000291 -009404
BUS23 BUS24 30 83187 33043 023923 35628
BUS25 BUS26 31 15326 27558 004095 001147
BUS26 BUS27 32 57848 2892 008598 07485
BUS26 BUS28 33 -3195 -031065 006372 013951
BUS26 BUS29 34 -42678 -022476 015083 087458
BUS28 BUS29 35 -79563 -10795 011934 10905
BUS02 BUS30 36 -58254 -74984 0 20702
BUS06 BUS31 37 -65695 -25408 0 61999
BUS06 BUS31 38 -65695 -25408 0 61999
BUS10 BUS32 39 -151461 -6715 0 119864
129
BUS12 BUS11 40 -007516 -099262 000397 010795
BUS12 BUS13 41 -011868 -10141 000418 011357
BUS19 BUS20 42 38649 -17168 001672 032972
BUS19 BUS33 43 -144918 -60419 02349 47652
BUS20 BUS34 44 -116584 -43953 01789 3578
BUS22 BUS35 45 -151459 -95271 0 61873
BUS23 BUS36 46 -129283 -35713 012071 65668
BUS25 BUS37 47 -124678 -22077 011512 44514
BUS29 BUS38 48 -189592 -38828 038127 74347
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 29911 -20513 005093 -003257
BUS39 BUS01 2 -14643 077281 000582 -023653
BUS39 BUS01 3 -14643 077281 000582 -023653
BUS03 BUS02 4 -81658 -54911 020549 22022
BUS25 BUS02 5 58272 -16244 029017 023195
BUS04 BUS03 6 -15231 -37683 004916 069085
BUS18 BUS03 7 075229 -10682 000298 -0091
BUS05 BUS04 8 4113 053589 003119 044062
BUS14 BUS04 9 58599 12879 006305 095555
BUS06 BUS05 10 112079 25676 005774 073114
BUS08 BUS05 11 -69418 -047112 00953 12716
BUS07 BUS06 12 -93958 -13486 01339 20045
BUS11 BUS06 13 76878 18184 008922 097932
BUS08 BUS07 14 -40476 072713 001668 016022
130
BUS09 BUS08 15 10184 56903 010425 14208
BUS39 BUS09 16 1055 55035 003659 -018671
BUS11 BUS10 17 -77669 -2919 005605 056551
BUS13 BUS10 18 -72742 -27412 004896 048928
BUS14 BUS13 19 -70529 -059119 00984 10223
BUS15 BUS14 20 -11859 061002 000707 -008669
BUS16 BUS15 21 62118 50579 010049 095887
BUS17 BUS16 22 -5089 078056 00319 032762
BUS19 BUS16 23 106269 77587 033316 38445
BUS21 BUS16 24 75888 075852 007824 11706
BUS24 BUS16 25 10422 1844 000228 00046
BUS18 BUS17 26 -43553 038412 002304 019313
BUS27 BUS17 27 -070903 042184 000167 -016774
BUS22 BUS21 28 141087 7959 027167 4578
BUS23 BUS22 29 -10343 -16621 000291 -009404
BUS24 BUS23 30 -80794 025853 023923 35628
BUS26 BUS25 31 -14917 -27443 004095 001147
BUS27 BUS26 32 -56988 -21435 008598 07485
BUS28 BUS26 33 32587 045016 006372 013951
BUS29 BUS26 34 44187 10993 015083 087458
BUS29 BUS28 35 80756 21701 011934 10905
BUS30 BUS02 36 58254 95686 0 20702
BUS31 BUS06 37 65695 87407 0 61999
BUS31 BUS06 38 65695 87407 0 61999
BUS32 BUS10 39 151461 187014 0 119864
BUS11 BUS12 40 007913 11006 000397 010795
BUS13 BUS12 41 012285 11277 000418 011357
BUS20 BUS19 42 -38482 20465 001672 032972
BUS33 BUS19 43 147267 10807 02349 47652
131
BUS34 BUS20 44 118373 79733 01789 3578
BUS35 BUS22 45 151459 157144 0 61873
BUS36 BUS23 46 13049 101381 012071 65668
BUS37 BUS25 47 125829 6659 011512 44514
BUS38 BUS29 48 193404 113176 038127 74347
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1443043
REACTIVE POWER [pu] 1212158
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1402543
REACTIVE POWER [pu] 31686
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 405
REACTIVE POWER [pu] 895298
Annexe B1 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds (eacutetat de base)
132
CONTINUATION POWER FLOW REPORT
P S A T 218
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail FedericoMilanouclmes
website httpwwwuclmesareagseeWebFederico
File Cworkworkpsat 216psat 218psattestsPFE _2017PFE_SEVersion 2PFE_SESimulation
STATCOM_version 2b_d_Ieee39satatcomN08
Date 18-Jun-2017 183446
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 500
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
133
BUS01 09982 -053682 0 0 0 0
BUS02 093356 -040526 0 0 0 0
BUS03 083248 -056145 0 0 74588 005559
BUS04 075506 -060782 0 0 115819 42622
BUS05 078731 -051917 0 0 0 -061985
BUS06 079546 -047221 0 0 0 0
BUS07 07767 -061636 0 0 54157 19458
BUS08 07846 -06495 0 1e-005 120915 093843
BUS09 094102 -062322 0 0 0 0
BUS10 081535 -031761 0 0 0 0
BUS11 080223 -03697 0 0 0 0
BUS12 074304 -037112 0 0 019689 20384
BUS13 079549 -036353 0 0 0 0
BUS14 076855 -047744 0 0 0 0
BUS15 075482 -05163 0 0 74124 35441
BUS16 080356 -042235 0 0 76302 074819
BUS17 080696 -049169 0 0 0 0
BUS18 08103 -054653 0 0 36599 069492
BUS19 093308 -015476 0 0 0 0
BUS20 089997 -022503 0 0 157514 23859
BUS21 080567 -026193 0 0 63469 26638
BUS22 090079 000883 0 0 0 0
BUS23 088298 -000265 0 0 57331 19597
BUS24 081562 -041378 0 0 71484 -21357
BUS25 095503 -033343 0 0 51887 10933
BUS26 085531 -038802 0 0 32198 039379
BUS27 080829 -050935 0 0 6509 17489
BUS28 08815 -018388 0 0 47718 063932
134
BUS29 091752 -003447 0 0 6567 062311
BUS30 10475 -029318 58951 82418 0 0
BUS31 098195 0 134949 126708 021311 010655
BUS32 098304 0104 153273 141443 0 0
BUS33 099716 008297 149029 9774 0 0
BUS34 10123 000838 119789 75294 0 0
BUS35 10493 024882 153272 14353 0 0
BUS36 10635 038446 132051 93699 0 0
BUS37 10278 -002369 127335 58893 0 0
BUS38 10265 029432 195718 107923 0 0
BUS39 103 -06063 235805 99174 255729 5791
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -060625
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 000039
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098204
e1d_Syn_2 000015
delta_Syn_3 010437
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098312
e1d_Syn_3 000029
delta_Syn_4 008336
omega_Syn_4 1
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000032
135
delta_Syn_5 000911
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000058
delta_Syn_6 024915
omega_Syn_6 1
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 03848
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 00003
delta_Syn_8 -002336
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000028
delta_Syn_9 02947
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000028
delta_Syn_10 -029314
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098195
136
vr1_Exc_2 099998
vr2_Exc_2 -11788
vf_Exc_2 098233
vm_Exc_3 098304
vr1_Exc_3 10011
vr2_Exc_3 -078672
vf_Exc_3 09834
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079793
vf_Exc_4 099742
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030384
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10493
vr1_Exc_6 10705
vr2_Exc_6 -067175
vf_Exc_6 10496
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10855
vr2_Exc_7 -031913
vf_Exc_7 10638
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073424
vf_Exc_8 10279
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
137
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57229
tg2_Tg_2 57229
tg3_Tg_2 43494
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
138
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
tg3_Tg_10 19
ist_Statcom_1 4
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 235805
p_Syn_1 235805
q_Syn_1 99174
vf_Syn_2 098233
pm_Syn_2 13495
p_Syn_2 134949
q_Syn_2 126708
vf_Syn_3 09834
pm_Syn_3 153273
p_Syn_3 153273
q_Syn_3 141443
vf_Syn_4 099742
pm_Syn_4 149029
p_Syn_4 149029
q_Syn_4 9774
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 119789
139
p_Syn_5 119789
q_Syn_5 75294
vf_Syn_6 10496
pm_Syn_6 153274
p_Syn_6 153272
q_Syn_6 14353
vf_Syn_7 10638
pm_Syn_7 132051
p_Syn_7 132051
q_Syn_7 93699
vf_Syn_8 10279
pm_Syn_8 127335
p_Syn_8 127335
q_Syn_8 58893
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 195718
p_Syn_9 195718
q_Syn_9 107923
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 58951
p_Syn_10 58951
q_Syn_10 82418
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
140
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
vref_Statcom_1 1087
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -28037 16564 004173 -016258
BUS01 BUS39 2 14018 -082822 000477 -026649
BUS01 BUS39 3 14018 -082822 000477 -026649
BUS02 BUS03 4 85352 60288 016491 17143
BUS02 BUS25 5 -54854 23382 028801 022363
BUS03 BUS04 6 15487 28864 002097 020373
BUS03 BUS18 7 -063723 13726 000397 -009632
BUS04 BUS05 8 -4203 -14955 002777 036443
BUS04 BUS14 9 -58512 -008406 004804 069451
141
BUS05 BUS06 10 -114092 -13397 004257 05262
BUS05 BUS08 11 71784 009964 006653 084029
BUS06 BUS07 12 97568 16469 009295 13554
BUS06 BUS11 13 -79267 038477 006971 0728
BUS07 BUS08 14 42481 -16543 001373 011035
BUS08 BUS09 15 -074523 -34437 004342 03998
BUS09 BUS39 16 -078866 -38435 001309 -084056
BUS10 BUS11 17 81006 19153 004175 040109
BUS10 BUS13 18 72267 32265 003778 035886
BUS13 BUS14 19 70483 18322 007572 074431
BUS14 BUS15 20 10733 030933 000404 -016363
BUS15 BUS16 21 -63432 -30711 007799 071062
BUS16 BUS17 22 50068 -056869 002747 02623
BUS16 BUS19 23 -10422 -32119 029317 33425
BUS16 BUS21 24 -76042 085882 007274 10625
BUS16 BUS24 25 -10319 -16082 000166 -001185
BUS17 BUS18 26 43215 -062084 002043 015313
BUS17 BUS27 27 06578 -021016 000089 -019797
BUS21 BUS22 28 -140238 -28675 025194 42217
BUS22 BUS23 29 10514 15365 000274 -010306
BUS23 BUS24 30 84048 27448 022283 32842
BUS25 BUS26 31 16596 25876 003759 -004213
BUS26 BUS27 32 59316 24294 007946 066838
BUS26 BUS28 33 -32111 -013633 006074 008103
BUS26 BUS29 34 -43183 -005718 014609 079232
BUS28 BUS29 35 -80436 -085668 011761 1067
BUS02 BUS30 36 -58951 -6548 0 16938
BUS06 BUS31 37 -66409 -19488 0 43334
BUS06 BUS31 38 -66409 -19488 0 43334
142
BUS10 BUS32 39 -153273 -51418 0 90025
BUS12 BUS11 40 -005903 -1078 000342 009294
BUS12 BUS13 41 -013786 -096038 000276 007506
BUS19 BUS20 42 39641 -13164 001576 031072
BUS19 BUS33 43 -146793 -52379 022361 4536
BUS20 BUS34 44 -118031 -4013 017582 35164
BUS22 BUS35 45 -153272 -86257 0 57273
BUS23 BUS36 46 -130892 -30649 01159 63049
BUS25 BUS37 47 -126217 -15664 01118 43229
BUS29 BUS38 48 -191925 -33962 037929 73961
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 28454 -1819 004173 -016258
BUS39 BUS01 2 -13971 056173 000477 -026649
BUS39 BUS01 3 -13971 056173 000477 -026649
BUS03 BUS02 4 -83702 -43145 016491 17143
BUS25 BUS02 5 57734 -21145 028801 022363
BUS04 BUS03 6 -15277 -26826 002097 020373
BUS18 BUS03 7 06412 -14689 000397 -009632
BUS05 BUS04 8 42307 18599 002777 036443
BUS14 BUS04 9 58993 077857 004804 069451
BUS06 BUS05 10 114517 18659 004257 05262
BUS08 BUS05 11 -71119 074065 006653 084029
BUS07 BUS06 12 -96638 -029146 009295 13554
BUS11 BUS06 13 79964 034323 006971 0728
143
BUS08 BUS07 14 -42344 17647 001373 011035
BUS09 BUS08 15 078866 38435 004342 03998
BUS39 BUS09 16 080175 3003 001309 -084056
BUS11 BUS10 17 -80589 -15142 004175 040109
BUS13 BUS10 18 -71889 -28677 003778 035886
BUS14 BUS13 19 -69726 -10879 007572 074431
BUS15 BUS14 20 -10693 -047297 000404 -016363
BUS16 BUS15 21 64212 37817 007799 071062
BUS17 BUS16 22 -49793 083099 002747 02623
BUS19 BUS16 23 107152 65544 029317 33425
BUS21 BUS16 24 76769 020366 007274 10625
BUS24 BUS16 25 10336 15963 000166 -001185
BUS18 BUS17 26 -43011 077397 002043 015313
BUS27 BUS17 27 -065692 001218 000089 -019797
BUS22 BUS21 28 142758 70892 025194 42217
BUS23 BUS22 29 -10486 -16395 000274 -010306
BUS24 BUS23 30 -8182 053938 022283 32842
BUS26 BUS25 31 -1622 -26297 003759 -004213
BUS27 BUS26 32 -58521 -17611 007946 066838
BUS28 BUS26 33 32719 021736 006074 008103
BUS29 BUS26 34 44644 08495 014609 079232
BUS29 BUS28 35 81612 19236 011761 1067
BUS30 BUS02 36 58951 82418 0 16938
BUS31 BUS06 37 66409 62821 0 43334
BUS31 BUS06 38 66409 62821 0 43334
BUS32 BUS10 39 153273 141443 0 90025
BUS11 BUS12 40 006245 1171 000342 009294
BUS13 BUS12 41 014062 10354 000276 007506
BUS20 BUS19 42 -39483 16271 001576 031072
144
BUS33 BUS19 43 149029 9774 022361 4536
BUS34 BUS20 44 119789 75294 017582 35164
BUS35 BUS22 45 153272 14353 0 57273
BUS36 BUS23 46 132051 93699 01159 63049
BUS37 BUS25 47 127335 58893 01118 43229
BUS38 BUS29 48 195718 107923 037929 73961
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1460172
REACTIVE POWER [pu] 102682
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1424692
REACTIVE POWER [pu] 288773
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 35479
REACTIVE POWER [pu] 738047
Annexe B2 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du
STATCOM au nœud 8 (Zone 1)
145
POWER FLOW REPORT
P S A T 219
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail federicomilanoucdie
website faraday1ucdiepsathtml
File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeteste ssscb_d00
Date 09-Jun-2017 153006
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 336
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 099097 -068975 0 0 0 0
BUS02 091781 -05429 0 0 0 0
BUS03 079734 -070717 0 0 75617 005636
BUS04 066326 -076185 0 0 117417 43209
BUS05 066473 -064183 0 0 0 -044187
146
BUS06 067567 -057647 0 0 0 0
BUS07 063172 -078416 0 0 54904 19726
BUS08 063378 -083261 0 0 122583 41331
BUS09 087869 -078891 0 0 0 0
BUS10 072734 -037936 0 0 0 0
BUS11 070208 -044367 0 0 0 0
BUS12 063793 -044818 0 0 019961 20665
BUS13 070846 -044069 0 0 0 0
BUS14 069215 -059233 0 0 0 0
BUS15 07407 -064955 0 0 75147 3593
BUS16 081822 -05593 0 0 77354 075851
BUS17 080501 -063045 0 0 0 0
BUS18 079536 -068866 0 0 37104 07045
BUS19 093754 -029105 0 0 0 0
BUS20 090167 -036109 0 0 159687 24188
BUS21 087 -041123 0 0 64345 27006
BUS22 10049 -018383 0 0 0 0
BUS23 095617 -018974 0 0 58121 19867
BUS24 084024 -055252 0 0 7247 -21652
BUS25 094412 -04701 0 0 52603 11084
BUS26 08466 -05244 0 0 32642 039922
BUS27 0802 -06492 0 0 65988 1773
BUS28 087316 -031212 0 0 48376 064814
BUS29 091081 -015774 0 0 66575 06317
BUS30 10475 -042699 5993 9148 0 0
BUS31 098193 0 137349 178813 021605 010802
BUS32 098303 010582 155818 187617 0 0
BUS33 099716 -005013 151503 95238 0 0
BUS34 10123 -012399 121778 74705 0 0
147
BUS35 10492 -014155 155816 166126 0 0
BUS36 10635 017417 134243 63977 0 0
BUS37 10278 -015159 129449 64436 0 0
BUS38 10265 017894 198968 113339 0 0
BUS39 103 -076593 23972 128843 259257 58709
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -076589
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 00004
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098206
e1d_Syn_2 000016
delta_Syn_3 01062
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098313
e1d_Syn_3 000029
delta_Syn_4 -004973
omega_Syn_4 1
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000033
delta_Syn_5 -012326
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000059
delta_Syn_6 -014122
omega_Syn_6 1
148
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 017452
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 000031
delta_Syn_8 -015125
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000028
delta_Syn_9 017933
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000029
delta_Syn_10 -042696
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098193
vr1_Exc_2 10001
vr2_Exc_2 -1179
vf_Exc_2 098247
vm_Exc_3 098303
vr1_Exc_3 10012
vr2_Exc_3 -07868
149
vf_Exc_3 09835
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079793
vf_Exc_4 099741
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030384
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10492
vr1_Exc_6 10706
vr2_Exc_6 -067177
vf_Exc_6 10497
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10854
vr2_Exc_7 -03191
vf_Exc_7 10637
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073425
vf_Exc_8 1028
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
150
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57296
tg2_Tg_2 57296
tg3_Tg_2 43545
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
151
tg3_Tg_10 19
vcs_Sssc_1 024834
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 23972
p_Syn_1 23972
q_Syn_1 128843
vf_Syn_2 098247
pm_Syn_2 137351
p_Syn_2 137349
q_Syn_2 178813
vf_Syn_3 09835
pm_Syn_3 155818
p_Syn_3 155818
q_Syn_3 187617
vf_Syn_4 099741
pm_Syn_4 151503
p_Syn_4 151503
q_Syn_4 95238
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 121778
p_Syn_5 121778
q_Syn_5 74705
vf_Syn_6 10497
pm_Syn_6 155819
p_Syn_6 155816
q_Syn_6 166126
152
vf_Syn_7 10637
pm_Syn_7 134243
p_Syn_7 134243
q_Syn_7 63977
vf_Syn_8 1028
pm_Syn_8 129449
p_Syn_8 129449
q_Syn_8 64436
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 198968
p_Syn_9 198968
q_Syn_9 113339
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 5993
p_Syn_10 5993
q_Syn_10 9148
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
153
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
v0_Sssc_1 024834
pref_Sssc_1 -65
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -30454 19186 005128 -003514
BUS01 BUS39 2 15227 -095928 000595 -023441
BUS01 BUS39 3 15227 -095928 000595 -023441
BUS02 BUS03 4 85484 71305 019364 20591
BUS02 BUS25 5 -56521 19983 030072 02429
BUS03 BUS04 6 16592 48844 005583 079567
BUS03 BUS18 7 -086611 013058 000137 -011907
BUS04 BUS05 8 -40971 039838 003086 043458
BUS04 BUS14 9 -60412 -063061 006702 10172
BUS05 BUS06 10 -114034 -15612 005995 075982
BUS05 BUS08 11 72754 19668 010307 13807
BUS06 BUS07 12 98009 356 014314 21465
BUS06 BUS11 13 -77454 -1037 009353 10297
BUS07 BUS08 14 41674 -055909 00177 017236
154
BUS08 BUS09 15 -093637 -42784 010612 14517
BUS09 BUS39 16 -10425 -57301 003733 -016642
BUS10 BUS11 17 79843 37573 005898 059683
BUS10 BUS13 18 75975 26941 004921 049144
BUS13 BUS14 19 74265 099622 010083 10471
BUS14 BUS15 20 12175 -16987 001532 -000336
BUS15 BUS16 21 -63125 -52883 011043 10493
BUS16 BUS17 22 53385 093664 003081 030328
BUS16 BUS19 23 -106504 -28279 028885 3285
BUS16 BUS21 24 -79033 -21786 007988 11662
BUS16 BUS24 25 -094316 -30262 000444 004057
BUS17 BUS18 26 46012 064426 002338 018941
BUS17 BUS27 27 07065 -001089 000102 -019408
BUS21 BUS22 28 -144177 -60454 02571 42727
BUS22 BUS23 29 090684 49468 001558 007174
BUS23 BUS24 30 84057 39679 021112 30663
BUS25 BUS26 31 16131 24983 003604 -004873
BUS26 BUS27 32 59739 2273 008058 068314
BUS26 BUS28 33 -32701 -010726 006433 013216
BUS26 BUS29 34 -4391 -001791 015431 089643
BUS28 BUS29 35 -81721 -088757 012378 11369
BUS02 BUS30 36 -5993 -71751 0 1973
BUS06 BUS31 37 -67594 -2422 0 64646
BUS06 BUS31 38 -67594 -2422 0 64646
BUS10 BUS32 39 -155818 -64515 0 123103
BUS12 BUS11 40 -008249 -098751 000391 010623
BUS12 BUS13 41 -011712 -1079 000469 012744
BUS19 BUS20 42 39856 -11624 001542 030405
BUS19 BUS33 43 -149249 -49505 022544 45733
155
BUS20 BUS34 44 -119985 -38853 017926 35853
BUS22 BUS35 45 -155816 -15265 0 13477
BUS23 BUS36 46 -133266 -10795 009776 53183
BUS25 BUS37 47 -128261 -18513 011877 45923
BUS29 BUS38 48 -194987 -35705 039812 77634
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 30966 -19537 005128 -003514
BUS39 BUS01 2 -15167 072488 000595 -023441
BUS39 BUS01 3 -15167 072488 000595 -023441
BUS03 BUS02 4 -83548 -50713 019364 20591
BUS25 BUS02 5 59528 -17554 030072 02429
BUS04 BUS03 6 -16034 -40887 005583 079567
BUS18 BUS03 7 086747 -024965 000137 -011907
BUS05 BUS04 8 4128 003621 003086 043458
BUS14 BUS04 9 61082 16479 006702 10172
BUS06 BUS05 10 114633 2321 005995 075982
BUS08 BUS05 11 -71723 -058609 010307 13807
BUS07 BUS06 12 -96578 -14135 014314 21465
BUS11 BUS06 13 78389 20668 009353 10297
BUS08 BUS07 14 -41497 073145 00177 017236
BUS09 BUS08 15 10425 57301 010612 14517
BUS39 BUS09 16 10798 55637 003733 -016642
BUS11 BUS10 17 -79253 -31605 005898 059683
BUS13 BUS10 18 -75483 -22027 004921 049144
156
BUS14 BUS13 19 -73257 005086 010083 10471
BUS15 BUS14 20 -12022 16953 001532 -000336
BUS16 BUS15 21 64229 63376 011043 10493
BUS17 BUS16 22 -53077 -063336 003081 030328
BUS19 BUS16 23 109393 61129 028885 3285
BUS21 BUS16 24 79832 33448 007988 11662
BUS24 BUS16 25 09476 30668 000444 004057
BUS18 BUS17 26 -45779 -045485 002338 018941
BUS27 BUS17 27 -070548 -018318 000102 -019408
BUS22 BUS21 28 146748 103181 02571 42727
BUS23 BUS22 29 -089126 -48751 001558 007174
BUS24 BUS23 30 -81946 -090159 021112 30663
BUS26 BUS25 31 -1577 -2547 003604 -004873
BUS27 BUS26 32 -58934 -15898 008058 068314
BUS28 BUS26 33 33345 023942 006433 013216
BUS29 BUS26 34 45453 091434 015431 089643
BUS29 BUS28 35 82958 20245 012378 11369
BUS30 BUS02 36 5993 9148 0 1973
BUS31 BUS06 37 67594 88866 0 64646
BUS31 BUS06 38 67594 88866 0 64646
BUS32 BUS10 39 155818 187617 0 123103
BUS11 BUS12 40 00864 10937 000391 010623
BUS13 BUS12 41 012181 12065 000469 012744
BUS20 BUS19 42 -39702 14665 001542 030405
BUS33 BUS19 43 151503 95238 022544 45733
BUS34 BUS20 44 121778 74705 017926 35853
BUS35 BUS22 45 155816 166126 0 13477
BUS36 BUS23 46 134243 63977 009776 53183
BUS37 BUS25 47 129449 64436 011877 45923
157
BUS38 BUS29 48 198968 113339 039812 77634
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1484574
REACTIVE POWER [pu] 1164575
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1444346
REACTIVE POWER [pu] 326439
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 40229
REACTIVE POWER [pu] 838136
Annexe B3 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du
SSSC agrave la linge 45 (Zone 3)
Table des matiegraveres
Contexte de lrsquoeacutetude et eacutetat de lrsquoart
I1) Introduction 13
I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique 14
I21) De la centrale aux abonneacutes 14
I 3) Fonctionnement du reacuteseau eacutelectrique 16
I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectrique 16
I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie 17
I411) Reacuteseaux drsquoutilisation 17
I412) Reacuteseaux de distribution 18
I413) Reacuteseaux de reacutepartition 18
I414) Reacuteseaux de transport 18
I42) Topologie des reacuteseaux
I421) Reacuteseaux radiaux
I422) Reacuteseaux boucleacutes
I423) Reacuteseaux mailleacutes
18
18
19
20
Liste des figures 03
Liste des tableaux 05
Liste des acronymes 06
Liste des symboles 08
Introduction geacuteneacuterale 09
Table des matiegraveres
Chapitre I
I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques 20
I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du
Maghreb Arabe
21
I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique 22
I61) Qualiteacute de la tension 22
I611) Amplitude 22
I612) Freacutequence 23
I613) Forme Drsquoonde 23
I614) Symeacutetrie 23
I62) Qualiteacute du courant 23
I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique 24
I71) Classification des perturbations eacutelectriques 24
I711) Creux de tension et coupures 24
a) Origines de creux de tension et coupures 25
I712) Harmonique 26
a) Inters harmoniques 26
b) Infra-harmoniques 26
c) Conseacutequences des harmoniques 26
d) Les principales sources drsquoharmoniques 26
I713) Surtensions 27
a) Origine ou causes des surtensions 28
I714) Variations et fluctuations de tension 28
a) Origines des variations et fluctuations de tension 28
I715) Deacuteseacutequilibres 29
a) Origines de Deacuteseacutequilibres 29
I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations 29
I72) Le system de protection 30
I8) La Stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31
I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31
I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 31
I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire) 32
I8211) Stabiliteacute Angulaire Aux Petites Perturbations 33
I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
transitoire
34
I822) Stabiliteacute de la freacutequence 35
I823) Stabiliteacute de tension 35
I8231) Instabiliteacute de la tension 35
I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension 36
I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites
perturbations
36
I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes
perturbations
36
I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension 36
I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation 37
I92) Charge appeleacutee trop importante 37
I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport 37
I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 38
I11) Conclusion 40
Le concept des FACTS
II1) Introduction 42
II2) Le concept FACTS 42
II21) Fonctionnement des FACTS
II22) Contexte algeacuterien
44
45
II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS 47
II3) Les dispositifs FACTS 47
II4) Classification des dispositifs FACTS 48
II41) Classification selon la geacuteneacuteration 48
II411) Geacuteneacuteration I 48
II412) Geacuteneacuteration II 48
II413) Geacuteneacuteration III 48
II42) Classification selon la cateacutegorie 48
II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS 49
a) Dispositifs FACTS Shunt 49
Compensateur statique de puissance reacuteactive (SVC) 49
Compensateur statique synchrone ( STATCOM) 49
Geacuteneacuterateur statique synchrone (SSG) 49
Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (SVG) 50
Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (SVS) 50
Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (TCBR) 50
b) Dispositifs FACTS seacuteries 51
Controcircleur de transit de puissance entre lignes (IPFC) 51
Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (TCSC) 51
Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (TSSC) 51
Chapitre II
Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (TCSR) 51
Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (TSSR) 52
Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (SSSC) 52
c) Dispositifs FACTS hybrides 52
Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (UPFC) 52
Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (TCPST) 52
Reacutegulateur de puissance interphases (IPC) 52
d) Autres dispositifs FACTS 53
Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVL) 53
Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVR) 53
II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors 54
Compensateur synchrone statique(STATCOM) 54
Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC) 58
II6) Coucirct des dispositifs FACTS 62
II7) Synthegravese des dispositifs FACTS 63
II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie des
dispositifs FACTS
63
II9) Conclusion 64
Modeacutelisation du systegraveme eacutetudieacute de la charge au reacuteseau complet
III1) Introduction 67
III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS 67
III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs 67
III22) Modegraveles des charges 69
III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt 69
III24) Modegraveles de la ligne 70
Chapitre III
III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques 71
III26) Modegraveles du transformateur 72
III27) Modeacutelisation de la machine synchrone 73
III28) Modeacutelisation du STATCOM 74
III29) Modeacutelisation du SSSC 75
III3) Conclusion 78
IV1) Introduction 80
IV2) Outils de simulation 81
IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 82
IV31) Facteur de charger et les directions de puissance 83
IV32) Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance 84
IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE39 nœuds 87
IV41) Preacutesentation du reacuteseau 87
IV5) Emplacement du STATCOM 91
IV51) Impact du STATCOM 92
IV511) Profils des tensions et les pertes de puissance dans le
systegraveme
94
IV512) Synthegravese 98
IV6) Emplacement du SSSC 99
IV61) Impact du SSSC 100
IV611) SSSC inseacutereacute sur la linge 45 103
IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 104
IV613) Synthegravese 106
IV7) Conclusion 107
Chapitre IV
Ameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau de transport par les FACTS
Conclusion geacuteneacuterale 109
Bibliographies 112
Annexes 116
Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique 14
Figure I2 Reacuteseaux publique 15
Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique 17
Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial 19
Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute 19
Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute 20
Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension 24
Figure I8 Paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12) 25
Figure I9 Harmoniques 27
Figure I10 Exemple de surtension 27
Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension 28
Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension 29
Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques 30
Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique 32
Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps 34
Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 39
Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif 43
Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar 46
Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie 47
Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie 48
Figure II5 Classification des dispositifs FACTS 54
Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM 55
Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM 56
Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM 57
Liste des figures
Figure II9 Scheacutema de base du SSSC 58
Figure II10
Figure II11
Figure II12
Figure II13
Caracteacuteristique statiques du SSSC
Principe de fonctionnement de SSSC
Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple
Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du
SSSC
59
60
61
61
Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur 68
Figure III2 Modegravele des charges 69
Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt 70
Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport 70
Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur 72
Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone 73
Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM 74
Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation 76
Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT 82
Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink 82
Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas preacutedicteur) 85
Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas correcteur) 86
Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas correcteur obtenu
par les moyens de la parameacutetrisation locale
87
Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds 88
Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds 89
Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS 90
Figure IV9 Profile de tension du reacuteseau IEEE 39-nœuds 91
Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone 91
Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1 du systegraveme (eacutetat de base) 92
Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme (eacutetat de base) 92
Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de base 92
Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8 94
Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8 94
Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 8 95
Figure IV17 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 8 95
Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM 95
Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 03 96
Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 15 96
Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 15 97
Figure IV23 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV24 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV25 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 15 98
Figure IV26 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 15 98
Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents
emplacements du STATCOM
98
Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du
STATCOM
99
Figure IV29 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement 100
Figure IV30 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement 100
Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge15 102
Figure IV35 Profils de pertes de puissance actives avec SSSC sur la ligne 15 102
Figure IV36 Profils de pertes de puissance reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15 102
Figure IV37 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103
Figure IV38 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103
Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge 45 104
Figure IV41 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV42 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge48 105
Figure IV45 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV46 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC 106
Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents emplacements du
SSSC
106
Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS 62
Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS 63
Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme 72
Liste des tableaux
kV Kilovolt
Hz Hertz
THT Tregraves haute tension
UHT Ultra haute tension
Km Kilomegravetre
HTB Haute tension
RTE Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute
HTA Moyenne tension
BT Basse tension
SDO Socieacuteteacute de distribution de lrsquoouest
UMA Union du Maghreb Arabe
ONE Office National Marocain de lrsquoElectriciteacute
STEG Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz
Comelec Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute
IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Eacutelectriciteacute et en Eacutelectronique
CEI Commission eacutelectrotechnique internationale
119880119903119890119891 Tension de reacutefeacuterence
ms Mili-seconde
rms Root means square
pu Systegraveme de valeur relative (Per unit )
CPF Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance
GW Geacutegawatts
PSAT Power System Analysis Toolbox
AC Alternative Current (Courant altenatif)
IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Electriciteacute et en Electronique
Liste des acronymes
∆U Diffeacuterence de tension
∆T Diffeacuterence de temps
FACTS Flexible Alternating Current Transmission System
STATCOM Compensateur Statique Synchrone
SSSC
GTO
Compensateur Statique seacuterie synchrone
Gate Turn Off
119881119904 Tension de la source
119881119903 Tension de la charge
119868119898119886119909 Courant maximal
119868119898119894119899 Courant minimal
MLI Modulation par largeur dimpulsion
119881119904ℎ Tension (shunt) injecteacutee par le STATCOM
119876119904ℎ Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le STATCOM
119876119903 Puissance reacuteactive demandeacutee par la charge
119868119904ℎ Courant (shunt) injecteacute par le STATCOM
119881119904119890 Tension (seacuterie) injecteacute par le SSSC
119883119897 Reacuteactance de la ligne de transport
X Reacuteactance totale du reacuteseau
119883119890119891119891 Reacuteactance effective
V Tension de source
B Susceptance
119883119886 Reacuteactance seacuterie limitant les transitoires
119868119902 Composante du courant de la ligne sur lrsquoaxe q
119868prime119902 Composante du courant fourni par le compensateur shunt sur lrsquoaxe q
119881119904119902 Composante de la tension de la source sur lrsquoaxe q
119883119894 Angle de commutation
119868119897 Courant de ligne
λ Facteur de charge
Liste des symboles
Introduction geacuteneacuterale
INTRODUCTION GENERALE
9
Aujourdrsquohui la consommation de leacutenergie eacutelectrique et le sceacutenario des systegravemes
dalimentation est hautement complexe et interconnecteacute il y a un grand besoin
dameacuteliorer lutilisation deacutenergie eacutelectrique tout en conservant sa fiabiliteacute et sa seacutecuriteacute
Lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecoulement de puissance et la stabiliteacute dans le langage du systegraveme
eacutelectrique est la solution de leacutetat deacutequilibre des reacuteseaux Habituellement une centrale nest
pas situeacutee agrave proximiteacute du centre de charge mais elle peut ecirctre loin du centre de distribution
en raison de circonstances diverses Pour reacutepondre agrave la demande de puissance sans
cesse croissante les services publics preacutefegraverent sappuyer sur la production de
leacutelectriciteacute deacutejagrave existante au lieu de construire de nouvelles lignes de transmission qui
sont limiteacutees par des contraintes diverses
Les reacuteseaux eacutelectriques jusquagrave ces derniegraveres anneacutees sont controcircleacutes
meacutecaniquement malgreacute lutilisation de la microeacutelectronique des ordinateurs et des
moyens rapides de teacuteleacutecommunication dans le controcircle des reacuteseaux la derniegravere action dans
ces systegravemes de commande est prise avec des dispositifs meacutecaniques ayant un temps
de reacuteponse plus au moins long et avec lesquels laction damorccedilage et de reacuteamorccedilage
ne peut ecirctre reacutepeacutetitivement exeacutecuteacute agrave une freacutequence eacuteleveacutee
Les eacuteleacutements proposeacutes qui permettent drsquoameacuteliorer les systegravemes sont les dispositifs
FACTS laquo Flexible Alternating Current Transmission System raquo Les dispositifs FACTS font
en geacuteneacuteral appel agrave leacutelectronique de puissance des microprocesseurs de lautomatique des
teacuteleacutecommunications et des logiciels pour parvenir agrave controcircler les systegravemes de puissance Ce
sont des eacuteleacutements de reacuteponse rapide Ils donnent en principe un controcircle plus souple
de leacutecoulement de puissance Ils donnent aussi la possibiliteacute de charger les lignes de transit
agrave des valeurs pregraves de leur limite thermique et augmentent la capaciteacute de transfegravere de la
puissance dune reacutegion agrave une autre Ils Limitent aussi les effets des deacutefauts et
des deacutefaillances de leacutequipement et stabilisent le comportement du reacuteseau eacutelectrique
Lrsquoeacutetude du comportement de la tension dans les reacuteseaux eacutelectriques est devenue une
preacuteoccupation majeure des exploitants et planificateurs de ces systegravemes En fait plusieurs
incidents geacuteneacuteraliseacutes survenus dans le monde ont eacuteteacute associeacutes agrave des instabiliteacutes de tension Ce
mode drsquoinstabiliteacute nrsquoest pas encore bien maicirctriseacute compareacute au mode drsquoinstabiliteacute angulaire
(dynamique et transitoire) En effet le meacutecanisme causant lrsquoinstabiliteacute de tension semble lrsquoun
des plus importants problegravemes agrave clarifier Aujourdrsquohui encore il nrsquoy a pas une theacuteorie
INTRODUCTION GENERALE
10
disponible et largement accepteacutee pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension Les problegravemes lieacutes agrave
ce type drsquoinstabiliteacute constituent alors dans plusieurs pays un axe de recherche tregraves important
Des releveacutes sur les incidents survenus durant les derniegraveres deacutecennies ont montreacute que
lrsquoeffondrement de tension intervient geacuteneacuteralement suite agrave une perturbation majeure ou agrave une
augmentation importante de la charge sur un reacuteseau eacutelectrique soumis agrave de fortes contraintes
Ce reacuteseau srsquoaffaiblit et sa consommation reacuteactive srsquoaccroicirct Le pheacutenomegravene est alors
caracteacuteriseacute par une baisse progressive de la tension dans une ou plusieurs reacutegions
consommatrices et qui va en srsquoacceacuteleacuterant au bout de quelques minutes La deacutegradation de la
tension au niveau des charges est alors telle qursquoelle entraicircne des interruptions de service dont
les causes directes peuvent ecirctre
- Manque de tension
- Augmentation des pertes reacuteactive du reacuteseau
La deacutefaillance du reacuteglage de la tension au niveau des bornes des groupes a pour
conseacutequence une acceacuteleacuteration de la deacutegradation du plan de la tension qui peut aller jusqursquoagrave
des deacuteclenchements en cascade de groupes et de lignes et un effondrement geacuteneacuteral du reacuteseau
Dans cette situation les moyens classiques de controcircle des reacuteseaux (transformateur agrave
prises reacuteglables en charge transformateurs deacutephaseurs compensateurs seacuterie ou parallegravele
commuteacutes par disjoncteurs modification des consignes de production changement de
topologie du reacuteseau et action sur lexcitation des geacuteneacuterateurs) pourraient dans lavenir saveacuterer
trop lents et insuffisants pour reacutepondre efficacement aux problegravemes drsquoinstabiliteacute du reacuteseau
compte tenu notamment des nouvelles contraintes Il faudra donc compleacuteter leur action en
mettant en œuvre des dispositifs eacutelectroniques de puissance ayant des temps de reacuteponse
courts qui sont les FACTS
Le maintien de lrsquoeacutequilibre entre la production et la consommation neacutecessite alors une
surveillance permanente du systegraveme afin drsquoassurer la qualiteacute du service (problegraveme de
conduite) garantir sa seacutecuriteacute (problegraveme de protection) et sa stabiliteacute (problegraveme de reacuteglage)
Ainsi le premier chapitre de ce meacutemoire est consacreacute agrave une introduction geacuteneacuterale aux
problegravemes que rencontrent actuellement les reacuteseaux eacutelectriques Nous preacutesenterons ensuite La
INTRODUCTION GENERALE
11
stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
Dans le deuxiegraveme chapitre nous preacutesenterons le concept FACTS et plus
particuliegraverement le contexte Algeacuterien ainsi la conception et le principe de fonctionnement de
deux systegravemes FACTS qui seront retenus pour la suite de cette eacutetude
Dans le troisiegraveme chapitre nous preacutesenterons la modeacutelisation de deux systegravemes FACTS
qui sont retenus pour la simulation La modeacutelisation des eacuteleacutements des reacuteseaux sera eacutegalement
eacutevoqueacutee
Le chapitre quatre preacutesentera les reacutesultats des simulations lors de lrsquoeffondrement de
tension Ces tests concernent lrsquoimpact des dispositifs FACTS sur le pheacutenomegravene de
lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de
puissance (CPF) Nous utiliserons pour cela le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds
Lorsque tout ce qui preacutecegravede aura eacuteteacute exposeacute il ne nous restera plus qursquoagrave conclure et agrave
proposer des perspectives drsquoeacutetudes futures permettant de compleacuteter le travail reacutealiseacute tout au
long de ce meacutemoire
12
Chapitre 1
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
13
CHAPITRE I
I1) Introduction
Lrsquoeacutenergie eacutelectrique est la forme drsquoeacutenergie la plus largement reacutepandue car elle est
facilement transportable avec un rendement eacuteleveacute et un coucirct raisonnable Un reacuteseau eacutelectrique
est un ensemble dinfrastructures dont le but est dacheminer de leacutenergie eacutelectrique agrave partir de
centres de production vers les consommateurs deacutelectriciteacute (charge) Le premier reacuteseau
eacutelectrique a vu le jour aux Etats Unis en 1882 et a eacuteteacute conccedilu par Thomas
Edison Crsquoeacutetait un reacuteseau local agrave courant continu et servait agrave assurer lrsquoeacuteclairage de la reacutegion de
Manhattan La distribution de lrsquoeacutenergie eacutetait assureacutee par des cacircbles souterrains
Avec lrsquoinvention du transformateur par William Stanley en 1885 et celle du moteur agrave
courant alternatif par Nikola Tesla en 1888 les reacuteseaux agrave courant alternatif commencegraverent agrave
prendre le pas sur les reacuteseaux agrave courant continu du fait qursquoil eacutetait devenu possible drsquoacheminer
plus de puissance sur de plus grandes distances gracircce agrave des niveaux de tension plus eacuteleveacutes
Un autre avantage non neacutegligeable du courant alternatif est la suppression du collecteur
donc des problegravemes de commutation dans les alternateurs ce qui a permis de construire des
alternateurs de grande puissance agrave moyenne tension Les reacuteseaux eacutetaient drsquoabord monophaseacutes
puis triphaseacutes (23 kV en 1893) et agrave diffeacuterentes freacutequences (28Hz agrave 133Hz) Progressivement
la neacutecessiteacute de mise en fonctionnement en parallegravele et drsquointerconnexion des diffeacuterents reacuteseaux
a conduit agrave la standardisation de la freacutequence
60 Hz aux Etats Unis et au Canada
50 Hz pour la majoriteacute des pays en Afrique Asie et Europe
Les niveaux de tensions ont eux aussi eacutevolueacute graduellement jusqursquoagrave atteindre
aujourdrsquohui lrsquoUltra Haute tension 765 kV en service aux Etats Unis et ce depuis 1969Le
transport drsquoeacutenergie eacutelectrique sur de tregraves grandes distances est devenu plus avantageux en
courant continu qursquoen alternatif et ce gracircce au deacuteveloppement de lrsquoeacutelectronique de puissance
Ainsi il est plus eacuteconomique de convertir la THT ou UHT de lrsquoalternatif au continu de
transporter lrsquoeacutenergie eacutelectrique agrave lrsquoaide de deux lignes et de la reconvertir agrave lrsquoautre extreacutemiteacute
Des eacutetudes ont montreacute qursquoil eacutetait avantageux de recourir au courant continu lorsqursquoil
srsquoagissait de transporter de lrsquoeacutenergie eacutelectrique sur des distances supeacuterieures ou eacutegales agrave 500
km
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
14
CHAPITRE I
Lrsquoaccroissement eacutenorme de la demande de lrsquoeacutenergie eacutelectrique et les contraintes
eacuteconomiques de construire de nouveaux ouvrages conduisent agrave lrsquoexploitation des reacuteseaux
eacutelectriques preacutes de leurs limites de stabiliteacute et de seacutecuriteacute En effet lrsquoinstabiliteacute des reacuteseaux
eacutelectriques preacutesente un problegraveme majeur dans le bon fonctionnement de ces derniers autour du
monde Les perturbations ineacutevitables telles que les courts circuits les indisponibiliteacutes
momentaneacutees des lignes de transmission des geacuteneacuterateurs les transformateurs ainsi que les
pertes dans les lignes peuvent affecter le reacuteseau eacutelectrique agrave tout instant et lrsquoamener en dehors
de sa zone de stabiliteacute La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique est donc la proprieacuteteacute qui lui permet
de rester dans un eacutetat drsquoeacutequilibre pour des conditions de fonctionnement normales et de
retrouver un eacutetat drsquoeacutequilibre acceptable suite agrave une perturbation
I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique
Les reacuteseaux eacutelectriques (transport et distribution) ont pour rocircle drsquoacheminer lrsquoeacutenergie
des sites de production vers les lieux de consommation avec des eacutetapes de baisse du niveau
de tension dans des postes de transformation
Les reacuteseaux eacutelectriques ont pour fonction dinterconnecter les centres
de production tels que les centrales hydrauliques thermiquesetc avec les centres de
consommation (villes usines) [1]
I21) De la centrale aux abonneacutes
La tension agrave la sortie des grandes centrales est porteacutee agrave 400 000 volts (ou 400 kV) pour
limiter les pertes drsquoeacutenergies sous forme de chaleur dans les cacircbles des lignes eacutelectriques de
transport (ce sont les pertes par laquo effets de joule raquo) Ensuite la tension est progressivement
reacuteduite au plus preacutes de la consommation pour arriver aux diffeacuterents niveaux de tension
auxquels sont raccordeacutes les consommateurs (figure I1)
Centrale
De
Production
Poste de
Transformation
THT HT
Poste de
Transformation
MT BT
Poste de
Transformation
HT HT
Abonneacutes HT Abonneacutes BT Abonneacutes MT
Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique
Poste de
Transformation
HTMT
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
15
CHAPITRE I
Les reacuteseaux publics drsquoeacutelectriciteacute (figure I2) sont constitueacutes drsquoun ensemble de
conducteurs et de postes eacutelectriques permettant drsquoacheminer lrsquoeacutenergie depuis les installations
de production jusqursquoaux installations de consommation
Les conducteurs sont les lignes aeacuteriennes ou les cacircbles souterrains (ou les cacircblages
courant en faccedilades drsquoimmeubles) desservant le territoire selon un scheacutema mailleacute ou
arborescent Pour des raisons tenant agrave des calculs technico-eacuteconomiques ils sont exploiteacutes agrave
diffeacuterents niveaux de tension
Les postes eacutelectriques sont situeacutes aux nœuds du maillage ou de lrsquoarborescence des
conducteurs Ils accueillent les transformateurs (pour le changement de niveau de tension) les
organes drsquoaiguillage et de manœuvre des flux et les eacutequipements de surveillance et de seacutecuriteacute
du reacuteseau [2]
Le but premier dun reacuteseau deacutenergie est de pouvoir alimenter la demande des
consommateurs Comme on ne peut encore stocker eacuteconomiquement et en grande quantiteacute
leacutenergie eacutelectrique il faut pouvoir maintenir en permanence leacutegaliteacute [3]
(I1)
Figure I2 Reacuteseaux publiques
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
16
CHAPITRE I
Le reacuteseau eacutelectrique est exploiteacute de maniegravere agrave assurer trois principaux objectifs
bull La distribution drsquoeacutelectriciteacute doit pouvoir ecirctre garantie et ce malgreacute les aleacuteas du reacuteseau
En effet celle-ci est un enjeu agrave la fois financier et de seacutecuriteacute pour les biens mateacuteriels
et des personnes Ainsi lrsquoopeacuterateur du reacuteseau doit ecirctre capable de faire face agrave ces aleacuteas
et drsquoeacuteviter les deacutegacircts potentiels ainsi que leurs propagations Cet enjeu de sucircreteacute de
fonctionnement en reacutegime normal et en reacutegime perturbeacute est un des premiers objectifs
bull Lrsquoonde de tension fait lrsquoobjet drsquoengagement contractuel que lrsquoopeacuterateur se doit de
ternir en respectant une regravegle drsquoeacutegaliteacute cest-agrave-dire une impartialiteacute entre clients en
conservant une continuiteacute de service maximale
bull Le dernier objectif drsquoexploitation est un objectif eacuteconomique lrsquoexploitation doit ecirctre
meneacutee de maniegravere optimale dans le but de reacuteduire les pertes ainsi que les coucircts de
maintenance et drsquoinvestissement Drsquoautre part lrsquoexploitation doit favoriser lrsquoouverture
du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute
I 3) Fonctionnent du reacuteseau eacutelectrique
Lrsquoeacutelectriciteacute produite par les centrales est drsquoabord achemineacutee sur de longues distances
dans des lignes agrave haute tension (HTB) geacutereacutees par RTE (Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute)
Elle est ensuite transformeacutee en eacutelectriciteacute agrave la tension HTA pour pouvoir ecirctre
achemineacutee par le reacuteseau de distribution Cette transformation intervient dans les postes
sources
Une fois sur le reacuteseau de distribution lrsquoeacutelectriciteacute haute tension HTA alimente
directement les clients industriels Pour les autres clients (particuliers commerccedilants
artisans) elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation avant
drsquoecirctre livreacutee
Au final la qualiteacute de lrsquoalimentation en eacutelectriciteacute des utilisateurs du reacuteseau est donc le
reacutesultat de la qualiteacute de tout ce parcours [4]
I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectriques
Dans les pays doteacutes drsquoun systegraveme eacutelectrique eacutelaboreacute le reacuteseau est structureacute en plusieurs
niveaux assurant des fonctions speacutecifiques propres et caracteacuteriseacutes par des tensions adapteacutees agrave
ces fonctions
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
17
CHAPITRE I
Traditionnellement les reacuteseaux eacutelectriques sont deacutecomposeacutes en trois sous-systegravemes la
geacuteneacuteration le transport et la distribution (figure I3) Chaque sous-systegraveme est relieacute par des
postes sources chargeacutes de lrsquoadeacutequation des niveaux de tension
Dans le contexte de ce paragraphe nous allons preacutesenter la structure et la topologie du
reacuteseau eacutelectrique Algeacuterien (les informations des paragraphes ci ndashdessous sont prises lors drsquoun
stage effectueacute agrave la SDO
I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie
I411) Reacuteseaux drsquoutilisation
Ces sont les reacuteseaux de basse tension (BT) qui alimentent les maisons lrsquoeacuteclairage
public les moteurs et les appareils domestiques Ce type de reacuteseau eacutelectrique doit preacutesenter
une continuiteacute de service permanente Geacuteneacuteralement la gamme de tension est de 220 volts agrave
380 volts
Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
18
CHAPITRE I
I412) Reacuteseaux de distribution
Ce sont les reacuteseaux de moyenne tension (MT) qui fournissent aux reacuteseaux
drsquoutilisation les puissances neacutecessaires demandeacutees Ils doivent observer des distances limiteacutees
de voisinage crsquoest pour cela que ces reacuteseaux se reacutealisent en souterrain dans les villes (En
Algeacuterie le niveau de tension de distribution de lrsquoeacutenergie est fixeacute agrave 10 kV)
I413) Reacuteseaux de reacutepartition
Ce sont les reacuteseaux HTMT (3010 kV) ils fournissent les puissances neacutecessaires
aux reacuteseaux de distribution relieacutes entre eux ils facilitent le secours mutuel entre reacutegions
I414) Reacuteseaux de transport
Ils assurent lrsquoalimentation de lrsquoensemble du territoire national gracircce agrave des
transits de puissances importantes et de tensions qui sont de 60 220 et 400 kV
I42) Topologie des reacuteseaux
Les reacuteseaux doivent assurer le transit de lrsquoeacutenergie eacutelectrique avec une seacutecuriteacute
suffisante cette seacutecuriteacute drsquoalimentation est augmenteacutee soit
Par les lignes aux appareillages plus solides
Par des circuits plus nombreux
I421) Reacuteseaux radiaux
Le principe de fonctionnement de reacuteseau radial est agrave une seule voie drsquoalimentation Ceci
signifie que tout point de consommation sur une telle structure ne peut ecirctre alimenteacute que par
un seul chemin eacutelectrique possible Il est de type arborescent Cette arborescence se deacuteroule agrave
partir des points drsquoalimentation qui sont constitueacutes par les postes de distribution publique
HTBHTA ou HTAHTA (reacutepartition) Ce scheacutema (figure I4) est particuliegraverement utiliseacute pour
la distribution de la MT en milieu rural En effet il permet facilement et agrave un moindre coucirct
drsquoacceacuteder agrave des points de consommation de faible densiteacute de charge (gtgt10 kVA) et largement
reacutepartis geacuteographiquement (gtgt 100 km2)
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
19
CHAPITRE I
I422) Reacuteseaux boucleacutes
Cette topologie (Figure I5) est surtout utiliseacutee dans les reacuteseaux de reacutepartition et
distribution MT Les postes de reacutepartition HT ou MT alimenteacutes agrave partir du reacuteseau THT sont
relieacutes entre eux pour former des boucles ceci dans le but drsquoaugmenter la disponibiliteacute
Cependant il faut noter que les reacuteseaux MT ne sont pas forcement boucleacutes [23]
1 Source
2 Poste MTHT
3 Poste MTBT
4 Consommateur
Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute
Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
20
CHAPITRE I
I423) Reacuteseaux mailleacutes
Cette topologie (Figure I6) est presque la norme pour les reacuteseaux de transport Tous les
centres de production sont lieacutes entre eux par des lignes THT au niveau des postes
drsquointerconnexion ce qui forme un maillage Cette structure permet une meilleure fiabiliteacute
mais neacutecessite une surveillance agrave lrsquoeacutechelle nationale voire continentale
On obtient ainsi une meilleure seacutecuriteacute mais agrave un prix plus chers [5]
I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques [6]
Lrsquointerconnexion entre les reacuteseaux de transport drsquoeacutelectriciteacute sert agrave faire passer lrsquoeacutenergie
drsquoun pays agrave un autre Leur rocircle premier est de permettre drsquoassurer la distribution drsquoeacutelectriciteacute
en cas de deacutefaillance soudaine sur le reacuteseau national en faisant appel agrave lrsquoeacutenergie produite et
transporteacutee par les pays voisins
Lrsquointerconnexion des reacuteseaux permet de rendre solidaires les pays voisins et de
diversifier les sources de production Ce foisonnement renforce la seacutecuriteacute
drsquoapprovisionnement et diminue le risque de panne geacuteneacuteraliseacutee
Les infrastructures existantes doivent ecirctre adapteacutees afin drsquoacheminer lrsquoeacutenergie
produite par les nouvelles sources renouvelables
Les infrastructures eacutenergeacutetiques doivent permettre en augmentant les eacutechanges
interreacutegionaux de favoriser la concurrence et drsquoameacuteliorer le fonctionnement du marcheacute
Source 1 Source 2 Source 3 Source 4
Source 5 Source 6
Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
21
CHAPITRE I
I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du Maghreb Arabe
Degraves le mois de juin 1974 bien avant la constitution de lrsquoUnion du Maghreb Arabe
(UMA) en 1989 les entreprises publiques drsquoeacutelectriciteacute des trois pays lrsquoOffice National
Marocain de lrsquoElectriciteacute (ONE) la Socieacuteteacute Nationale Algeacuterienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz
(SONELGAZ) la Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz (STEG) ont deacutecideacute la creacuteation
du Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute (Comelec) immeacutediatement enteacuterineacutee par le Conseil
Permanent Consultatif Maghreacutebin (CPCM) qui regroupe les ministres de lrsquoEconomie des trois
pays
Les compagnies des deux autres pays ont rejoint le Comiteacute Sonelec (Mauritanie) en
1975 et Gecol (Libye) en 1989 apregraves la constitution de lrsquoUMA formant ainsi le groupe
speacutecialiseacute le plus ancien de lrsquoUnion dont les missions consistent agrave promouvoir et coordonner
agrave lrsquoeacutechelle maghreacutebine et vis agrave vis des institutions internationales les relations sur le plan
technique eacuteconomique commercial industriel du management de la formation et des
relations sociales Dans ce cadre des actions concregravetes et efficaces ont eacuteteacute conduites en
commun
bull Renforcement des lignes drsquointerconnexion et deacuteveloppement des eacutechanges eacutelectriques
avec pour finaliteacute drsquoassurer une solidariteacute des reacuteseaux tout en eacutevitant les risques de
propagation drsquoincidents graves
bull Programmes drsquoeacutequipement et eacutetude de projets communs diffusion drsquoun scheacutema
directeur agrave long terme du reacuteseau maghreacutebin projets de station de pompage ou mecircme de
centrale nucleacuteaire
bull Elaboration et mise agrave jour permanente drsquoune carte du reacuteseau eacutelectrique maghreacutebin y
compris le reacuteseau de distribution impliquant lrsquoalimentation des villages frontaliers agrave partir du
reacuteseau le plus proche et dans les conditions technico - eacuteconomiques les plus favorables la
premiegravere action et probablement la plus symbolique a eacuteteacute lrsquoalimentation du village tunisien
martyre de Sakiet Sidi Youcef agrave partir du reacuteseau algeacuterien ou du village marocain de Figuig agrave
partir du reacuteseau algeacuterien agrave Beni Ounif
bull Utilisation commune des structures de formation eacutelectriques et gaziegraveres
bull Promotion de lrsquointeacutegration industrielle maghreacutebine de lrsquointervention des bureaux
drsquoeacutetudes et entreprises de travaux et de fabrication de mateacuteriel eacutelectrique du Maghreb agrave
travers notamment le renforcement de la fonction engineering [7]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
22
CHAPITRE I
I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique
La qualiteacute de cette eacutenergie deacutepend de celle de la tension aux points de raccordement
toutefois cette tension subit geacuteneacuteralement beaucoup de perturbations de deux origines
distinctes drsquoune part les perturbations de courant causeacutees par le passage dans les reacuteseaux
eacutelectriques des courants perturbateurs comme les courants harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et
reacuteactifs et drsquoautre part les perturbations de tension causeacutees par des tensions perturbatrices
comme les tensions harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et les creux de tension [8]
La qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique est consideacutereacutee comme une combinaison de la qualiteacute
de la tension et de la qualiteacute du courant Nous allons donc deacutefinir ces deux notions dans la
suite de ce paragraphe
I61) Qualiteacute de la tension
Dans la pratique lrsquoeacutenergie eacutelectrique distribueacutee se preacutesente sous la forme drsquoun ensemble
de tensions constituant un systegraveme alternatif triphaseacute qui possegravede quatre caracteacuteristiques
principales amplitude freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie [9]
I611) Amplitude
Lrsquoamplitude de la tension est un facteur crucial pour la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute Elle
constitue en geacuteneacuteral le premier engagement contractuel du distributeur drsquoeacutenergie
Habituellement lrsquoamplitude de la tension doit ecirctre maintenue dans un intervalle de plusmn 10
autour de la valeur nominale
Dans le cas ideacuteal les trois tensions ont la mecircme amplitude qui est une constante
Cependant plusieurs pheacutenomegravenes perturbateurs peuvent affecter lrsquoamplitude des tensions En
fonction de la variation de lrsquoamplitude on distingue deux grandes familles de perturbations
- Les creux de tension coupures et surtensions Ces perturbations se caracteacuterisent par des
variations importantes de lrsquoamplitude Elles ont pour principale origine des courts-circuits et
peuvent avoir des conseacutequences importantes pour les eacutequipements eacutelectriques
- Les variations de tension Ces perturbations se caracteacuterisent par des variations de
lrsquoamplitude de la tension infeacuterieure agrave 10 de sa valeur nominale Elles sont geacuteneacuteralement
dues agrave des charges fluctuantes ou des modifications de la configuration du reacuteseau
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
23
CHAPITRE I
I612) Freacutequence
Dans le cas ideacuteal les trois tensions sont alternatives et sinusoiumldales drsquoune freacutequence
constante de 50 ou 60 Hz selon le pays Des variations de freacutequence peuvent ecirctre provoqueacutees
par des pertes importantes de production de lrsquoicirclotage drsquoun groupe sur ses auxiliaires ou son
passage en reacuteseau seacutepareacute ou drsquoun deacutefaut dont la chute de tension reacutesultante entraicircne une
reacuteduction de la charge [9]
I613) Forme drsquoonde
La forme drsquoonde des trois tensions formant un systegraveme triphaseacute doit ecirctre la plus proche
possible drsquoune sinusoiumlde En cas de perturbations au niveau de la forme drsquoonde la tension
nrsquoest plus sinusoiumldale et peut en geacuteneacuteral ecirctre consideacutereacutee comme une onde fondamentale agrave
50Hz associeacutee agrave des ondes de freacutequences supeacuterieures ou infeacuterieures agrave 50 Hz appeleacutees
eacutegalement harmoniques Les tensions peuvent eacutegalement contenir des signaux permanents
mais non-peacuteriodiques alors deacutenommeacutes bruits
I614) Symeacutetrie
La symeacutetrie drsquoun systegraveme triphaseacute se caracteacuterise par lrsquoeacutegaliteacute des modules des trois
tensions et celle de leurs deacutephasages relatifs La dissymeacutetrie de tels systegravemes est
communeacutement appeleacute deacuteseacutequilibre [9]
I62) Qualiteacute du courant
La qualiteacute du courant est relative agrave une deacuterive des courants de leur forme ideacuteale et se
caracteacuterise de la mecircme maniegravere que pour les tensions par quatre paramegravetres amplitude
freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie Dans le cas ideacuteal les trois courants sont drsquoamplitude et
de freacutequence constantes deacutephaseacutes de 2π3 radians entre eux et de forme purement
sinusoiumldale
Le terme laquo qualiteacute du courant raquo est rarement utiliseacute car la qualiteacute du courant est
eacutetroitement lieacutee agrave la qualiteacute de la tension et la nature des charges Pour cette raison laquo la
qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique raquo est souvent reacuteduite agrave laquo la qualiteacute de la tension raquo [10]
Crsquoest lrsquoobjectif de ce meacutemoire ougrave le terme de laquo qualiteacute de lrsquoeacutenergie raquo srsquoapplique
uniquement agrave celle de la tension [13]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
24
CHAPITRE I
I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique
Le reacuteseau eacutelectrique peut ecirctre soumis agrave de multiples perturbations Ces deacutefauts qui
peuvent ecirctre mesureacutes gracircce agrave lrsquoutilisation de centrales de mesure peuvent endommager les
machines et fragiliser toutes les installations eacutelectriques
Il existe diffeacuterents types de perturbations les creux de tension les surtensions
passagegraveres les pheacutenomegravenes transitoires les deacuteseacutequilibres les distensions harmoniques ou
encore les entailles de commutations [11]
I71) Classification des perturbations eacutelectriques
I711) Creux de tension et coupures
Un creux de tension (figure I7) est une baisse brutale de la tension en un point drsquoun
reacuteseau drsquoeacutenergie eacutelectrique agrave une valeur comprise (par convention) entre 90 et 1 (CEI
61000-2-1 CENELEC EN 50160) ou entre 90 et 10 (IEEE 1159) drsquoune tension de
reacutefeacuterence (119880119903119890119891) suivie drsquoun reacutetablissement de la tension apregraves un court laps de temps compris
entre la demi-peacuteriode fondamentale du reacuteseau (10 ms agrave 50 Hz) et une minute
La tension de reacutefeacuterence est geacuteneacuteralement la tension nominale pour les reacuteseaux BT et la
tension deacuteclareacutee pour les reacuteseaux MT et HT
Une tension de reacutefeacuterence glissante eacutegale agrave la tension avant perturbation peut aussi ecirctre
utiliseacutee sur les reacuteseaux MT et HT eacutequipeacutes de systegraveme de reacuteglage (reacutegleur en charge) de la
tension en fonction de la charge Ceci permet drsquoeacutetudier (agrave lrsquoaide de mesures simultaneacutees dans
Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
25
CHAPITRE I
chaque reacuteseau) le transfert des creux entre les diffeacuterents niveaux de tension La meacutethode
habituellement utiliseacutee pour deacutetecter et caracteacuteriser un creux de tension est le calcul de la
valeur efficace laquo rms (12) raquo du signal sur une peacuteriode du fondamental toutes les demi-
peacuteriodes (recouvrement drsquoune demi-peacuteriode)
La figure (I8) montre les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension qui sont donc
bull sa profondeur ∆U (ou son amplitude U)
bull sa dureacutee ∆T deacutefinie comme le laps de temps
a) Origines des creux de tension et coupures
Les creux de tension et les coupures bregraveves sont principalement causeacutes par des
pheacutenomegravenes conduisant agrave des courants eacuteleveacutes qui provoquent agrave travers les impeacutedances des
eacuteleacutements du reacuteseau une chute de tension drsquoamplitude drsquoautant plus faible que le point
drsquoobservation est eacutelectriquement eacuteloigneacute de la source de la perturbation
Les creux de tension et les coupures bregraveves ont diffeacuterentes causes
bull des deacutefauts sur le reacuteseau de transport (HT) de distribution (BT et MT) ou sur
lrsquoinstallation elle-mecircme [9]
Les creux de tension et les coupures bregraveves sont causeacutes par des pheacutenomegravenes aleacuteatoires
Ces pheacutenomegravenes concernent soit le reacuteseau du distributeur soit le reacuteseau de lrsquoutilisateur [12]
Figure I8 Les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12)
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
26
CHAPITRE I
I712) Harmonique
Une harmonique (figure I9) est une composante sinusoiumldale drsquoune onde peacuteriodique ou
drsquoune quantiteacute posseacutedant une freacutequence qui est multiple entier de la freacutequence fondamentale
a) Inters harmoniques
Les inter-harmoniques sont des signaux de freacutequence non multiple de la freacutequence
fondamentale
b) Infra-harmoniques
Les infra harmoniques sont des signaux de freacutequence infeacuterieure agrave celle du fondamentale
c) Conseacutequences des harmoniques
Les courants harmoniques qui se propagent dans les reacuteseaux eacutelectriques deacuteforment
lrsquoallure du courant de la source et polluent les consommateurs alimenteacutes par les mecircmes
reacuteseaux On peut classer les effets engendreacutes par les harmoniques en deux types [8]
les effets instantaneacutes
les effets agrave terme
d) Les principales sources drsquoharmoniques
Ce sont des charges qursquoil est possible de distinguer selon leurs domaines industrielles
ou domestiques
Les charges industrielles
Eacutequipements drsquoeacutelectroniques de puissance variateurs de vitesse redresseurs agrave
diodes ou agrave thyristors onduleurs alimentations agrave deacutecoupage
Charges utilisant lrsquoarc eacutelectrique fours agrave arc machines agrave souder eacuteclairage
(lampes agrave deacutecharge tubes fluorescents) Les deacutemarrages de moteurs par
deacutemarreurs eacutelectroniques et les enclenchements de transformateurs de puissance
sont aussi geacuteneacuterateurs drsquoharmoniques (temporaires) [9]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
27
CHAPITRE I
I713) Surtensions
Ce pheacutenomegravene (figure I10) se produit lorsqursquoun composant eacutelectrique posseacutedant deux
bornes reccediloit une tension supeacuterieure agrave celle de la tension normale du circuit [13]
Les surtensions sont de trois natures
bull Temporaires (agrave freacutequence industrielle)
bull De manœuvre
bull Drsquoorigine atmospheacuterique (foudre)
Elles peuvent apparaicirctre
bull en mode diffeacuterentiel (entre conducteurs actifs phph ndash phneutre)
bull en mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) [10]
Figure I9 Harmoniques
Figure I10 Exemple de surtension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
28
CHAPITRE I
a) Origine ou causes des surtensions
Les orages sont des eacuteveacutenements tregraves habituels et aussi tregraves dangereux On estime que
sur notre planegravete se produisent simultaneacutement quelques 2000 orages et quenviron 100 coups
de foudre se deacutechargent sur la terre chaque seconde Au total cela repreacutesente environ 4000
orages quotidiens et 9 millions de deacutecharges atmospheacuteriques chaque jour
Au moment de lrsquoimpact la foudre provoque une impulsion de courant qui arrive agrave
atteindre des dizaines de milliers drsquoampegraveres Cette deacutecharge geacutenegravere une surtension dans le
systegraveme eacutelectrique qui peut provoquer des incendies la destruction de machines et la mort de
personnes [14]
I714) Variations et fluctuations de tension
Des variations rapides de tension reacutepeacutetitives ou aleacuteatoires (figure I11) sont provoqueacutees
par des variations rapides de puissance absorbeacutee ou produite par des installations telles que les
soudeuses fours agrave arc eacuteoliennes etc [15]
Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations
cycliques ou aleacuteatoires de lrsquoenveloppe drsquoune tension dont les caracteacuteristiques sont la
freacutequence de la variation et lrsquoamplitude
a) Origines des variations et fluctuations de tension
bull Les variations lentes de tension sont causeacutees par la variation lente des charges
connecteacutees au reacuteseau
bull Les fluctuations de tension sont principalement dues agrave des charges industrielles
rapidement variables comme les machines agrave souder les fours agrave arc les laminoirs
Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
29
CHAPITRE I
I715) Deacuteseacutequilibres
Dans un reacuteseau triphaseacute on a ideacutealement des amplitudes eacutegales de la tension et du
courant respectivement sur chacune des trois phases et un angle de phase de 120 degreacutes
Lorsque les tensions ou les courants preacutesentent une diffeacuterence drsquoamplitude il y a deacuteseacutequilibre
(figure I12) et cela peut causer des problegravemes pour les eacutequipements triphaseacutes brancheacutes au
reacuteseau Lrsquoimpact le plus courant du deacuteseacutequilibre est la surchauffe des eacutequipements et par
conseacutequent la deacutegradation de lrsquoisolation eacutelectrique et la reacuteduction de la dureacutee de vie
a) Origines de deacuteseacutequilibres
Les deacuteseacutequilibres de tension surviennent habituellement en preacutesence drsquoun deacuteseacutequilibre
des charges et de leurs appels de courant En effet toute charge triphaseacutee doit appeler un
courant identique sur chaque phase Quant aux charges monophaseacutees brancheacutees agrave un reacuteseau
triphaseacute on doit les reacutepartir le plus uniformeacutement possible entre les trois phases
De plus certains deacuteseacutequilibres de tension reacutesultent de lrsquoexploitation et de la nature des
eacutequipements du reacuteseau eacutelectrique [16]
I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations
La figure (I13) preacutesente une classification possible des diffeacuterents types de
perturbations Il est agrave noter qursquoaucune classification ne fait actuellement reacutefeacuterence et drsquoautres
notions peuvent ecirctre parfois utiliseacutees variations rapides de tension surtensions temporaires
etc Il faut noter eacutegalement que lrsquoimpact agrave long terme de ces diffeacuterents types de perturbations
sur la dureacutee de vie des appareils eacutelectriques reste aujourdrsquohui assez meacuteconnu Preacutecisons enfin
qursquoen langage courant le terme tension fait le plus souvent reacutefeacuterence agrave la valeur efficace de
Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
30
CHAPITRE I
lrsquoonde de tension ou agrave une moyenne de la valeur efficace sur une certaine dureacutee (pour une
onde imparfaitement peacuteriodique la valeur efficace nrsquoa de sens que localement pour un
intervalle de temps suffisamment court) et non agrave la valeur instantaneacutee de la tension (qui
oscille autour de 0 V avec une peacuteriode de 20 ms)
I72) Le systegraveme de protection
A lrsquoinstar des alternateurs des transformateurs et des lignes drsquoautres dispositifs
existent pour assurer non seulement un fonctionnement normal mais aussi la protection des
eacutequipements et du personnel drsquoexploitation du reacuteseau Cela englobe les transformateurs de
mesures les disjoncteurs les interrupteurs les sectionneurs les fusibles les eacuteclateurs et sont
directement relieacutes au reacuteseau Ces dispositifs permettent drsquointerrompre volontairement et agrave
Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
31
CHAPITRE I
tout moment la fourniture drsquoeacutenergie eacutelectrique mais aussi automatiquement agrave la survenance
drsquoune quelconque perturbation (deacutefaut) Les eacutequipements de controcircle associeacutes agrave ces dispositifs
ainsi que les relais de protection sont installeacutes dans des salles de controcircle [17]
I8) La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique de HT est une proprieacuteteacute dun systegraveme de puissance
qui lui permet de rester dans un eacutetat deacutequilibre dans des conditions normales de
fonctionnement et de retrouver un eacutetat acceptable deacutequilibre apregraves avoir eacuteteacute soumis agrave
une perturbation [18]
Une perturbation sur un reacuteseau peut ecirctre une manœuvre preacutevue comme lenclenchement
dune inductance shunt ou non preacutevue comme un court-circuit causeacute par la foudre entre une
phase et la terre par exemple Lors de la perturbation lamplitude de la tension aux diffeacuterents
jeux de barres du reacuteseau peut varier ainsi que la freacutequence La variation de la freacutequence est
due aux variations de la vitesse des rotors des alternateurs [19]
I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques
La stabiliteacute peut ecirctre eacutetudieacutee en consideacuterant la topologie du reacuteseau sous
diffeacuterents angles Lrsquoeacutetat de fonctionnement drsquoun reacuteseau eacutelectrique est deacutecrit selon des
grandeurs physiques telles que lamplitude et langle de phase de la tension agrave chaque bus et la
puissance active reacuteactive circulant dans chaque ligne et la vitesse de rotation de la
geacuteneacuteratrice synchrone Si elles ne sont pas constantes le reacuteseau eacutelectrique est consideacutereacute
comme eacutetant en perturbations [16]
La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee selon la nature de la perturbation
Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor
Stabiliteacute de la freacutequence
Stabiliteacute de la tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
32
CHAPITRE I
La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee en petite et grande amplitude de perturbation en
fonction de lrsquoorigine et de lampleur du deacutefaut Par rapport au temps deacutevaluation la
stabiliteacute peut ecirctre agrave courte ou agrave longue dureacutee tel qursquoil est deacutecrit dans la figure (I14)
I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire)
Dans un reacuteseau eacutelectrique la stabiliteacute de lrsquoangle du rotor est deacutefinie comme la capaciteacute
drsquoun ensemble de geacuteneacuteratrices synchrones interconnecteacutees de conserver le synchronisme
dans des conditions de fonctionnement normales ou apregraves une perturbation Un systegraveme
est instable si la diffeacuterence entre les angles rotoriques des geacuteneacuterateurs augmente
indeacutefiniment ou si loscillation transitoire provoqueacutee par une perturbation nest pas
suffisamment amortie dans le temps deacutevaluation
Lrsquoinstabiliteacute angulaire se manifeste sous forme drsquoun eacutecart croissant entre les angles
rotorique Une machine qui a perdu le synchronisme sera deacutebrancheacutee par une protection de
survitesse ou par une protection de perte de synchronisme ce qui met en danger lrsquoeacutequilibre
production consommation du systegraveme
Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique [18]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
33
CHAPITRE I
I8211) Stabiliteacute angulaire aux petites perturbations
Elle concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir le synchronisme en preacutesence
de petites perturbations comme une petite variation de la charge ou de geacuteneacuteration manœuvre
drsquoeacutequipement etc Lrsquoeacutevaluation de ce type de perturbation prend quelques secondes
a) La stabiliteacute statique
Apregraves le reacutegime transitoire ducirc agrave la perturbation le systegraveme entre dans le reacutegime
permanent Dans ce cas pour eacutetudier le systegraveme il faut eacutevaluer la stabiliteacute statique du reacuteseau
Le systegraveme nest pas stable si les contraintes de fonctionnement ne sont pas respecteacutees
Cet eacutetat est appeleacute lrsquoeacutetat instable ou leacutetat durgence
Dans un reacuteseau qui est dans leacutetat durgence les opeacuterateurs du centre de controcircle ont
suffisamment de temps pour ramener le systegraveme agrave leacutetat stable ou au reacutegime normal en
apportant des modifications suppleacutementaires [20]
b) Stabiliteacute dynamique
Si une perturbation mineure est effectueacutee sur le reacuteseau agrave partir dun reacutegime permanent
stable et que le reacuteseau retrouve son mode de fonctionnement normal en reacutegime permanent le
reacuteseau est dit dynamiquement stable Pour un reacuteseau deacutenergie eacutelectrique on entend par
perturbation mineure des manœuvres ou des opeacuterations normales sur le reacuteseau comme
lenclenchement dune inductance shunt ou des variations mineures de la charge
c) Stabiliteacute transitoire
Lorsquil y a une perturbation majeure sur le reacuteseau et que le reacuteseau retrouve son mode
de fonctionnement normal apregraves la perturbation alors le reacuteseau est dit transitoirement stable
Les perturbations majeures sont les courts-circuits les pertes de lignes les bris deacutequipements
majeurs comme les transformateurs de puissance et les alternateurs peuvent ecirctre tregraves graves
pouvant mecircme conduire agrave lrsquoeffondrement total du reacuteseau Si lrsquoinstabiliteacute se manifeste
directement suite agrave la perturbation (plus preacuteciseacutement dans la premiegravere La stabiliteacute transitoire
deacutepend de la relation non-lineacuteaire couples- angles Le pheacutenomegravene de la stabiliteacute transitoire
concerne les grandes perturbations telles que [15]
Les courts-circuits affectant un eacuteleacutement du reacuteseau notamment aux bornes des
machines
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
34
CHAPITRE I
La perte drsquoun ouvrage (eg une ligne de transmissionhellip)
La perte drsquoun groupe de production
Les conseacutequences de ces deacutefauts seconde qui suit lrsquoeacutelimination du deacutefaut) elle est
appeleacutee instabiliteacute de premiegravere oscillation (en anglais First Swing Instability) (cas 1 figure
I15) et elle srsquoeacutetend sur 3 agrave 5 secondes Elle peut reacutesulter de la superposition des effets de
plusieurs modes drsquooscillation lents exciteacutes par la perturbation provoquant ainsi une variation
importante de lrsquoangle de rotor au-delagrave de la premiegravere oscillation (instabiliteacute de multi
oscillations) (cas 2 figure I15) La gamme de temps associeacutee srsquoeacutetend de 10 agrave 20 secondes
[25]
I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire
En vue de son importance dans la planification la conception et lrsquoexploitation des
reacuteseaux drsquoeacutenergie eacutelectrique lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire reste un deacutefit majeur
pour les ingeacutenieurs pour eacuteviter tous eacuteveacutenement qui peut conduire vers un black out Les
solutions envisageables drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire se basent sur [8]
bull Augmentation de la constante drsquoinertie des geacuteneacuterateurs
bull Augmentation de la puissance active
bull Installation des protections et des appareils de coupure rapides
bull Implantation des valves rapides des turbines agrave gaz
bull Installation des reacutesistances drsquoamortissement
bull Utilisation des PSS
bull Controcircle rapide et flexible de lrsquoeacutecoulement de puissance
a- Stable
b- instable
Cas 1 instabiliteacute de premiegravere oscillation Cas 2 instabiliteacute de plusieurs oscillations
Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
35
CHAPITRE I
I822) Stabiliteacute de la freacutequence
La stabiliteacute de freacutequence concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir sa freacutequence
proche de la valeur nominale suite agrave un incident seacutevegravere ayant ou non conduit agrave un
morcellement du systegraveme La stabiliteacute de freacutequence est eacutetroitement lieacutee agrave lrsquoeacutequilibre global
entre la puissance active produite et consommeacutee [20]
I823) Stabiliteacute de tension
Dans des conditions de fonctionnement normales ou suite agrave une perturbation La
stabiliteacute de tension concerne la capaciteacute dun systegraveme de puissance agrave maintenir des tensions
acceptables en tous ses nœuds En fonctionnement normal lorsque nous connectons des
eacutequipements consommateurs agrave un reacuteseau eacutelectrique la tension au point de raccordement
tombe leacutegegraverement et la puissance totale consommeacutee augmente
Selon lrsquoamplitude de la perturbation on distingue la stabiliteacute de tension de
petites perturbations et celle de grandes perturbations [20]
Lrsquoinstabiliteacute reacutesultante peut se produire sous forme de chute progressive ou eacuteleacutevation de
la tension de quelques jeux de barres Les reacutesultats possibles de lrsquoinstabiliteacute de tension sont la
perte de la charge dans un secteur ou deacuteclenchement des lignes de transmission et mecircme
drsquoautres eacuteleacutements par leurs systegravemes de protection agrave des pannes en cascades Il est deacutemontreacute
que la majoriteacute des blackouts sont causeacutes par lrsquoinstabiliteacute de tension [8]
I8231) Instabiliteacute de la tension
On deacutefinit la stabiliteacute de la tension comme la capaciteacute de maintenir une tension de barre
constamment acceptable agrave chaque nœud du reacuteseau dans des conditions normales de
fonctionnement apregraves avoir subi une perturbation Leacutetat du reacuteseau est dit instable en tension
lorsquune perturbation un accroissement de la charge ou une modification de la condition du
reacuteseau entraicircne une chute de tension progressive et incontrocirclable de la tension aboutissent en
un effondrement geacuteneacuteraliseacute de la tension [16]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
36
CHAPITRE I
I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension
Les problegravemes drsquoapparition du pheacutenomegravene drsquoeacutecroulement de tension sont toujours lieacutes agrave
la difficulteacute de reacutegler la tension au dessus drsquoune certaine valeur appeleacutee tension critique
Geacuteneacuteralement lrsquoeffondrement de tension se produit dans les reacuteseaux eacutelectriques qui sont
fortement chargeacutes court-circuiteacutes etou ont un manque de puissance reacuteactive
I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites perturbations
La stabiliteacute de tension de petites perturbations concernes la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique
agrave maintenir la tension dans les limites permise en preacutesence de perturbations telles que une
variation faible de la charge de la production etc [18]
I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes perturbations
Elle est deacutefinie comme la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique agrave maintenir les tensions des
nœuds dans les limites de fonctionnement permise en preacutesence des grandes perturbations agrave
savoir la perte drsquoun eacutequipement de transport ou de production le court circuithellipetc [18]
Dans ce meacutemoire nous nous inteacuteressons seulement agrave la stabiliteacute de tension Une eacutetude
deacutetailleacutee sera preacutesenteacutee dans la section suivante
I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension
La plupart de ces changements ont des effets significatifs sur la production la
consommation et la transmission de puissance reacuteactive ainsi sur la stabiliteacute de tension Par
conseacutequent des mesures peuvent ecirctre utiliseacutees pour ameacuteliorer la stabiliteacute de tension tels que
- Un controcircle automatique des condensateurs shunts
- Un blocage des reacutegleurs en charge automatique
- Une nouvelle reacutepartition de la geacuteneacuteration
- Une replanification du fonctionnement des geacuteneacuterateurs et des nœuds de commande
- Une reacutegulation de tension secondaire
- Un plan de deacutelestage
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
37
CHAPITRE I
I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation
Dans la plupart du temps les sources drsquoeacutenergie eacutelectrique se trouvent loin des zones de
consommation Cette situation rend le transport de lrsquoeacutenergie reacuteactive tregraves difficile agrave cause des
pertes reacuteactives tregraves eacuteleveacutees Cette difficulteacute de transport drsquoeacutenergie reacuteactive augmente la
probabiliteacute drsquoapparition drsquoune instabiliteacute ou drsquoun effondrement de tension
I92) Charge appeleacutee trop importante
Lrsquoune des causes de lrsquoinstabiliteacute de tension correspond agrave une charge eacuteleveacutee Elle est
ducirce agrave lrsquoaugmentation croissante de la demande et agrave un large transfert drsquoeacutenergie entre
compagnies Une instabiliteacute de tension peut se produire en particulier lorsque la charge eacuteleveacutee
est plus importante que celle preacutevue et le risque est drsquoautant plus grand que la consommation
reacuteactive est eacutegalement plus grande que preacutevue [18]
I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport
Les planificateurs sont de plus en plus conscients des limites dutilisation des reacuteseaux de
transport et dinterconnexion La situation actuelle dans beaucoup de pays au monde est
caracteacuteriseacutee par les tendances suivantes
1 Augmentation de la consommation deacutelectriciteacute due agrave lindustrialisation agrave
lurbanisation et agrave la croissance de la population Avec laugmentation des transits
de puissance les reacuteseaux deviennent plus compliqueacutes agrave geacuterer subissent de grandes
variations de puissance et de grandes pertes Ceci fait que leur niveau de seacutecuriteacute
diminue
2 Contraintes eacutecologiques et administratives Le respect de lenvironnement joue un
rocircle important dans la socieacuteteacute actuelle et cest principalement pourquoi il est de
plus en plus difficile dobtenir des permis de construire pour de nouvelles lignes ou
pour limplantation de nouvelles centrales Dans laffirmative cela demande
plusieurs anneacutees
3 Contraintes opeacuterationnelles La demande de puissance a une croissance constante
mais geacuteographiquement irreacuteguliegravere Les centrales qui geacutenegraverent leacutenergie sont
souvent eacuteloigneacutees des charges importantes et la localisation des nouvelles centrales
deacutepend essentiellement dautorisations administratives et du respect de
lenvironnement
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
38
CHAPITRE I
Pour satisfaire la demande deacutenergie sous ces conditions contradictoires les services
publics font de plus en plus appel pour des problegravemes eacuteconomiques et dameacutelioration de la
seacutecuriteacute aux eacutechanges internationaux de puissance ce qui demande une interconnexion entre
des systegravemes preacutevus indeacutependants au deacutepart
Laugmentation du maillage associeacute au mode de transit libre de puissance agrave travers les
reacuteseaux deacuteveloppe des boucles de puissance et des lignes en parallegravele ce qui surcharge
certaines lignes avec pour conseacutequence de deacuteteacuteriorer le profil de tension et de diminuer la
stabiliteacute du reacuteseau Consideacuterant que les reacuteseaux de transport eacutelectrique repreacutesentent une
grande valeur eacuteconomique il faut essayer daller dans les directions suivantes
Ameacuteliorer lutilisation des eacutequipements existants en augmentant leur capaciteacute de
transfert de puissance Dun point de vue financier cela peut se reacuteveacuteler avantageux
Ameacuteliorer la flexibiliteacute des reacuteseaux car pouvoir changer rapidement leur
configuration permet une meilleure reacutepartition de la puissance particuliegraverement en cas de
perturbations ou de transferts de puissance impreacutevus [21]
I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Le transport de la puissance reacuteactive par les lignes eacutelectriques cause des pertes une
diminution de la stabiliteacute du reacuteseau et une chute de tension agrave son extreacutemiteacute Afin deacuteviter cela
de la compensation de puissance reacuteactive seacuterie ou shunt selon les cas est utiliseacute pour limiter
ce transport de puissance reacuteactive
Diffeacuterents appareils eacutelectriques peuvent servir agrave reacutealiser cette compensation (figure I16)
machines synchrones batteries de condensateurs inductance ou FACTS [22]
La compensation est une technique de la gestion drsquoeacutenergie reacuteactive afin drsquoameacuteliorer la
qualiteacute eacutenergeacutetique dans les reacuteseaux eacutelectriques agrave courant alternatif Elle peut se reacutealiser de
plusieurs maniegraveres ayant pour buts
La correction du facteur de puissance
Ameacutelioration de la reacutegulation de la tension
Equilibre des charges
Lrsquoaide au retour agrave la stabiliteacute en cas de perturbation [19]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
39
CHAPITRE I
En installant des dispositifs controcirclables comme le transport drsquoeacutenergie en courant
continu (High Voltage Direct Current HVDC) et les dispositifs FACTS (Flexible Alternating
Current Transmission System) Malgreacute le coucirct eacuteleveacute de cette solution mais vu lrsquoeacutevolution
reacutecente des reacuteseaux eacutelectriques et leurs contraintes cette solution est tregraves efficace
Lrsquoune des meacutethodes drsquoameacuteliorer la capaciteacute drsquoun systegraveme eacutelectrique agrave reacutesister contre les
grands incidents est drsquointeacutegrer des dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance (FACTS)
dans le reacuteseau de transport Lrsquoeacutetude lrsquoapport et lrsquoutilisation de ces dispositifs font lrsquoobjet de
ce meacutemoire
Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Compensation
traditionnelles
Les dispositifs FACTS
Compensateurs
synchrones Batteries de
condensateurs
Batteries de
condensateurs
HT et MT
Les inductances
les PSS (Power
System Stabiliser)
1er
geacuteneacuteration
2eme
geacuteneacuteration
3eme
geacuteneacuteratio
n
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
40
CHAPITRE I
I11) Conclusion
Ce chapitre nous a permis drsquoexposer des geacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriques en
mentionnant la structure et la topologie du reacuteseau ensuite on a parleacute sur lrsquointerconnexion entre
les pays du Maghreb et le reacuteseau Algeacuterien
Dans ce chapitre nous avons aussi preacutesenteacute les deacutefinitions et les caracteacuteristiques des
diffeacuterents types de stabiliteacute drsquoun systegraveme de puissance Le concept geacuteneacuteral de la stabiliteacute est
syntheacutetiseacute en trois groupes (stabiliteacute de lrsquoangle de rotor de la tension et de la freacutequence)
Les dispositifs FACTS sont capables de remplir diverses fonctions comme le maintien
de tension le controcircle des flux de puissance et aussi lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau
etc
Dans le chapitre suivant nous allons exposer le concept des FACTS le contexte
algeacuterien concernant ses dispositifs sera aussi abordeacute
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
41
CHAPITRE I
Chapitre 2
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
42
II1) Introduction
Avec le deacuteveloppement technologique et industriel que vie le monde entier la demande
en eacutenergie eacutelectrique est en augmentation continue et sans cesse Pour satisfaire ces besoins et
acheminer cette eacutenergie aux points de consommation disperseacutes sur un large espace
geacuteographique les reacuteseaux eacutelectriques ayant des capaciteacutes de transit limiteacute agrave cause des limites
thermique des lignes doivent seacutelargir et de nouvelles lignes dextension seront ajouteacutees Face
agrave ce problegraveme et devant les contraintes environnementale eacutecologique et eacuteconomique de
reconstructions de nouvelles lignes la compagnie ameacutericaine EPRI (Electric Power Research
Institue) a lanceacute en 1988 un projet drsquoeacutetude des systegravemes FACTS afin de mieux maicirctriser le
transit de puissance dans les lignes eacutelectriques et daugmenter leurs capaciteacutes de transfert Le
concept FACTS regroupe tous les dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance qui
permettent drsquoameacuteliorer lrsquoexploitation du reacuteseau eacutelectrique
Aussi ces reacuteseaux eacutelectriques de taille importantes seront confronteacutes par divers
problegravemes de fonctionnement agrave cause du controcircle traditionnel utilisant des systegravemes de
commande eacutelectromeacutecaniques de temps de reacuteponse lent par rapport agrave ces nouveaux systegravemes
FACTS agrave base dinterrupteurs statiques et de court temps de reacuteponse (moins dune seconde)
Aujourdhui cette technologie FACTS simpose pour les systegravemes eacutenergeacutetiques en
augmentant leurs capaciteacutes de transport en ameacuteliorant le controcircle des paramegravetres de ces
derniers donc leur assurer une flexibiliteacute du transfert de leacutenergie et ameacuteliorer sa stabiliteacute
Le concept FACTS (Flexible AC Transmission System) est neacute pour reacutepondre aux
diffeacuterentes difficulteacutes croissantes de transmission dans les reacuteseaux et surtout la maicirctrise de
transit de puissance (compensateur de puissance reacuteactive variateur de charge universelhellip)
ces dispositifs peuvent ameacuteliorer le comportement dynamique des reacuteseaux eacutelectriques [25]
II2) Le concept FACTS
Les problegravemes des reacuteseaux eacutenonceacutes ci ndashdessus devenant plus preacutesents drsquoanneacutee en
anneacutee EPRI (Electric Power Research Institute) qui repreacutesente un consortium deacutedieacute agrave la
recherche dans les reacuteseaux eacutelectriques et regroupant des compagnies drsquoeacutelectriciteacute ameacutericaines
a lanceacute en 1988 le concept FACTS (Flexible AC Transmission Systems) qui est un projet agrave
long terme La technologie FACTS utilise lrsquoeacutelectronique de puissance et plus particuliegraverement
des systegravemes agrave thyristors qui permettent drsquoobtenir des vitesses de commande nettement
supeacuterieures agrave celles des systegravemes meacutecaniques qui sont encore largement utiliseacutes et un niveau
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
43
de maintenance bien infeacuterieur car les systegravemes meacutecaniques srsquousent beaucoup plus rapidement
que les systegravemes statiques Parmi les systegravemes FACTS on cite [26]
Compensateur synchrone statique (lsquoSTATCOMrsquo Static Synchronous Compensator)
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
Le controcircleur de transit de puissance entre ligne IPFC (Interline Power Flow
Controller)
Face agrave la saturation des reacuteseaux de puissance les compagnies de distribution drsquoeacutenergie
eacutelectrique exploitent de plus en plus leurs reacuteseaux pregraves des limites de seacutecuriteacute (conduite aux
limites) Cette situation engendre des problegravemes drsquoexploitation notamment pour le controcircle
des flux de puissance le maintien drsquoun profil de tension acceptable la surveillance des reports
de chargehellipetc Agrave cet effet lrsquoaspect seacutecuriteacute prend une grande importance et des recherches
sont entreprises dans diffeacuterents pays pour trouver des moyens susceptibles drsquoameacuteliorer la
seacutecuriteacute et rendre lrsquoexploitation des reacuteseaux plus flexible
Ainsi plusieurs eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees pour connaitre les avantages lieacutes agrave lrsquoutilisation
des dispositifs FACTS dans les reacuteseaux pour
le support du profil de la tension
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute statique et dynamique
lrsquoamortissement des oscillations subsynchrones
Ces avantages deacutecoulent principalement de lrsquoaugmentation des capaciteacutes de transit des
lignes existantes par un controcircle rigoureux des diffeacuterents variables du reacuteseau Pour fixer les
ideacutees nous pouvons prendre un exemple simple
Consideacuterons le transit de puissance sur une ligne agrave courant alternatif Cette ligne est
repreacutesenteacutee sur la figure (II1) les pertes eacutetant supposeacutees nulles la puissance transmise P est
fonction des amplitudes des tensions E1 et E2 aux extreacutemiteacutes de la ligne du deacutephasage 12057512
entre ces deux tensions et de lrsquoimpeacutedance x de la ligne comme le montre lrsquoeacutequation (II1)
1
Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif
x
p
1 2
119916120783
2 119916120784
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
44
119823 = 119812120783119812120784
119831 119852119842119847120517120783120784
Cette eacutequation montre que la puissance transmissible par une ligne est limiteacutee par les
paramegravetres eacutenonceacutes ci-dessus et pas forceacutement par sa limite thermique De plus il deacutecoule de
cette eacutequation que si lrsquoon peut reacutegler un deux ou les trois paramegravetres on controcircle alors le
transit de puissance dans la ligne [26]
Elle montre aussi quil est possible daugmenter la puissance transiteacutee entre deux
reacuteseaux soit en maintenant la tension des systegravemes soit en augmentant langle de transport
entre les deux systegravemes soit en reacuteduisant artificiellement limpeacutedance de la liaison En jouant
sur un ou plusieurs de ses paramegravetres les FACTS permettent un controcircle preacutecis des transits de
puissance reacuteactive une optimisation des transit de puissance active sur les installations
existantes et une ameacutelioration de la stabiliteacute dynamique du reacuteseau Ils permettent aussi aux
consommateurs industriels de reacuteduire les deacuteseacutequilibres de charges et de controcircler les
fluctuations de tensions creacuteeacutees par des variations rapides de la demande de puissance reacuteactive
et ainsi daugmenter les productions de reacuteduire les coucircts et dallonger la dureacutee de vie des
eacutequipements [27]
En effet les FACTS permettent de
ne pas transporter drsquoeacutenergie reacuteactive en la fournissant lagrave ougrave elle est demandeacutee
augmenter les puissances maximales transmissibles et donc les transferts de
puissance active
controcircler les flux de puissance pour la surcharge des lignes et le risque de
deacuteclenchement en cascade [26]
II21) Fonctionnement des FACTS
Un FACTS agit geacuteneacuteralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de
la puissance reacuteactive sur le reacuteseau Ceci a pour effet de modifier lamplitude de la tension agrave
son point de connexion et par conseacutequent la puissance active maximale transmissible
Les FACTS sont utiliseacutes aussi pour le filtrage des courants harmoniques et la
stabilisation de la tension Lordre de grandeur de la puissance dun FACTS va de
quelques MVA (Meacutega Volts Ampegraveres) agrave quelques centaines de MVA Ils sappliquent dans
deux secteurs principaux
(II1)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
45
Grand reacuteseaux de transmission
Pour ameacuteliorer le controcircle augmenter les capaciteacutes de transfert de puissance et assister
la reacutecupeacuteration du reacuteseau conseacutecutive agrave un deacutefaut dans les systegravemes de transmission AC
(Alternative Current)
Reacuteseaux Industriels
Pour ameacuteliorer la qualiteacute de la puissance fournie en un point preacutecis du reacuteseau AC en
preacutesence de fluctuations de charge eg compensation du flicker pour les fours agrave arc Gamme
de puissance infeacuterieure agrave celle dun reacuteseau de transmission
II22) Contexte algeacuterien
Depuis les anneacutees 2000 le deacuteveloppement du reacuteseau de transport drsquoeacutelectriciteacute fait partie
des prioriteacutes de lrsquoAlgeacuterie [26]
Le reacuteseau de transport algeacuterien est en phase drsquoexpansion car il doit reacutepondre agrave la forte
augmentation de la demande en eacutelectriciteacute (+ 5 agrave 7 par an) Les principaux besoins en
eacutelectriciteacute sont domestiques lieacutes
bull agrave lrsquoaccroissement de la population (celle-ci a plus que tripleacute en 50 ans et son
taux de croissance est actuellement estimeacute agrave 12 par an)
bull au changement des habitudes de consommation avec lrsquousage des appareils En
outre dans les anneacutees 90 peu drsquoinvestissements ont eacuteteacute entrepris sur le reacuteseau
eacutelectrique et celui-ci srsquoest deacutegradeacute
Au total depuis 2005 pregraves de 15 000 km de nouvelles lignes HT et THT ont eacuteteacute
reacutealiseacutes ou restent agrave construire
Le deacuteveloppement du reacuteseau de transport concerne agrave la fois le deacuteveloppement des
reacuteseaux hauts tension (60 et 220 000 Volts) et la creacuteation drsquoun reacuteseau agrave tregraves haute tension
(400 000 Volts)
Le deacuteveloppement du reacuteseau 400 000 Volts est mis en œuvre agrave la fois dans lrsquoaxe
bull Est-Ouest (interconnexions internationales avec le Maroc et la Tunisie)
bull Nord-Sud (raccordement des reacuteseaux du Sud jusqursquoalors le point trop isoleacute du reacuteseau
national)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
46
En 2002 un total de trois SVC (static var compensator) a eacuteteacute introduit dans le reacuteseau
national de la Sonelgaz un dispositif agrave la sous station de Naama et deux agrave Beacutechar (figure
II2)
Les trois SVC ont une classe identique -10+40Mvar agrave la tension 220 kV (figure II3) et
lrsquoune des plates- formes de ses trois SVC est montreacutee par la figure (II2) Le reacuteseau est
constitueacute drsquoune ligne de 500km sous une tension de 220kv Un seul circuit aeacuterien de la ligne
de transmission pour lrsquoalimentation de la charge eacuteloigneacutee dans la partie ouest du pays
Des productions locales de diesel et des turbines agrave gaz alimentent les charges locales de
Beacutechar depuis le deacutebut des anneacutees quatre vingt dix et elles ont eacuteteacute fermeacutees pendant lrsquoanneacutee
2002
Deux sous stations 22060 kV une intermeacutediaire (Naama) et une agrave la fin de la ligne
(Beacutechar) ont eacuteteacute eacutequipeacutees avec des SVC (figure II3) pour les objectifs suivants
bull Pour fournir au systegraveme de transmission le support en eacutenergie reacuteactive afin de
maintenir une tension stable pendant le fonctionnement normal et quotidien
bull Pour le rendement dynamique au cours du controcircle de la ligne 220 kV mise sous
tension ainsi pour le maintien drsquoune tension stable dans le systegraveme sous diverses
conditions drsquoexploitation En particulier pour preacutevenir lrsquoeffondrement de tension
(voltage collapse) et lrsquoinstabiliteacute du systegraveme pendant le transitoire et lrsquoeacutevolution
rapide des conditions de tension dans le systegraveme Les charges prisent hors reacuteseau
220 kV sont de lrsquoordre de 12 MVA agrave Naama et 35 MVA agrave Beacutechar
Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar [26]
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
47
II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS
La compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive au niveau des lignes de transmission permet la
reacutegulation du profil de la tension le long de ces lignes avec un bon controcircle de la puissance
active transmise Il est reconnu que la stabiliteacute peut ecirctre ameacutelioreacutee quelque soit son type si la
compensation reacuteactive du systegraveme de transmission varie rapidement Les meacutethodes de
compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive classiques se basent sur les batteries de condensateurs ou
les bobines fixes ou commandeacutees meacutecaniquement Ces meacutethodes sont non efficaces dans le
controcircle du reacuteseau eacutelectrique quand il est seacutevegraverement perturbeacute
Gracircce aux avanceacutees reacutecentes dans la technologie des IGBT et GTO le temps de reacuteaction
de ces dispositifs a diminueacute agrave quelques milli secondes Il est possible donc de reacutepondre agrave la
demande par lrsquoutilisation drsquoune compensation rapide en utilisant les dispositifs FACTS [31]
II3) Les dispositifs FACTS
Selon lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) la deacutefinition du terme
FACTS est la suivante Systegravemes de Transmission en Courant Alternatif comprenant des
dispositifs baseacutes sur leacutelectronique de puissance et dautres dispositifs statique utiliseacutes pour
accroicirctre la controcirclabiliteacute et augmenter la capaciteacute de transfert de puissance du reacuteseau
Avec leurs aptitudes agrave modifier les caracteacuteristiques apparentes des lignes les FACTS
sont capables daccroicirctre la capaciteacute du reacuteseau dans son ensemble en controcirclant les transits de
puissances Les dispositifs FACTS ne remplacent pas la construction de nouvelles lignes Ils
sont un moyen de diffeacuterer les investissements en permettant une utilisation plus efficace du
reacuteseau existant [28]
Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie [26]
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
48
II4) Classification des dispositifs FACTS
II41) Classification selon la geacuteneacuteration
Depuis les premiers compensateurs trois geacuteneacuterations de dispositifs FACTS ont vu le
jour Elles se distinguent par la technologie des semi-conducteurs et des eacuteleacutements de
puissance utiliseacutes
II411) Geacuteneacuteration I
Baseacutee sur les thyristors classiques Ceux-ci sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour enclencher
ou deacuteclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance reacuteactive dans les
transformateurs de reacuteglage
II412) Geacuteneacuteration II
Dite avanceacutee est neacutee avec lavegravenement des semi-conducteurs de puissance commander
agrave la fermeture et agrave louverture comme le thyristor GTO Ces eacuteleacutements sont assembleacutes pour
former les convertisseurs de tension ou de courant afin drsquoabsorber ou dinjecter des courants
(tensions) controcirclables dans le reacuteseau
II413) Geacuteneacuteration III
FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adapteacutee agrave chaque cas
Contrairement aux deux premiegraveres geacuteneacuterations celle-ci nutilisent pas des dispositifs
auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le reacuteseau
II42) Classification selon la cateacutegorie
Les dispositifs FACTS peuvent ecirctre classeacutes en trois cateacutegories figure (II4)
Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie
Dispositifs FACTS
Compensateurs shunt
Compensateurs seacuteries
Compensateurs hybrides
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
49
II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS
Le but de cette section est de donner une description bregraveve et de deacutefinir diffeacuterent shunt
seacuterie et combineacutes seacuterie-shunt dispositifs FACTS nous allons utiliser les termes et les
deacutefinitions drsquoIEEE [26]
a) Dispositifs FACTS Shunt
Compensateur statique de puissance reacuteactive (Static Var Compensator- SVC)
Un geacuteneacuterateur (ou absorbeur) statique drsquoeacutenergie reacuteactive shunt dont la sortie est ajusteacutee
en courant capacitif ou inductif afin de controcircler des paramegravetres speacutecifiques du reacuteseau
eacutelectrique typiquement la tension des nœuds Les sous-ensembles du SVC sont
Inductance Controleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Reactor-
TCR)
Une inductance placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele La valeur de
lrsquoinductance est continuellement changeacutee par lrsquoamorccedilage des thyristors
Condensateur Commuteacute par Thyristors (Thyristor-Switched
Capacitor- TSC)
Un condensateur placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele Les
thyristors fonctionnent en pleine conduction
Inductance Commuteacutee par Thyristors (Thyristor-Switched Reactor-
TSR)
Une inductance commuteacutee par thyristors dans le TSR les thyristors fonctionnent en
pleine conduction
Compensateur Statique Synchrone (Static Synchronous Compensator-
STATCOM)
Un geacuteneacuterateur synchrone fonctionnant comme un compensateur parallegravele de lrsquoeacutenergie
reacuteactive dont le courant capacitif ou inductif geacuteneacutereacute peut ecirctre controcircleacute seacutepareacutement de la
tension du systegraveme agrave courant alternatif
Geacuteneacuterateur Statique Synchrone (Static Synchronous Generator- SSG)
Un convertisseur de puissance statique agrave interrupteurs auto commuteacutes alimenteacute par une
source deacutenergie eacutelectrique approprieacutee et exploiteacute pour produire un ensemble ajustables de
tensions de sortie multi phases qui peut ecirctre coupleacute agrave un systegraveme de puissance alternatif dans
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
50
le but deacutechanger indeacutependamment la puissance controcirclable active et reacuteactive
Toutefois deux dispositifs particuliers peuvent ecirctre mis en eacutevidence
Systegraveme de Stockage par Batterie (Battery Energy Storage System-
BESS)
Un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie drsquoune source de nature chimique la conversion de la
tension de source est capable drsquoajuster rapidement lrsquoeacutenergie amont qui est fournit ou absorber
drsquoun systegraveme alternatif
Systegraveme de Stockage drsquoEacutenergie par Aimant Supraconducteur
(Superconducting Magnetic Energy Storage- SMES)
Un dispositif contenant des convertisseurs eacutelectroniques que rapidement injectent et ou
absorbent la puissance active et ou reacuteactive Le SMES sert principalement au controcircle
dynamique du flux de puissance dans les systegravemes eacutelectriques
Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var Generator
or Absorber- SVG)
Un dispositif eacutelectrique statique un eacutequipement ou un systegraveme qui est capable de tracer
un courant controcircleacute capacitif et ou inductif agrave partir dun systegraveme de puissance eacutelectrique et
ainsi geacuteneacuterer ou absorber la puissance reacuteactive Geacuteneacuteralement consideacutereacute pour consister en
connexion shunt Inductance controcircleacutee par thyristors etou condensateur commuteacute par
thyristors
Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var System- SVS)
Une combinaison de diffeacuterent compensateurs de puissance reacuteactive statiques et
meacutecaniquement commuteacutes dont les sorties sont coordonneacutes
Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Braking
Resistor- TCBR)
Une reacutesistance commuteacutee par thyristors et connecteacutee en parallegravele qui est controcircleacutee pour
aider le systegraveme de puissance agrave se stabiliser ou de minimiser lacceacuteleacuteration des puissances
drsquoune uniteacute geacuteneacuteratrice lors dune perturbation
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
51
b) Dispositifs FACTS seacuteries
La compensation seacuterie peut ecirctre utiliseacutee dans les systegravemes eacutenergeacutetiques pour la
commande du flux drsquoeacutenergie en reacutegime permanent En cas de lignes de transport avec une
capaciteacute thermique suffisante la compensation peut soulager des surcharges eacuteventuelles
sur drsquoautres lignes parallegraveles
Controcircleur de transit de puissance entre lignes (Interline Power Flow Controller-
IPFC)
Une combinaison de deux ou plusieurs compensateurs statiques seacuterie synchrone qui sont
relieacute entre eux via une liaison commune agrave courant continu pour faciliter lrsquoeacutecoulement
bidirectionnel de la puissance active entre les bornes alternatives des SSSC et sont controcircleacutes
pour fournir une compensation reacuteactive indeacutependante pour lrsquoeacutecoulement de puissance ajusteacute
dans chaque ligne et maintenir la distribution de lrsquoeacutecoulement de puissance reacuteactive deacutesireacute
entre les lignes
Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (Thyristor Controlled Series
Capacitor- TCSC)
Un compensateur agrave reacuteactance capacitif qui consiste en une seacuterie de condensateurs en
parallegravele avec des inductances commandeacutees par thyristor afin de pouvoir assurer une variation
homogegravene de la reacuteactance capacitive
Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (Thyristor Switched Series
Capacitor- TSSC)
Compensateur agrave reacuteactance capacitive qui est constitueacute drsquoun banc de capaciteacute seacuterie
shunteacute par une inductance commuteacutee par thyristor pour fournir un controcircle pas agrave pas de la
reacuteactance capacitive seacuterie
Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Series
Reactor- TCSR)
Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute de lrsquoinductance seacuterie shunteacute par
une inductance commandeacutee par thyristor afin de fournir une reacuteactance inductive seacuterie
leacutegegraverement variable
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
52
Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (Thyristor Switched Series Reactor-
TSSR)
Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute drsquoune inductance seacuterie shunteacutee par
une inductance commuteacutee par thyristor afin de fournir un controcircle pas agrave pas de la reacuteactance
inductive seacuterie
Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (Static Synchronous Series
Compensator- SSSC)
Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par
lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur Le SSSC agit sur le courant de ligne en inseacuterant une
tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou inductive Un
SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une ligne voire drsquoen
inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun condensateur ou
drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait que la tension
injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC preacutesente lrsquoavantage
de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante indeacutependamment du courant
c) Dispositifs FACTS hybrides (seacuterie ndashparallegravele)
Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (Unified Power Flow Controller- UPFC)
Une combinaison entre un STATCOM et un SSSC coupleacutes via une liaison agrave courant
continu pour permettre un eacutecoulement bidirectionnel de la puissance active entre la sortie du
SSSC et celle du STATCOM
Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Phase
Shifting Transformer- TCPST)
Transformateur deacutephaseur ajusteacute par un thyristor afin de fournir un angle de phase
rapidement variable Ce dispositif est eacutegalement appeleacute reacutegulateur drsquoangle de phase
commandeacute par thyristor (TCPAR -Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)
Reacutegulateur de puissance interphases (Interphase Power Controller- IPC)
Un controcircleur de la puissance active et reacuteactive connecteacute en seacuterie et comprenant dans
chaque phase des branches inductives et capacitives soumises agrave des tensions deacutephaseacutees
seacutepareacutement Les puissances active et reacuteactive peuvent ecirctre reacutegleacute indeacutependamment en ajustant
les deacutecalages de phase et ou les impeacutedances de branche agrave laide des commutateurs
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
53
meacutecaniques ou eacutelectroniques Dans le cas particulier ougrave lrsquoimpeacutedance inductive et capacitive
forment une paire conjugueacutee chaque terminal de lIPFC est une source passive de courant
deacutependant de la tension agrave lautre borne
d) Autres dispositifs FACTS
Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled voltage
Limiter- TCVL)
Une varistance agrave oxyde meacutetallique commuteacutee par thyristor utiliseacutee pour limiter la
tension agrave ses bornes durant les conditions transitoires
Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Voltage
Regulator- TCVR)
Un Transformateur commandeacute par thyristor qui peut fournir une tension variable dans
une phase avec un control continu
La figure (II5) preacutesente les diffeacuterents dispositifs qui peuvent controcircler certains variables
du systegraveme eacutelectrique
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
54
Dans la section qui suit nous allons deacutevelopper la preacutesentation du STATCOM et du
SSSC Il srsquoagit des dispositifs FACTS qui nous inteacuteresse particuliegraverement dans cette eacutetude et
que nous devons traiter pour une meilleure compreacutehension de la suite de ce meacutemoire
II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors
a) Dispositifs FACTS Shunt
Compensateur synchrone statique(STATCOM)
Un compensateur synchrone statique est constitueacute drsquoun convertisseur agrave source de
tension drsquoun transformateur de couplage et de la commande Dans cette application la source
drsquoeacutenergie agrave courant continue peut ecirctre remplaceacutee par un condensateur agrave courant
FACTS
Shunt
Thyristors GTO
Series
Thyristors GTO
Hybrides
Serie-Shunt
Autres FACTS
TCSC
TSSSC
GCSC
TCSR
IPFC
TSSR
SSSC
STATCOM
SSG
BESS
SMES SVC
TCR
TSC
TCBR
SVS
TSR
UPFC
TCPST
IPC
TCVR
TCPAR
TCPSR
TCVL
Figure II5 Classification des dispositifs FACTS
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
55
continue de sorte que lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie en reacutegime permanent entre le compensateur
statique et le systegraveme ca peut ecirctre uniquement reacuteactif comme illustreacute par la figure (II6)
119868119902 (est le courant de sortie du convertisseur) perpendiculaire agrave la tension du convertisseur
119881119894 (Lrsquoamplitude de la tension du convertisseur) et donc la sortie reacuteactive du convertisseur
sont reacuteglables [27]
Le convertisseur STATCOM
Produit les ondes rectangulaires de tension triphaseacutee eacutequilibreacutee Un compensateur
statique pouvant geacuteneacuterer ou absorber une puissance reacuteactive Il sagit du STATCOM
(Compensateur Statique) qui a connu jusqursquoagrave preacutesent sous diffeacuterents appellations
1 ASVC (Advanced Static Var Compensator)
2 STATCON (Static Condenser)
3 SVG (Static Var Generator)
4 SVC light (ABB)
5 SVC plus (SIEMENS)
Le principe de ce type de compensateur est connu depuis la fin des anneacutees 70 mais ce
nrsquoest que dans les anneacutees 90 que ce type de compensateur a connu un essor important gracircce
aux deacuteveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [27]
Le STATCOM possegravede plusieurs avantages par rapport aux compensateurs
conventionnels
La vitesse de reacuteaction la reacuteponse en moins drsquoun cycle agrave des variations de la
tension
Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
56
Lorsque la tension est basse il peut produire plus de puissance reacuteactive
notamment au moment ougrave lrsquoon a besoin drsquoune puissance reacuteactive consideacuterable
pour empecirccher la chute tension
Cependant le STATCOM de base engendre de nombreux harmoniques Il faut donc
utiliser pour reacutesoudre ce problegraveme des compensateurs multi-niveaux agrave commande MLI ou
encore installer des filtres
Le rocircle du STATCOM est drsquoeacutechanger de lrsquoeacutenergie reacuteactive avec le reacuteseau Pour ce
faire lrsquoonduleur est coupleacute au reacuteseau par lrsquointermeacutediaire drsquoune inductance qui est en geacuteneacuteral
lrsquoinductance de fuite du transformateur de couplage
Lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie reacuteactive se fait par le controcircle de la tension de sortie de
lrsquoonduleur 119881119904ℎ dont laquelle est en phase avec la tension du reacuteseau (Figure II7) Le
fonctionnement peut ecirctre deacutecrit de la faccedilon suivante
Si la tension 119881119904ℎ est infeacuterieure agrave la tension V le courant circulant dans lrsquoinductance est
deacutephaseacute de-π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant inductif (figure
II7a)
Si la tension119881119904ℎ est supeacuterieur agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est deacutephaseacute
de +π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant capacitif (figure II7b)
Si la tension 119881119904ℎ est eacutegale agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est nul et par
conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutechange drsquoeacutenergie
Lrsquoavantage de ce dispositif est de pouvoir eacutechanger de lrsquoeacutenergie de nature inductive ou
capacitive uniquement agrave lrsquoaide drsquoune inductance Contrairement au SVC il nrsquoy a pas
drsquoeacuteleacutement capacitif qui puisse provoquer des reacutesonances avec des eacuteleacutements inductifs du
119881119904ℎ
119881119904ℎ
119868119904ℎ V
V
a) Courant inductif b) Courant capacitif
Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM
119868119904ℎ
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
57
reacuteseau La caracteacuteristique statique de ce convertisseur est donneacutee par la figure (II8) Ce
dispositif a lrsquoavantage contrairement au SVC de pouvoir fournir un courant constant
important mecircme lorsque la tension V diminue
Le STATCOM permet le mecircme controcircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce
dispositif est capable de deacutelivrer la puissance reacuteactive mecircme si la tension au jeu de barres
(nœud de connexion) est tregraves faible dapregraves sa caracteacuteristique on constate que le courant
maximal du STATCOM est indeacutependant de la tension du nœud
Pour un STATCOM ideacuteal nayant pas des pertes actives leacutequation (II2) deacutecrit le
transfert de puissance reacuteactive dans le reacuteseau eacutelectrique [5]
119876119904ℎ =|⋁ 2
119896 |
Xshminus
|Vk||Vsh|
Xshcos( 120579119896 minus 120579119904ℎ) =
|⋁ 2119896 |minus
Xsh
|Vk||Vsh|
Xsh
Si |119881119896| gt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne positive et le STATCOM absorbe la puissance reacuteactive
Si |119881119896| lt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne neacutegative et le STATCOM fournie la puissance reacuteactive
Deacutepassement
transitoire en
fonctionnement
Deacutepassement
transitoire en
fonctionnement
Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM
119868119904ℎ
119868119898119886119909 119868119898119894119899
Capacitif Inductif
V
(II2)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
58
b) Dispositifs FACTS Seacuteries
Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC)
Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par
lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur (figure II9) Le SSSC agit sur le courant de ligne en
inseacuterant une tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou
inductive Un SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une
ligne voire drsquoen inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun
condensateur ou drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait
que la tension injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC
preacutesente lrsquoavantage de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante
indeacutependamment du courant [26]
Ce type de compensateur seacuterie (Compensateur Synchrone Statique Seacuterie) est le plus
important dispositif de cette famille Il est constitueacute drsquoun onduleur triphaseacute coupleacute en seacuterie
avec la ligne eacutelectrique agrave laide dun transformateur Ce dispositif possegravede des avantages si
lrsquoon compare avec le TCSC
Elimination des composants passifs (inductance et capaciteacutes)
Une aptitude symeacutetrique dans les deux modes (inductif et capacitif)
Son rocircle est drsquointroduire une tension triphaseacutee agrave la freacutequence du reacuteseau en seacuterie avec la
ligne de transport
Figure II9 Scheacutema de base du SSSC
Transformateur
seacuterie
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
59
Nous pouvons dans ce cas reacutegler continuellement la valeur apparente de la capaciteacute ou
de lrsquoinductance ainsi introduite dans la ligne Lrsquoavantage de ce dispositif est de ne pas
introduire physiquement un condensateur ou une inductance mais de simuler leurs fonctions
Cela eacutevite lapparition des oscillations dues agrave la reacutesonance avec les eacuteleacutements inductifs du
reacuteseau La caracteacuteristique statique drsquoun Compensateur Synchrone Statique Seacuterie est preacutesenteacutee
par la figure (II10)
Si lon utilise un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie le SSSC peut agrave ce moment lagrave eacutechanger
de la puissance active avec la ligne eacutelectrique Ceci peut contribuer agrave ameacuteliorer la stabiliteacute du
reacuteseau Dans ce cas la tension 119881119887 nrsquoest pas obligatoirement en quadrature avec le courant de
ligne
Principe de fonctionnement de SSSC
Le SSSC injecte en seacuterie une tension alternative avec une amplitude et un angle de
phase reacuteglable dans la ligne de transport agrave lrsquoaide drsquoun transformateur seacuterie Le SSSC peut
produire ougrave absorber de la puissance reacuteactive suivant la commande de convertisseur statique
il permet drsquoassurer une compensation shunt indeacutependante agrave la ligne de transport Il fourni ou
absorbe la puissance reacuteactive neacutecessaire localement et produit de la puissance active comme
reacutesultat de lrsquoinjection en seacuterie drsquoune tension [21]
Le principe de fonctionnement peut ecirctre expliqueacute par la figure (II11)
Figure II10 Caracteacuteristique statiques du SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
60
Le SSSC deacutelivre une tension triphaseacutee 119881119904119890 agrave la freacutequence du reacuteseau en quadrature (
90 ) avec le courant de la ligne et controcirclable afin daugmenter ou diminuer la tension agrave
travers la ligne repreacutesenteacutee par sa reacuteactance 119883119897 selon le mode de compensation capacitif ou
inductif respectivement (figure II12) mais comme la reacuteactance de la ligne ne varie pas
reacuteellement cest le courant dans la ligne qui sera affecter par cette variation et par
conseacutequence les puissances correspondante
Ideacutealement la tension 119881119904119890 est agrave 90 du courant de la ligne ce qui fait quaucun eacutechange
de la puissance active nrsquoest entre le reacuteseau et le SSSC Pratiquement il y a toujours une petite
composante de cette tension 119881119904119890 en phase avec le courant 119868119897 qui geacutenegravere une petite quantiteacute de
la puissance active pour couvrir les pertes dans le convertisseur
On peut expliquer les diffeacuterents modes de compensation capacitive et inductive en ce
reacutefeacuterant aux diagrammes vectoriels de la figure (II13) qui suit en admettant le scheacutema
eacutequivalent dun SSSC installeacute dans un reacuteseau eacutelectrique simple repreacutesenteacute sur la figure (II12)
Figure II11 Principe de fonctionnement de SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
61
bull
Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du
reacuteseau
Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du
reacuteseau (eacutetat deacutequilibre) la tension au borne de la reacuteactance effective 119881119909119890119891119891
est eacutegale agrave la tension aux bornes de la ligne de transport sans compensation
la ougrave le degreacute de compensation K est nul K = 119881119902
119881119894 x 100 avec 119883119902 =
119881119902
119868119894
Dans le mode de compensation inductif le courant de la ligne 119868119897 diminue en
augmentant le degreacute de compensation K de 0 agrave 100 Du diagramme (b)
on voit que pour maintenir 119881119904 119881119903 et constants la variation dans
lamplitude de 119881119904119890 se reacutepercute directement sur la tension 119881119897 et chaque
Figure II12 Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple
Figure II13 Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
62
augmentation dans 119881119904119890 entraicircne une diminution dans 119881119897 et par conseacutequence
dans le courant 119868119897
En mode capacitif le courant dans la ligne augmente avec laugmentation du
niveau de compensation la tension 119881119904119890 injecteacutee en anti-phase avec la tension
119881119897 (- 90deg en arriegravere du courant 119868119897 ) force la tension 119881119897 agrave augmenter pour
garder langle de charge constant ainsi que les tensions aux extreacutemiteacutes de la
ligne (figure II12c) [37]
II6) Coucirct des dispositifs FACTS [29]
Mis agrave part les avantages techniques apporteacutes par les FACTS drsquoautres critegraveres lieacutes au
coucirct doivent ecirctres pris en consideacuteration dans la deacutecision drsquoinstaller un dispositif Sur le plan
eacuteconomique le critegravere geacuteneacuteralement adopteacute dans lrsquoeacutevaluation des beacuteneacutefices obtenus par un
FACTS est que lrsquoaccroissement des revenues doit exceacuteder les coucircts drsquoexploitations de
maintenance et drsquoamortissement de lrsquoinstallation
Le coucirct drsquoune installation FACTS deacutepend principalement des facteurs tels que
Les performances requises
La puissance de lrsquoinstallation
Le niveau de tension du systegraveme
La technologie du semi-conducteur utiliseacute
Controcircleurs FACTS Coucirct (US$)
Condensateur Shunt 8$Kvar
Condensateur Seacuterie 20$ Kvar
SVC 40$Kvar
TCSC 40$Kvar
STATCOM 50$Kvar
UPFC Partie Seacuterie 50$Kvar
UPFC Partie Shunt 50$Kvar
Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
63
II7) Synthegravese des dispositifs FACTS
Les diffeacuterents dispositifs FACTS preacutesenteacutes dans ce chapitre possegravedent tous leurs propres
caracteacuteristiques tant en reacutegime permanent quen reacutegime transitoire Chaque type de dispositif
sera donc utiliseacute pour reacutepondre agrave des objectifs bien deacutefinis Des consideacuterations eacuteconomiques
entreront eacutegalement dans le choix du type dinstallation agrave utiliser Le tableau (II2) syntheacutetise
les principaux beacuteneacutefices techniques des nouvelles technologies de FACTS Le nombre +
est proportionnel agrave lefficaciteacute du dispositif
II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie
des dispositifs FACTS [29]
A Les avantages des dispositifs FACTS
Controcircle le transit de la puissance active
Augmente la seacutecuriteacute des systegravemes eacutenergeacutetiques (augmentation de la limite de la
stabiliteacute transitoire amortissement des oscillations hellip)
Reacuteduit le transit de lrsquoeacutenergie reacuteactive
Optimise les puissances geacuteneacutereacutees donc reacuteduit le coucirct de production de lrsquoeacutenergie
Agir comme filtre actif
Ameacutelioreacutee lrsquointerconnexion et lrsquoeacutechange eacutenergeacutetique
Dispositif
Controcircle du
transit de
puissance
Controcircle
de la
tension
Stabiliteacute
transitoire
Stabiliteacute
statique
STATCOM + +++ ++ ++
SSSC ++ + +++ ++
IPFC +++ ++ +++ ++
Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS [14]
+ Petite ++ Moyenne +++Forte
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
64
B Les inconveacutenients
Lrsquointroduction des harmoniques du reacuteseau eacutelectrique ce qui le rend pollueacute cest-agrave- dire le
signal sera tendu et non sinusoiumldale Il rend le reacuteseau vulneacuterable agrave la surtension ducirce aux
commutations reacutepeacutetitives
C Les contraintes des dispositifs FACTS
Les dispositifs FACTS sont consideacutereacutes comme des solutions pour aider les systegravemes
eacutelectriques mais ils preacutesentent des inconveacutenients en plus qursquoils ne sont pas une solution
universelle ils existent plusieurs contraintes pour que ces dispositifs soient efficaces et
rentables [30]
o Le choix du FACTS
o Le choix du modegravele du FACTS
o Choix de la localisation des FACTS
o Protection pour les FACTS et pour le reacuteseau
o Interactions entre les dispositifs FACTS et les autres eacuteleacutements
Nous avons deacutecideacute pour la suite de notre travail de ne pas eacutetudier lrsquoimpact de chaque
cateacutegorie des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique Notre choix srsquoest porteacute sur lrsquoeacutetude du
Compensateur Statique Synchrone (STATCOM) et du Conpensateur statique seacuterie
synchrone (SSSC)Il nous a sembleacute raisonnable drsquoessayer drsquoanalyser lrsquoimpact de la
compensation shunt et de la compensation seacuterie de faccedilon seacutepareacutee avant de regrouper lrsquoeacutetude
de ces concepts FACTS agrave lrsquoaide de la compensation hybride
II9) Conclusion
Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre en premier lieu le concept FACTS ainsi nous
avons donneacute une bregraveve description et des deacutefinitions des divers types de dispositifs FACTS
Cette description est adopteacutee comme classification universelle des systegravemes FACTS La
plupart dentre eux sont deacutejagrave en service dans la pratique Si aujourdhui les FACTS sont encore
peu utiliseacutes par rapport agrave leur potentiel les eacutevolutions techniques de leacutelectronique de
puissance vont rendre les solutions FACTS de plus en plus compeacutetitives face aux
renforcements des reacuteseaux le contexte algeacuterien a eacuteteacute abordeacute ainsi que la conception et le
fonctionnement des 2 dispositifs retenus pour cette eacutetude
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
65
Nous avons choisi deacutetudier le STATCOM et le SSSC comme dispositifs FACTS pour
controcircler et ameacuteliorer la tension et la puissance reacuteactive Le chapitre suivant (chapitre III) sera
deacutedieacute agrave la modeacutelisation des systegravemes FACTS
66
Chapitre 3
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
67
Dans le but drsquoeacutetudier lrsquoimpact des FACTS sur lrsquoameacutelioration de tension des reacuteseaux
eacutelectriques des modegraveles approprieacutes sont neacutecessaires agrave deacutevelopper Nous tenons agrave mentionner
que plusieurs logiciels incorporent ces modegraveles Dans ce chapitre nous allons preacutesenter les
modegraveles matheacutematiques du STATCOM et du SSSC retenus au chapitre II
III1) Introduction
Pour pouvoir observer limpact des dispositifs FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique il est
neacutecessaire de les repreacutesenter par des modegraveles Ceux-ci sont ensuite inteacutegreacutes dans des
programmes de calcul permettant de simuler leurs effets sur lensemble du systegraveme
Plusieurs modegraveles de FACTS ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes tant pour des reacutegimes de
fonctionnement stationnaire que dynamique Certains modegraveles sont speacutecifiques agrave un type de
dispositif alors que dautres plus geacuteneacuteraux sont utiliseacutes pour repreacutesenter plusieurs FACTS
Dans le cadre de ce meacutemoire et plus preacuteciseacutement le chapitre quatre cest lrsquoimpact des
dispositifs FACTS sur le reacuteseau de transport qui est eacutetudieacute Dans ce contexte nous nous
restreignons agrave leacutetude de lrsquoeffondrement de tension et plus particuliegraverement aux effets des
FACTS sur la stabiliteacute des tensions
La modeacutelisation des FACTS est effectueacutee sur la base des eacuteleacutements utiliseacutes dans les
calculs de lrsquoeacutecoulement de puissance Ce sont plus particuliegraverement les geacuteneacuterateurs les
charges les eacuteleacutements shunt ainsi que les lignes et les transformateurs
III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS [26]
III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs
Les geacuteneacuterateurs sont des eacuteleacutements qui permettent la conversion de leacutenergie (meacutecanique
photonique chimique) vers une forme eacutelectrique Ils peuvent fournir ou consommer de
leacutenergie active ou reacuteactive et ils peuvent maintenir un niveau de tension deacutesireacutee
Un geacuteneacuterateur peut ecirctre consideacutereacute comme une source de puissance active et reacuteactive qui
peut maintenir une tension de consigne Agrave cause de facteurs comme la limite thermique du
rotor celle du stator et la limite de stabiliteacute au reacutegime permanent le fonctionnement dun
geacuteneacuterateur est limiteacute en puissance active ainsi quen puissance reacuteactive Ainsi un geacuteneacuterateur
peut ecirctre modeacuteliseacute dans le calcul drsquoeacutecoulement de puissance par le scheacutema de la figure (III1)
Dans lrsquoanalyse de lrsquoeacutecoulement de puissance les geacuteneacuterateurs sont modeacuteliseacutes comme des
injecteurs de courants La puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur est reacutegleacutee agrave travers le
controcircle de la turbine qui doit ecirctre dans les limites de la capaciteacute du systegraveme turbine
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
68
geacuteneacuterateur La tension est lieacutee principalement agrave lrsquoinjection de la puissance reacuteactive au jeu de
barres de production et comme le geacuteneacuterateur doit fonctionner dans les limites de sa courbe de
capaciteacute reacuteactive il nrsquoest pas possible de reacutegler la tension en dehors de certaines limites
admissibles
Avec
Si Puissance apparente complexe
PGi Puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i
QGi Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i
V i Tension complexe au nœud i
δi Deacutephasage de la tension au nœud i
Les limites de production des geacuteneacuterateurs sont deacutefinies par
PGimin le PGi le PGimax
QGimin le QGi le QGimax
Dans les calculs de transit de puissance la puissance PGi est prise constante et la
tension V i peut ecirctre maintenue en module agrave une valeur consigne constante La phase δi et la
puissance reacuteactive quand agrave elles deacutependent de leacutetat du reacuteseau Lorsque QGi deacutepasse une de ces
limites sa valeur est fixeacutee agrave cette valeur limite et la tension ne peut plus ecirctre controcircleacutee Le
nœud nest plus consideacutereacute comme geacuteneacuterateur mais comme une charge
120575119894
119878119894 i 119881 119894
119875119866119894 119876119866119894
119876119866119894
Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur
(III1)
(III2)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
69
III22) Modegraveles des charges [26]
Les charges repreacutesentent les consommateurs connecteacutes au reacuteseau (figure III2) Elles
correspondent agrave des injections neacutegatives aux nœuds Les charges sont modeacuteliseacutees par des
puissances constantes indeacutependantes de la tension nodale
SLi = PLi + j QLi
Ougrave
SLi La puissance complexe de la charge
PLi La puissance active
QLi La puissance reacuteactive
La puissance reacuteactive QLi peut ecirctre positive ou neacutegative selon que la charge est de nature
inductive ou capacitive respectivement
III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt [26]
Dans la plupart des cas les eacuteleacutements shunt sont des dispositifs destineacutes agrave la
compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive et la tenue de la tension chaque eacuteleacutement connecteacute au
reacuteseau sera modeacuteliseacute par des admittances 1199101198940 de la forme
1199101198940 = 1198921198940 + 1198951198871198940
Le symbole geacuteneacuteral repreacutesentant un eacuteleacutement shunt est donneacute agrave la figure III3a La
susceptance 1198871198940 peut ecirctre inductive ou capacitive Dans le premier cas leacuteleacutement consomme de
la puissance reacuteactive (fig III3b) alors quil en fournit au systegraveme dans le second (fig III3c)
Les modegraveles des dispositifs FACTS preacutesenteacute dans la section suivante sont baseacutes sur une
(III3)
Figure III2 Modegravele des charges
PLi QLi
i
(III4)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
70
simple modification des eacuteleacutements approprieacutes de 119884
III24) Modegraveles de la ligne [26]
Les lignes sont deacutefinies par leur scheacutema en 120587 (figure III4) qui caracteacuterise en geacuteneacuteral les
lignes moyennes dont les paramegravetres sont la reacutesistance r la reacuteactance 119909 = 119871 ω et la
susceptance b =119862120596 Dans le cas des lignes longues on peut toujours se ramener agrave un scheacutema
eacutequivalent en 120587 Les lignes de transport sont modeacuteliseacutees par leur scheacutema en 120587 classique dans
lequel la conductance transversale est neacutegligeacutee
La matrice dadmittance nodale dune ligne reliant un nœud i agrave un nœud k est donneacute par
lrsquoeacutequation (III5)
Y = (
yik+
yik0
2
minusyik
minusyik yik + yik0
2
)
Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt a) symbole b) eacuteleacutement
inductif c) eacuteleacutement capacitif
c) eacuteleacutement capacitif
(III5)
i 119909119894119896 119903119894119896 k
119887119894119896119900
2
119887119894119896119900
2
Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
71
Ougrave ladmittance longitudinale yik vaut
yik = 1
rik + j 120013ik
Avec
rik Reacutesistance longitudinale de la ligne
120013ik Reacuteactance longitudinale de la ligne
Ladmittance transversale correspondant aux effets capacitifs seacutecrit
yik0 = j119887ik0
Avec
119887ik0 Sousceptance transversale de la ligne
III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques [32]
Chaque nœud est caracteacuteriseacute par quatre variables Pi Qi Vi θi Si on connaicirct deux des
quatre variables nous permettent de deacuteterminer les deux autres agrave partir des eacutequations
principales de leacutecoulement de puissance En pratique le problegraveme se pose autrement Pour
cela il faut classifier les nœuds du systegraveme comme suit (Tableau III1)
Nœud de charge (P-Q) Pour ce type de nœuds on associe geacuteneacuteralement les charges
Ces derniegraveres sont caracteacuteriseacutees par la consommation des puissances active et reacuteactive
On peut aussi associer des geacuteneacuterateurs avec des puissances active et reacuteactive fixeacutees
Les variables agrave deacuteterminer sont le module et la phase de la tension
Nœud geacuteneacuterateur (P-V) Pour ce type de nœuds on associe les centrales de
production On speacutecifie la puissance active et le module de la tension Les variables agrave
deacuteterminer sont la phase de la tension et la puissance reacuteactive
Nœud bilan (slack bus) Pour ce type de nœud on associe la centrale de production la
plus puissante Dans un nœud k (nœud de reacutefeacuterence ou slack bus) on speacutecifie la phase
et le module de la tension Les valeurs agrave deacuteterminer sont les puissances actives et
reacuteactives
(III6)
(III7)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
72
III26) Modegraveles du transformateur
Les transformateurs sont repreacutesenteacutes par leur impeacutedance connecteacutee en seacuterie avec un
transformateur ideacuteal (figure III5) Le rapport de transformation est reacuteel pour un
transformateur classique alors quil est complexe dans le cas dun transformateur deacutephaseur
De maniegravere geacuteneacuterale le rapport de transformation complexe μik
est deacutefini par
μik
=Ui
Um
avec
Ui Tension complexe au nœud i
Um Tension complexe au nœud m
III27) Modegraveles de la machine synchrone
Nœuds Puissances actives Puissances reacuteactives Module de Tension Lrsquoangle de phase
Nœud (PQ) Connue Connue Inconnue Inconnue
Nœud (PV) Connue Inconnue Connue Inconnue
Nœud (slack
bus)
Inconnue Inconnue Connue Connue
Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme
(III8)
Si i
Ii Im
Um
119898
119903119894119896 Ik
Uk
119909119894119896
Ui μik 1
119896
Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
73
(III10)
La fem de la machine synchrone est donneacutee par la relation suivante
Ersquo = 119881119904+119903119886119868119904+j119883119889119868119904
Ersquo fem transitoire de la machine synchrone
119881119904 Tension aux bornes de la machine
119868119904 courant de la machine
119903119886 Reacutesistance statorique de la machine
119883119889 Reacuteactance transitoire de la machine
La repreacutesentation de la machine synchrone utiliseacutee pour la solution du reacuteseau et le diagramme
de phase sont scheacutematiseacutes dans la figure suivante
Les composantes de la tension 119881119904 aux bornes de la machine suivant les axes d-q sont
119881119889 = 119864prime119889 minus 119903119868119889 minus 119883prime
119902 119868prime119902
119881119902 = 119864prime119902 minus 119903119868119902 + 119883prime119889 119868prime119889
III28) Modeacutelisation du STATCOM
(III9)
Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone
(III11)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
74
(III12)
(III13)
Le STATCOM appartient agrave la deuxiegraveme geacuteneacuteration des dispositifs FACTS Selon
lIEEE Le STATCOM est un moyen de compensation dynamique connecteacute en parallegravele au
systegraveme eacutelectrique il est baseacute sur lrsquoinjection drsquoun courant AC controcircleacute agrave travers un
transformateur de couplage La structure de base drsquoun STATCOM ayant le scheacutema qui est
montreacute par la figure (III7) [33]
En geacuteneacuteral la tension du STATCOM 119881119904ℎest injecteacutee en phase avec la tension 119881119903 de la
ligne et dans ce cas il n y a pas deacutechange de leacutenergie active avec le reacuteseau mais seulement la
puissance reacuteactive qui sera injecteacutee (ou absorbeacutee) par le STATCOM Le STATCOM a le
mecircme rocircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce dispositif capable de deacutelivrer la
puissance reacuteactive mecircme si la tension de jeu de barre de connexion est faible Avec
lhypothegravese dun STATCOM ideacuteal (convertisseur sans pertes) la contrainte de fonctionnement
que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas eacutechanger la puissance active avec le reacuteseau
La tension du STATCOM est donneacute par
119864119904ℎ = 119881119904ℎ(119888119900119904120575119904ℎ + 119895119904119894119899120575119904ℎ)
Le courant injecteacutee par le STATCOM est donneacute par
119868119904ℎ =119881119904ℎ minus 119881119894
119895119883119894
Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
75
(III14)
(III15)
(III16)
(III17)
La puissance de transmission entre les deux systegravemes peut ecirctre repreacutesenteacutee par
La puissance active transmis
119875 = 119881119894119881119904ℎ
119883 119904119894119899(120575119894minus120575119904ℎ)
La puissance reacuteactive transmis
119876 =119881119894
2
119883minus
119881119894119881119904ℎ
119883 cos (120575119894120575119904ℎ)
Ougrave 119881119894119881119904ℎ est la tension aux nœuds (120575119894120575119904ℎ) lrsquoangle entre la tension et X impeacutedance de la
ligne Apregraves lrsquoexeacutecution de quelques opeacuterations complexes les eacutequations de puissance active
et reacuteactive sont obtenues comme suit
119875119904ℎ = 1198811198942119892119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ) + 119887119904ℎ119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ))
119876119904ℎ = minus1198811198942119887119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ) minus 119887119904ℎ119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ))
Avec 119892119904ℎ + 119895119887119904ℎ = 1119885119904ℎ
frasl
119892119904ℎ Conductance eacutequivalente du STATCOM
119887119904ℎ Susceptance eacutequivalente du STATCOM
119885119904ℎ Impedance eacutequivalente du STATCOM
III29) Modeacutelisation du SSSC
Le SSSC peut acqueacuterir un eacuteleacutement de stockage drsquoeacutenergie pour une compensation de la
puissance active momentaneacutement qui reacutesulte dans un maintien efficace de la stabiliteacute du
reacuteseau eacutelectrique Un SSSC est donc modeacuteliseacute comme une source de tension en seacuterie la figure
(III8) montre un SSSC inseacutereacute dans un reacuteseau agrave deux machines et son diagramme vectoriel des
tensions [33]
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
76
(III18)
(III19)
(III20)
(III21)
(III22)
(III23)
A partir du diagramme vectoriel on peut voir que la tension injecteacutee en seacuterie controcircle
directement la tension agrave travers lrsquoinductance X de la ligne qui en la augmentant reacutesulte en
une augmentation dans la valeur du courant et par conseacutequence une augmentation dans la
puissance transmissible agrave travers la ligne Ce fonctionnement est similaire agrave une compensation
seacuterie par un condensateur Si on eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant
de la ligne on obtient le mecircme reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un
condensateur
119880= -j119883119862 119868
Avec 119883119862 qui repreacutesente la reacuteactance capacitive du condensateur Mais comme le SSSC
est une source de tension il peut alors maintenir une tension constante puisque il controcircle
indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC peut augmenter ou diminuer le
flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant la tension injecteacutee en seacuterie agrave la
ligne Comme le SSSC est une source reacuteactive la tension geacuteneacutereacutee est perpendiculaire au
courant de la ligne ce courant est
119868 =1198801minus119880119902minus1198802
119895119883
119920 =120783
119947119935(( 119880120783 minus 119880120784) minus 119880119954
(119880120783minus119880120784)
|119880120783minus119880120784|)
119920 =119947(119880120783minus119880120784)
119935(120783 minus
119880119954
|119880120783minus119880120784|)
Cette eacutequation montre qursquoagrave lrsquoabsence du SSSC la chute de tension agrave travers X
est ( 1198801
minus 1198802
) Si on prend 1198802 Comme reacutefeacuterence du SSSC
1198802
= U2
et
Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
77
(III24)
(III25)
1198801=1198801(119888119900119904120575 + 119895119904119894119899120575)
Si on prend par consideacuteration que
|119880120783
minus 119880120784
| = radic119880120783120784 + 119932120784
120784 minus 120784119932120783119932120784119940119952119956120633
Ce qui nous donne la puissance agrave travers la ligne
P = 11988011198802119904119894119899120575
119883(1 minus
119880119902
radic11988012+1198802
2minus211988011198802119888119900119904120575
)
Par conseacutequent la puissance transmise P est une fonction de la tension injecteacutee La
puissance transmise en fonction de lrsquoangle δ
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
78
III3) Conclusion
Dans ce chapitre nous avons modeacuteliseacute les diffeacuterents composants du reacuteseau eacutelectrique agrave
savoir les lignes de transport les transformateurs et les charge les machines
synchroneshellipetc
Des modegraveles simplifieacutes de deux diffeacuterents types de FACTS agrave savoir le STATCOM et le
SSSC baseacute sur la modification de la matrice admittance 119884 et suitable pour lrsquoeacutetude du controcircle
du power flow et la reacutegulation de la tension ont eacuteteacute deacutemontreacutees dans ce chapitre Les deux
modegraveles ont eacuteteacute observeacutes dans la litteacuterature Agrave cet effet une bregraveve preacutesentation des approches
existantes agrave des modegraveles de ces deux dispositifs FACTS ont eacuteteacute fournis Les modegraveles
seacutelectionneacutes sont faciles agrave impleacutementer dans les logiciels du power flow comme le PSAT Au
chapitre suivant crsquoest lrsquoimpact du STATCOM et du SSSC sur lrsquoeffondrement de tension qui
sera analyseacute
79
Chapitre 4
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
80
IV1) Introduction
Le transfert de puissance au travers drsquoun reacuteseau eacutelectrique srsquoaccompagne de chutes de
tension entre les points de production et ceux de consommation Dans des conditions
normales de fonctionnement ces chutes de tension sont de lrsquoordre de quelque pour cents de la
tension nominale Une des preacuteoccupations des planificateurs et des exploitants est de srsquoassurer
que les tensions aux diffeacuterents jeux de barres du reacuteseau demeurent malgreacute tout dans des
limites prescrites speacutecialement dans des conditions de forte charge etou suite agrave des incidents
plausibles Dans certaines circonstances cependant dans les secondes ou dans les minutes qui
suivent lrsquoapparition drsquoune perturbation les tensions peuvent deacutecroitre de maniegravere
catastrophique agrave tel point que la puissance ne peut plus ecirctre achemineacutee correctement aux
consommateurs et que lrsquointeacutegriteacute du systegraveme peut ecirctre mise en danger
Le meacutecanisme qui sous-tend cet affaissement des tensions est lrsquoinstabiliteacute de tension et
la catastrophe qui en reacutesulte est lrsquoeffondrement de tension [34]
En termes simples lrsquoinstabiliteacute de la tension provient drsquoun comportement des charges
qui tend agrave ramener la consommation de puissance de celles-ci au-delagrave de ce que peuvent
fournir ensemble le reacuteseau de transport et les geacuteneacuterateurs
Dans de nombreux reacuteseaux agrave travers le monde lrsquoinstabiliteacute de tension est consideacutereacutee
comme une source majeure de deacutefaillance au moins aussi importante que les surcharges
thermiques drsquoeacutequipements (et le risque associeacute de deacuteclenchements en cascade) ou lrsquoinstabiliteacute
angulaire (perte de synchronisme entre geacuteneacuterateurs) connues depuis plus longtemps
Plusieurs facteurs contribuent agrave cet eacutetat de fait
- comme on le sait la construction de nouvelles lignes eacutelectriques est de
plus en plus difficile souvent retardeacutee et parfois impossible
- la concentration de la production dans ces centrales de plus en plus
puissantes a diminueacute le nombre de points tenus en tension dans le reacuteseau et
augmenteacute les distances eacutelectriques entre centres de production et de consommation
Certes lrsquoeacutemergence de la production deacutecentraliseacutee va quelque peu inverser cette
tendance en rapprochant producteurs et consommateurs Encore faut ndashil que ces
sources drsquoeacutenergie fournissent les services auxiliaires que sont la reacutegulation de
tension et la mise agrave disposition drsquoune reacuteserve de puissance reacuteactive
- lrsquousage massif de condensateurs shunt pour soutenir le profil de tension
permet de transporter de plus grandes quantiteacutes de puissance mais rapproche le point
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
81
drsquoinstabiliteacute des plages de fonctionnement normal
- lrsquoinstabiliteacute de tension est souvent deacuteclencheacutee par la perte
drsquoeacutequipements de transport et ou de production incidents dont la probabiliteacute
drsquoapparition est relativement eacuteleveacutee (compareacutee par exemple agrave celle du court-circuit
triphaseacute consideacutereacute en stabiliteacute transitoire angulaire)
- lrsquoouverture du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute incite agrave faire fonctionner les
reacuteseaux plus pregraves de leurs limites physiques pour des raisons de rentabiliteacute
eacuteconomique Plus encore que par le passeacute il est donc neacutecessaire drsquoeacutevaluer ces
limites en particulier vis ndashagrave vis du risque drsquoinstabiliteacute de tension
IV2) Outils de simulation
Plusieurs outils de simulation ont eacuteteacute utiliseacutes dans lrsquoanalyse et lrsquoeacutetude des reacuteseaux
eacutelectriques tels que (Matlab EMTP Etap PowerWorld PSAThellip etc) Ces logiciels
permettent de nous renseigner sur les diffeacuterents facteurs drsquoun reacuteseau eacutelectrique et agrave simuler les
diffeacuterents cas pour avoir les paramegravetres du reacuteseau Ces derniers utilisent les mecircmes
concepts Dans ce meacutemoire le logiciel PSAT est utiliseacute pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de
tension drsquoun reacuteseau de transport
PSAT est un logiciel librement distribueacutes conccedilu par Federico Milano baseacute sur
MATLAB pour lanalyse et lrsquooptimisation des reacuteseaux eacutelectriques Lrsquointerface graphique
interactive du PSAT permet agrave lrsquoutilisateur drsquoeffectuer les fonctions statiques et dynamiques
suivantes [35]
Calcul drsquoeacutecoulement de puissance (Power Flow- PF)
Calcul drsquoeacutecoulement de puissance Optimal (Optimal Power Flow- OPF)
Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation Power Flow- CPF)
Analyse de la stabiliteacute de petites perturbations (Small Signal Stability Analysis-
SSSA)
Simulation temporelle (Time Domaine Simulation- TDS)
Analyse transitoire drsquoeacutelectromagneacutetique (Electro Magnetic Transient Analysis-
EMT)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
82
Interface graphique (Graphical User Interface- GUI)
Eacutediteur de reacuteseau graphique (Graphical Network Editor- GNE)
Toutes les opeacuterations de PSAT peuvent ecirctre reacuteparties en deux genres drsquoanalyse
- La premiegravere analyse est de reacutesoudre les problegravemes de lrsquoeacutecoulement de puissance
Cette application srsquoeffectue dans une page de commande ou un eacutediteur comme
montre la figure (IV1)
- La seconde analyse est drsquoimplanter le reacuteseau agrave eacutetudier en utilisant une bibliothegraveque
de Simulink qui contient de nombreux modegraveles pour lrsquoimplantation des systegravemes
eacutelectriques comme montreacute dans la figure (IV2)
IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques
La deacutefinition et les types de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques sont repreacutesenteacutes dans le
chapitre I
Durant les derniegraveres deacutecennies la stabiliteacute de tension dans les systegravemes dalimentation
est devenue un vaste champ de recherches Les pheacutenomegravenes dinstabiliteacute en tension peuvent
srsquoeacutetendre dans une plage de temps allant de quelques secondes agrave quelques heures et ont eacuteteacute
eacutetudieacutes en utilisant une varieacuteteacute de modegraveles statiques et dynamiques y compris les reacutegulateurs
et les dispositifs eacutelectroniques de puissance
Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
83
Les sujets pertinents pour le marcheacute de leacutelectriciteacute et pour les techniques optimales
deacutecoulement de puissance sont geacuteneacuteralement les pheacutenomegravenes drsquoeffondrement de tension
reacutesultant des variations de charge et des opeacuterations de commutation Lrsquoeffondrement de
tension est geacuteneacuteralement la conseacutequence de laugmentation de la charge dans les systegravemes
caracteacuteriseacutes par des conditions de chargement lourd et ou lorsque survient une modification
dans le systegraveme comme une ligne hors service Le reacutesultat est geacuteneacuteralement que le point de
fonctionnement actuel qui est stable laquodisparaicirctraquo et le systegraveme transitoire suivant conduit agrave
une rapide irreacutecupeacuterable baisse de tension
IV31) Facteur de charge et les directions de puissance [34]
Loutil analytique le plus accepteacute pour lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes de lrsquoeffondrement de
tension est la theacuteorie de la bifurcation qui est une theacuteorie matheacutematique geacuteneacuterale capable de
classer les instabiliteacutes drsquoeacutetudier le comportement du systegraveme dans le voisinage
drsquoeffondrement ou des points instables et de donner une information quantitative sur les
actions correctives pour eacuteviter les conditions critiques
Dans la theacuteorie de la bifurcation il est supposeacute que les eacutequations du systegraveme deacutependent
dun ensemble de paramegravetres avec des variables deacutetat comme suit
0 = 119891 (120013 λ)
avec
119891 Eacutequation de lrsquoeacutecoulement de puissance
120013 Variables deacutependantes
120582 Facteur de charge
Alors les proprieacuteteacutes de la stabiliteacute instabiliteacute sont eacutevalueacutees en variant lsquolsquolentementrsquorsquo les
paramegravetres Dans ce meacutemoire le paramegravetre utiliseacute pour eacutetudier la proximiteacute du systegraveme de
lrsquoeffondrement de tension est le soi-disant facteur de charge 120582 (120582 isin ℛ) ce qui modifie les
puissances du geacuteneacuterateur et la charge comme suit
(IV1)
1198751198661 = (1 + 120582)(1198751198660 + 119875119878)
1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)
1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)
(IV2)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
84
Avec
1198751198660 Puissance active du geacuteneacuterateur
1198751198710 Puissance active de la charge
119875119878 Fourniture de lrsquooffre (Supply bids)
119875119863 Demande drsquooffre (Demand bids)
Les puissances qui multiplient λ sont appeleacutees les puissances de direction Les eacutequations
(IV2) diffegraverent du modegravele geacuteneacuteralement utiliseacute dans lanalyse du calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) cest-agrave-dire
Ougrave le facteur de charge touche uniquement les variables puissances PS et PD Dans les
diagrammes typiques de bifurcation les tensions sont traceacutees en fonction de λ cest agrave dire la
mesure de la capaciteacute de charge du systegraveme obtenant ainsi les courbes V(p)
Les indices 0 1 et 2 deacutenotent le cas de base le premier point et le deuxiegraveme point de
directions des puissances respectivement
IV 32) Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation
power flow- CPF) [34]
Les techniques du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance sont largement
reconnues comme un outil preacutecieux pour deacuteterminer les courbes V(P) du systegraveme de
puissance et permettent destimer les conditions de chargement maximal et des solutions
laquocritiquesraquo (par exemple saddle-node et limites induites de points de bifurcation) Malgreacute que
les grands systegravemes neacutecessitent un calcul numeacuterique exigeant le CPF nest pas affecteacutee par
des instabiliteacutes numeacuteriques En fait il est capable de deacuteterminer la partie stable et instable des
courbes V(p) et peut fournir des informations suppleacutementaires telles que les facteurs de
sensibiliteacute de la solution actuelle agrave leacutegard des paramegravetres pertinents
Dun point de vue matheacutematique le CPF est une technique dhomotopie et permet
dexplorer la stabiliteacute des eacutequations du systegraveme eacutelectrique en faisant varier un paramegravetre du
systegraveme qui dans les eacutetudes de stabiliteacute statique et dynamique typique de tension est le
paramegravetre de charge λ De maniegravere geacuteneacuterale le CPF consiste en un pas preacutedicteur reacutealiseacute par
le calcul du vecteur tangent et un pas correcteur qui peut ecirctre obtenu soit par lintermeacutediaire
PG2 = (PG0 + λPS)
PL2 = (PL0 + λPD)
PL2 = (PL0 + λPD)
(IV3)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
85
dun parameacutetrage local ou agrave une intersection perpendiculaire
a) Pas preacutedicteur
Au point deacutequilibre geacuteneacuterique p la relation suivante sapplique
Et le vecteur tangent peut ecirctre approximeacute par
Agrave partir de lrsquoeacutequation (IV4) et (IV5) on a
Agrave ce point un pas de grandeur k de controcircle doit ecirctre choisi pour deacuteterminer la quantiteacute Δ120013119901
et Δ120582119901 avec une normalisation afin deacuteviter de grands pas quand 120591119901 est grand
Δ120582119901 ≜ 119896
120591119901 Δ120013119901 ≜
119896 120591119901
120591119901
Ougrave ∙ est la norme euclidienne et 119896 = plusmn1 Le signe de k deacutetermine lrsquoaugmentation ou la
diminution de 120582 La figure (IV3) preacutesente une repreacutesentation graphique du pas preacutedicteur
119891(120013 p λp) = 0 rArr d119891
dλ|
p= D120013 119891|p
d120013
dλ|
p+
d119891
dλ|
p= 0 (IV4)
120591p = d120013
dλ|
p asymp
Δ 120013 p
∆λp
(IV5)
120591119901 = minus D120013 119891|pminus1
part119891
partλ|
p
∆120013p = 120591119901 ∆λp
(IV6)
(IV7)
(120013119901 120582119901)
120591119901
119891(120013 120582) = 0
(120013119875 + ∆120013119875 120582119875 + ∆120582119875)
Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance
pas preacutedicteur obtenu par les moyens de la tangente
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
86
b) Pas correcteur
Pour le pas correcteur lrsquoensemble des eacutequations n+1 est reacutesolu
119891(120013 λ) = 0
120578(120013 λ) = 0
Ougrave la solution de 119891 doit ecirctre dans le collecteur de bifurcation et 120578 est une eacutequation
additionnelle pour garantir un ensemble non singulier au point de bifurcation Pour le choix de
120578 il yrsquoa deux options lrsquointersection perpendiculaire et la parameacutetrisation locale
Dans le cas de lrsquointersection perpendiculaire dont la repreacutesentation est donneacutee par la figure
(IV2) lrsquoexpression de 120578 devient (eacutequation IV9)
Tandis que pour la parameacutetrisation locale soit le paramegravetre 120582 soit la variable 120013119894 est forceacutee
drsquoecirctre une valeur fixe
(120013119901 120582119901)
119891(120013 120582) = 0
(120013119888 120582119888)
(120013119888 minus (120013119875 + ∆120013119875 ) 120582119888 minus (120582119875 + Δ120582119901 ) )
120578 (120013 λ) = [Δ120013p
Δλp]
T
[120013c minus (120013p + Δ120013p)
λc minus (λp minus Δλp)] = 0
ppcx )(
(IV8)
(IV9)
(IV10)
Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas
correcteur obtenu par les moyens dintersection perpendiculaire
P
900
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
87
Ou
pipici xxxx )(
Le choix pour que la variable soit fixe deacutepend du collecteur de bifurcation de 119891 comme
crsquoest preacutesenteacute agrave la figure (IV5)
IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE 39 nœuds
IV41) Preacutesentation du reacuteseau
Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds est un reacuteseau de transport standard IEEE New England
39 nœuds sera utiliseacute pour les diffeacuterents sceacutenarios de nos simulations Ce reacuteseau repreacutesente
une simplification du reacuteseau de transport de la reacutegion Nouvelle Angleterre (nord-est des Etats-
Unis) Il srsquoagit donc drsquoune partie drsquoun reacuteseau reacuteel ameacutericain Ce reacuteseau fonctionne agrave 100
kV et comporte 10 geacuteneacuterateurs (119875119866119905119900119905119886119897119890= 619 Gw 119876119866119905119900119905119886119897119890= 113 Gvar) et 39 nœuds dont
19 nœuds de charge et 48 lignes Un scheacutema complet de ce reacuteseau est preacutesenteacute par la figure
IV6) [36]
Les donneacutees des jeux de barres ainsi que les caracteacuteristiques des branches sont
indiqueacutees dans lrsquoannexe A1
Le reacuteseau de transport IEEE-39 nœuds est constitueacute de 3 reacutegions (figure IV7) Chaque
reacutegion contient des nœuds PV et des nœuds PQ ainsi des geacuteneacuterateurs synchrones
(IV11)
Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas
correcteur obtenu par les moyens de la parameacutetrisation locale
λ
Correcteur
Correcteur
x
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
88
En utilisant la technique du CPF la stabiliteacute de tension est eacutetudieacutee Le comportement du
systegraveme test consideacutereacute avec et sans les dispositifs FACTS sous diffeacuterentes conditions de
charge est eacutetudieacute Lrsquoemplacement des FACTS est deacutetermineacute agrave travers le CPF
Un modegravele classique PQ est utiliseacute pour les charges Les limites des geacuteneacuterateurs sont
ignoreacutees Lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension est effectueacutee en commenccedilant agrave partir dun point
de fonctionnement stable initiale et en augmentant ensuite les charges par le facteur 120582 jusqursquoagrave
atteindre le point de singulariteacute de la lineacutearisation de lrsquoeacutecoulement de puissance
Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
89
Lorganigramme de la stabiliteacute de tension avec les FACTS en utilisant la meacutethode CPF
est illustreacute par la figure (IV8)
De la figure (IV8) on peut observer que les eacutequations des dispositifs FACTS sont
ajouteacutees dans les eacutequations de lrsquoeacutecoulement de puissance Les nouvelles eacutequations de
lrsquoeacutecoulement de puissance sont ensuite utiliseacutees dans le pas correcteur du processus CPF
Zone I
Noeuds (PQ) 4 5 6
7 8 910 11 12 13
14
Noeuds (PV) 31 32 39
Zone II
Noeuds(PQ) 1 2 3 17 18 25 26
27
Noeuds(PV) 3037
Zone III
Noeuds (PQ) 15 16 19 20 21 22 23 24
28 29
Noeuds (PV) 3334353638
Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds
Reacuteseau IEEE 39-nœuds
Geacuteneacuterateurs synchrones
30 31323334353637
3839
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
90
IV5) Emplacement du STATCOM
Fixer le nombre des points du CPF
Reacutesoudre les eacutequations de
lrsquoeacutecoulement de puissance de
charge avec les FACTS
Reacutesoudre les eacutequations de
lrsquoeacutecroulement de charge avec les
FACTS
Nombres des points de CPF
Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS
Lire les donneacutees
Pas preacutedicteur dans la meacutethode
CPF
Creacuteer les eacutequations de lrsquoeacutecoulement
de puissance avec les eacutequations du
FACTS
La courbe PV
complegravete
Fin
Deacutebut
Pas correcteur dans la meacutethode
CPF
Non
Oui
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
91
IV5) Emplacement du STATCOM
Drsquoapregraves le profil de tension (figure IV9) ainsi une preacutesentation des nœuds critiques sur
la figure (IV10) et leurs courbes V(p) obtenues par la meacutethode du CPF illustreacutee aux figures
(IV11 IV12 IV13) nous implanterons le STATCOM sur le nœud de charge le plus fragile
du reacuteseau de transport Le point de chargement maximal ou le point de bifurcation quand la
matrice jacobienne est singuliegravere survient agrave 120640=22806 pu
Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone
Reacuteseau IEEE 39-nœuds
Zone I
Les noeuds fragiles
875641214
le noeud le plus critique 8
Zone II
Les noeuds fragiles
3181727
le noeud le plus critique 3
Zone III
Les noeuds fragiles
1516242128
le noeud le plus critique 15
Figure IV9 Profil des tensions du reacuteseau IEEE 39-nœuds
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
92
Le calcul du CPF sur le reacuteseau seul (crsquoest ndash agrave dire sans y inseacuterer le STATCOM) a
montreacute que le nœud concerneacute est le nœud 8 de la zone 1
IV51) Impact du STATCOM
Apregraves la deacutetermination du nœud fragile du reacuteseau consideacutereacute et qui a besoin drsquoecirctre
soutenus les valeurs nominales (the ratings) du STATCOM doivent ecirctre choisies il est agrave
Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de
base)
0 05 1 15 2 25
065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
X 228
Y 07822
Lambda(pu)
Tensio
ns(pu)
Zone 3
V15
V16
V21
V24
V28
Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme
(eacutetat de base)
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
115
12
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu
)
Zone 2
V3
V17
V18
V27
Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1
du systegraveme (eacutetat de base)
0 05 1 15 2 250
02
04
06
08
1
12
14
X 228
Y 06766
Lambda (pu)
Tensio
ns(p
u)
Zone 1
V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
93
preacutevoir que par lintroduction du STATCOM aux nœuds critiques le profil de tension sera
plat et le facteur de charge du systegraveme va augmenter
Les gestionnaires des reacuteseaux eacutelectriques imposent une toleacuterance de plusmn 5 sur la tension
du reacuteseau de transport pour garantir une qualiteacute de distribution de lrsquoeacutelectriciteacute Nous
prendrons donc 119880119898119894119899 = 095pu et 119880119898119886119909 = 105 pu (soit respectivement 95KV et 105 KV
pour notre reacuteseau de transport de 100KV nominal) On obtient les valeurs nominales de la
puissance reacuteactive du STATCOM par [21]
119876119898119886119909 = 119868119871119898119886119909 lowast 119880119898119886119909
Et
119876119898119898119894119899 = 119868119888119898119886119909 lowast 119880119898119894119899
Drsquoougrave 119883119878119871 = 119880max minus 119880119898119894119899
119868119871119898119886119909minus 119868119888119898119886119909
Avec
119868119871119898119886119909 Courant inductif maximum
119868119888119898119886119909 Courant capacitif maximum
119880119898119886119909 119880119898119894119899 tension limites en reacutegulation
119883119878119871 ∶ Pente de la caracteacuteristique statique dans la zone de fonctionnement en reacutegulation
Quand le STATCOM est connecteacute au nœud 8 on observe drsquoapregraves la figure (IV14) que
les nœuds les plus fragiles de la zone 1 ont un profil de tension plus plat que lrsquoeacutetat de base et
introduire le STATCOM va augmenter le facteur de charge agrave la valeur maximale Comme
attendu le point de bifurcation pour le STATCOM placeacute au nœud 8 survient agrave une valeur de
charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 231 pu Sa puissance reacuteactive capacitive calculeacutee drsquoapregraves les
eacutequations IV12 et IV13 est de ndash 380 Mvar + 420 Mvar pour une puissance de base de
100MVA
(IV12)
(IV13)
(IV14)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
94
IV511) Profils des tensions et les pertes de puissances dans le
systegraveme
Les profils des tensions du cas de base et du systegraveme avec le STATCOM sont illustreacutes
agrave la figure (IV15) Il est eacutevident agrave partir de cette figure que le STATCOM fournit un meilleur
profil de tension au point drsquoeffondrement de tension compareacute agrave lrsquoeacutetat de base Cela est ducirc au
fait que le STATCOM est installeacute au nœud le plus faible
Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV16)
et la figure (IV17) respectivement Lrsquoaugmentation des pertes au voisinage du point
drsquoeffondrement est faible dans le cas du STATCOM placeacute au nœud 8
Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Ten
sion
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 8
Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
X 2315
Y 07441
Lambda(pu)
Tensio
ns(p
u
Zone STATCOM au 8
V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
95
La figure (IV18) illustre le paramegravetre de charge pour diffeacuterents emplacements du
STATCOM sur les nœuds les plus critiques des 3 zones selon les courbes V(p) des figures
(IV11 IV12 et IV13)
Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives
avec STATCOM au nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Zone 1 avec STATCOM au noeud 8
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 8
Figure IV17 Profils de pertes de
puissances reacuteactives avec STATCOM au
nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 1 avec STATCOM au noeud 8
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 8
Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM
[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
225
226
227
228
229
23
231
232
233
234
Base STATACOM aunœud 08
STATACOM aunœud 03
STATACOM aunœud 15
22806
23164232
234
Paramegravetre de charge(pu)
Paramegravetre decharge(pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
96
Puisque notre but agrave travers la recherche de lrsquoemplacement ideacuteal du dispositif
STATCOM est drsquoaugmenter la stabiliteacute de tension c-agrave-d maximiser le facteur de charge 120582 du
systegraveme tous en controcirclant la tension et minimisant les pertes des puissances actives et
reacuteactives nous placcedilons le mecircme STATCOM sur ces diffeacuterents nœuds fragiles et nous
observons lrsquoimpact qursquoil peut apporter
Le STATCOM placeacute sur le nœud 3 de la zone 2 et le nœud 15 de la zone 3 offre le
maximum du facteur de charge (voir figure IV18)
Les courbes V(p) avec le STATCOM sur les nœuds 3 et 15 sont illustreacutes sur les figures
(IV19) et (IV20) ainsi leurs profils des tensions sont illustreacutes sur les figures (IV21) et
(IV22)
Drsquoapregraves ces figures on constate une leacutegegravere ameacutelioration de tension sur les nœuds 2 3 et
4 pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3
Pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 15 on remarque sur les profils des
tensions une leacutegegravere baisse de tension sur les nœuds 5 6 7 8 9 11 et 13 et une ameacutelioration
pour les nœuds 15 16 17 18 et 20
Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au
nœud 03
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
115
12
Lambda(pu)
Tensio
n (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
X 2325
Y 08385
V3
V17
V18
V27
Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au
nœud 15
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
X 234
Y 07461
Lambda(pu)
Tensio
ns(p
u)
Zone 3 avec STATCOM au noeud 15
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
97
Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV23)
et la figure (IV24) respectivement pour le STATCOM au nœud 3 et les figures (IV25) et
(IV26) pour le STATCOM au nœud 15 Lrsquoaugmentation des pertes actives et reacuteactives au
voisinage du point drsquoeffondrement est grande dans le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3
et 15 presque pour tous les nœuds
Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme
avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 3
Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme
avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns(p
u)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 15
Figure IV23 Profils de pertes de puissances
actives avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 03
Figure IV24 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 03
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
98
IV512) Synthegravese
Les diffeacuterents emplacements du STATCOM preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE
39 nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV27) et
(IV28) syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du STATCOM Notre choix du nœud 8
comme un nœud fragile qui avait besoin drsquoecirctre soutenu est raisonnable vu lrsquoapport qursquoil a
fourni (figure IV28)
Figure IV25 Profils de pertes de puissance actives
avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 15
Figure IV26 Profils de pertes de puissance
reacuteactives avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 3 avec STATCOM au noeud 15
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 15
Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les
diffeacuterents emplacements du STATCOM [Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
0
20
40
60
80
100
Base STATCOMau 08
STATCOMau 03
STATCOMau 15
404 354 418 415
895298
738
9261 9249
Pertes de puissancesactives (pu)
Pertes de puissancesreacuteactives (pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
99
IV6) Emplacement du SSSC
Comme nous lrsquoavons deacutejagrave signaleacute dans le chapitre 2 Un SSSC fonctionne sans la
preacutesence drsquoune source de tension externe Il opegravere comme une source de tension en seacuterie agrave la
ligne Cette source geacutenegravere une tension en quadrature avec et controcircleacutee seacutepareacutement du courant
qui passe agrave travers la ligne dont le but drsquoaugmenter ou de diminuer la tension injecteacute en seacuterie
dans la ligne et par conseacutequence controcircler le flux de puissance qui passe agrave travers la ligne
Son fonctionnement est similaire agrave une compensation seacuterie par un condensateur Si on
eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant de la ligne on obtient le mecircme
reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un condensateur
119880119902 = minus119895 119883119888119868
Avec
119883119888 Reacuteactance capacitive du condensateur
(IV15)
Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du STATCOM
[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
07846081614
073999
0
02
04
06
08
1
12
1 5 10 15 20 25 30 35
Zone 1 (08)
Zone 2 (03)
Zone 3 (15)
Base
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
100
Mais comme le SSSC est une source de tension il peut alors maintenir une tension
constante puisque il la controcircle indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC
peut augmenter ou diminuer le flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant
la tension injecteacutee en seacuterie agrave la ligne
Dans nos simulations nous avons reacutegleacute la tension injecteacutee entre ses limites ainsi le taux de
compensation du SSSC
IV61) Impact du SSSC
Drsquoapregraves la figure (IV6) et la figure (IV9) le nœud 8 le plus fragile est alimenteacute par trois
lignes 8-5 8-7 et 8-9 Donc pour seacutelectionner lrsquoemplacement du SSSC nous allons nous baser
sur lrsquoaugmentation maximale de la puissance au point de lrsquoeffondrement [34] Les figures
(IV29) et (IV30) montrent clairement que les puissances actives et reacuteactives sur la ligne 15
(8-9) sont maximales au point de lrsquoeffondrement de tension
Apregraves lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 15 les figures (IV31) (IV32) et (IV33)
montrent les courbes V(p) des 3 zones le point de bifurcation pour le SSSC inseacutereacutee sur la
ligne 15 survient agrave une valeur de charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 239 pu Nous pouvons
remarquer que les courbes V(p) gardent toujours la partie infeacuterieure (partie instable) de la
courbe
Figure IV29 Puissances actives
maximales au point drsquoeffondrement
0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Lambda (pu)
Puis
sance a
ctives (
pu
X 228
Y -08897
X 228
Y 4079
X 228
Y 7041
PBUS05 BUS08
PBUS07 BUS08
PBUS08 BUS09
Figure IV30 Puissances reacuteactives
maximales au point drsquoeffondrement
0 05 1 15 2-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
Lambda (pu)
Puis
sances r
eacuteactives(p
u)
X 228
Y 1762
X 228
Y -05669
X 228
Y -4221
QBUS05 BUS08
QBUS07 BUS08
QBUS08 BUS09
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
101
Les profils des tensions des pertes actives et reacuteactives sont illustreacutes sur les figures
(IV34) (IV35) (IV36) respectivement
Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC
sur la ligne 15
0 05 1 15 2 25065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
115
X 239
Y 07389
Lambda (pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 2 avec SSSS sur la ligne 15
V3
V17
V18
V27
Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec
SSSC sur la ligne 15
0 05 1 15 2 250
02
04
06
08
1
12
14
X 239
Y 06732
Lambda(pu)
Tensio
n(p
u)
Zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15
0 05 1 15 2 2505
06
07
08
09
1
11
12
X 239
Y 06487
Lambda (pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 avec SSSC sur la ligne 15
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
102
Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tens
ions
(pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 15
Figure IV35 Profils de pertes de
puissances actives avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 15
Figure IV36 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
103
Drsquoapregraves ces reacutesultats nous pouvons conclure que le SSSC inseacutereacute sur la ligne 15 de la
zone 1 nrsquoa pas ameacutelioreacute les profils de tension les pertes actives et reacuteactives au point
drsquoeffondrement de tension
Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion pour le SSSC nous allons le placeacute dans
la zone 3 ougrave se trouve le 2egraveme nœud fragile drsquoapregraves la courbe de la figure IV9 qui est le nœud
15
Nos simulations nous en permettent de trouver 2 situations critiques lors de
lrsquoeffondrement de tension sur la ligne 45 (22- 35) et la ligne 48 (29- 38) leurs puissances
actives et reacuteactives au point drsquoeffondrement sont illustreacutees par les figures (IV37) et (IV38)
IV611) SSSC inseacutereacute sur la ligne 45
Nous avons inseacutereacute le SSSC sur la ligne 45 entre le nœud 22 et le nœud 35 la courbe
V(p) de la zone 3 (zone drsquoinsertion du SSSC) les profils de tensions les pertes actives et
reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV39) (IV40) (IV41) et (IV42) respectivement
Figure IV37 Puissances actives
maximales au point drsquoeffondrement de la
zone 3
0 05 1 15 2-20
-15
-10
-5
0
5
X 228
Y -1513
Lambda (pu)
Puis
sances a
ctives (
pu)
Zone 3 Etat de base
X 228
Y -1895
PBUS22 BUS35
PBUS29 BUS38
Figure IV38 Puissances reacuteactives
maximales au point drsquoeffondrement de la
zone 3
0 05 1 15 2-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
X 2281
Y -3841
Lambda (pu)
puis
sances r
eacuteactives (
pu)
Zone 3 Etat de base
X 2281
Y -945Q
BUS22 BUS35
QBUS29 BUS38
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
104
Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 45 les profils des tensions sont meilleurs par apport
agrave ceux du SSSC sur la ligne 15 de la zone 1
IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48
Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion du SSSC sur notre reacuteseau de transport
nous allons lrsquoinseacutereacute sur la ligne 48 entre le nœud 29 et le nœud 38 la courbe V(p) les profils
de tensions les pertes actives et reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV43) (IV44)
(IV45) et (IV46) respectivement
Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme
avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV41 Profils de pertes de puissances
actives avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV42 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec
SSSC sur la ligne 45
0 05 1 15 2 25065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
115
X 234
Y 07265
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 SSSC sur la ligne 45
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
105
Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 les profils des tensions ne sont pas meilleurs
par apport au cas du SSSC sur la ligne 45 mais pour les pertes reacuteactives lrsquoinsertion sur la
ligne 48 est meilleure que pour lrsquoinsertion sur la ligne 45
Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec
SSSC sur la ligne 48
0 05 1 15 2 25
065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
X 2306
Y 0704
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 avec SSSC sur la ligne 48
V15
V16
V21
V24
V28
Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme
avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 48
Figure IV46 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Petes reacuteactiv
es (pu)
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48
Figure IV45 Profils de pertes de puissances
actives avec SSSC sur la ligne 48
Figure (IV45) Profils de pertes de puissance
actives avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pertes activ
es (pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 48
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
106
IV613) Synthegravese
Les diffeacuterents emplacements du SSSC preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE 39
nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV47) et (IV48)
syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du SSSC
Lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 45 de la zone 3 nous a fourni des meilleurs reacutesultats au
point drsquoeffondrement
Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC
[Extrait de lrsquoannexe B1 B3]
222
224
226
228
23
232
234
236
238
24
Base SSSC agrave laligne 15
SSSC agrave laligne 45
SSSC agrave laligne 48
22806
239
234
23
Paramegravetre de charge(pu)
Paramegravetre de charge(pu)
Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents
emplacements du SSSC [Extrait de lrsquoannexe B1 B3]
0
20
40
60
80
100
120
Base SSSC agrave laligne 15
SSSC agrave laligne 45
SSSC agrave laligne 48
404 466 402 363
89529810482
8381 8211
Pertes Actives (pu)
Pertes Reactives (pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
107
IV7) Conclusion
Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre une eacutetude de lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute des
reacuteseaux eacutelectriques en y inseacuterant deux systegravemes FACTS le STATCOM (Static Synchronous
Compensator) et le SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Le reacuteseau utiliseacute pour
les simulations est le reacuteseau de transport IEEE_39 nœuds Lrsquoanalyse des performances du
reacuteseau porte sur le support du profil de tension lrsquoaugmentation de la stabiliteacute en tension et la
diminution des pertes actives et reacuteactives et ce pour lrsquoeffondrement de tension Le
programme utiliseacute est un logiciel de calcul drsquoeacutecoulement de puissance (PF) et le calcul
continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) [PSAT]
Les tests effectueacutes ont montreacute plusieurs reacutesultats inteacuteressants Tout drsquoabord le systegraveme
FACTS shunt (le STATCOM) assure une stabilisation globale du reacuteseau En effet dans tous
les cas le STATCOM tend soit agrave stabiliser tous les nœuds soit en agrave stabiliser certains sans
affecter les autres En tout eacutetat de cause ce systegraveme nrsquoa jamais deacutestabiliseacute un nœud quel qursquoil
soit En fait le STATCOM ameacuteliore les performances du reacuteseau eacutelectrique (surtout en termes
de stabiliteacute et de soutien de tension) en fournissant de la puissance reacuteactive dans la zone de
charge Ceci doit ecirctre nuanceacute en ce qui concerne le compensateur seacuterie Si celui ndashci peut avoir
un bon comportement local crsquoest-agrave-dire dans la zone ougrave il est implanteacute en augmentant le
paramegravetre de charge il peut deacutestabiliser certains nœuds du reacuteseau Cette deacutestabilisation risque
drsquoecirctre importante Pour ecirctre efficace un SSSC doit ecirctre implanteacute sur une ligne preacutesentant des
puissances maximales au point drsquoeffondrement
Les reacutesultats obtenus pour la stabiliteacute de tension restent valables pour le support du
profil de tension On peut toutefois noter que la stabiliteacute drsquoun nœud ne deacutepend pas
uniquement de son niveau de tension crsquoest-agrave-dire qursquoun nœud agrave tension eacuteleveacutee peut malgreacute
tout ecirctre instable
Gracircce agrave lrsquoinsertion de ces deux systegravemes FACTS on pourra suivant les cas eacuteviter un
effondrement de tension du reacuteseau Les FACTS ont donc un apport beacuteneacutefique en termes de
seacutecuriteacute du reacuteseau
108
Conclusion geacuteneacuterale
Conclusion geacuteneacuterale
109
Le deacuteveloppement de leacutelectronique de puissance a permet dameacuteliorer la gestion des
reacuteseaux eacutelectriques en introduisant un nouveau concept par les systegravemes de transmission de
leacutenergie agrave courant alternatif flexible appeleacutee FACTS avec lesquels le controcircle du flux de
puissance active et reacuteactive ainsi que laugmentation des capaciteacutes de charge des lignes sont
atteints et performeacutes par linjection des tension (ou courant) des convertisseur conccedilus avec des
interrupteurs statiques modernes commandeacutees en ouverture et en fermeture tels que les GTO
IGBT concernant la nouvelle geacuteneacuteration de ces systegravemes FACTS
Dans le contexte de lrsquoinsertion des systegravemes FACTS dans les reacuteseaux eacutelectriques nous
avons orienteacute nos travaux vers lrsquoeacutetude de la stabiliteacute de tension en reacutegime statique
speacutecialement lrsquoemplacement optimal des dispositifs FACTS en utilisant le calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance
Nous avons dans ce cadre choisi drsquoeacutetudier le comportement de deux dispositifs FACTS
qui sont
le Compensateur Statique Synchrone le STATCOM (Static Synchronous
Compensator)
le Conpensateur statique seacuterie synchrone le SSSC (Static Synchronous Series
Compensator
Ces dispositifs ont eacuteteacute choisis comme base de deacutepart en vue de lrsquoeacutetude ulteacuterieure de
systegravemes FACTS plus complexes
Lrsquoimpact des systegravemes FACTS sur lrsquoeffondrement de tension a eacuteteacute meneacute agrave bien agrave lrsquoaide
de deux logiciels le PSAT et le MATLAB et deux modegraveles FACTS ont eacuteteacute utiliseacutes Pour les
simulations statiques nous avons utiliseacute le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds le facteur de
charge a eacuteteacute calculeacute par la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF)
Cette technique a montreacute ses capaciteacutes agrave surmonter les problegravemes de la singulariteacute de la
matrice jacobienne rencontreacutes dans les algorithmes standards de calcul de lrsquoeacutecoulement de
puissance
Les simulations statiques ont montreacute lrsquoapport incontestable des FACTS dans
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute de tension Le systegraveme FACTS shunt le STATCOM stabilise le
reacuteseau de faccedilon globale alors que le SSSC a un meilleur comportement local Lrsquoimplantation
Conclusion geacuteneacuterale
110
du SSSC doit ecirctre faite sur une ligne preacutesentant des puissances maximales au point de
lrsquoeffondrement Ces reacutesultats sont eacutegalement valables en ce qui concerne le support du profil
de tension Les FACTS ameacuteliorent le niveau de seacutecuriteacute du reacuteseau car on pourra gracircce agrave leur
insertion et suivant les cas eacuteviter lrsquoeffondrement de tension
Nous pouvons maintenant eacutenoncer quelques perspectives ayant pour objectif de
compleacuteter ce que nous avons preacutesenteacute dans ce rapport de meacutemoire
bull Comparaison entre tous les types des FACTS et leur impact sur le pheacutenomegravene de
lrsquoeffondrement de tension
bull Lorsque les compensations shunt et seacuterie seront bien connues nous pourrons alors nous
inteacuteresser aux deacutephaseurs commandeacutes par thyristors et agrave lrsquoUPFC le compensateur
universel qui reacuteunit agrave lui seul les fonctions FACTS de compensation shunt et seacuterie et de
deacutephasage
bull Pour les besoins de la deacutetermination de lrsquoemplacement optimal des FACTS nous
proposons pour un futur travail de deacutevelopper un programme baseacute sur les meacutethodes
heuristiques qui simule lrsquoemplacement optimal des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique
bull Le raccordement des eacutenergies renouvelables aux reacuteseaux intelligents dits laquosmart
gridsraquo lrsquoun des deacutefis des eacutenergies renouvelables telles que lrsquoeacuteolien ou le solaire reacuteside
dans le risque drsquointerruption de leur production dont la stabiliteacute est menaceacutee par leur
caractegravere aleacuteatoire Les systegravemes FACTS apportent une solution agrave ce problegraveme de
capaciteacute et de stabiliteacute du reacuteseau lequel integravegre une part croissante deacutenergie
renouvelable
111
Bibliographie
112
[1] Site Internet httpsfrscribdcomdocument1602868764597291-Generalites-Sur-
Les-Reseaux-Electriques Geacutenie eacutelectrique laquo Reacuteseaux eacutelectriques raquo Geacuteneacuteraliteacutes sur
les reacuteseaux eacutelectriques chapitre 1 extraitpdf
[2] Site Internet wwwcrefrreseauxreseaux-publics laquoDescription geacuteneacuterale des
reacuteseaux drsquoeacutelectriciteacuteraquo Commission de Reacutegulation de lrsquoEnergie (CRE)
[3] Lilien J l laquoTransport et Distribution de lrsquoEnergie Electriqueraquo cours donneacute agrave
lrsquoInstitut drsquoElectriciteacute Montefiore Universiteacute de liegravege 2010
[4] Site Internet httpwwwenedisfrfonctionnement-du-reseau
[5] Noui Issam laquoReacuteduction des pertes dans les reacuteseaux eacutelectriques par la compensation
seacuterie TCSC raquo meacutemoire de Master Universiteacute Mohamed Khider Biskra 08
deacutecembre 2015
[6] K A Hamoud laquo Modeacutelisation des grands systegravemes eacutelectriques interconnecteacutes
application agrave lanalyse de seacutecuriteacute dans un environnement compeacutetitif raquo Thegravese de
Doctorat Grenoble-INP 2010
[7] Keramane Abdelnour laquoMaghreb de lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques agrave
lrsquointeacutegration eacutenergeacutetiqueraquo Article 047 octobre 2015
[8] Boukadoum Aziz laquocontribution agrave lrsquoanalyse et la reacuteduction de la pollution
harmonique dans le reacuteseau eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Magister Universiteacute Badji
Mokhtar Annaba 21 octobre 2007
[9] Site drsquointernet http wwwcrefrreseauxreseaux-publics-d-electricitequalite-de-
l-electricitesection2_1
[10] Vanya Ignatova laquoMeacutethodes drsquoanalyse de la qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique
Application aux creux de tension et agrave la pollution harmoniqueraquo Thegravese de Doctorat
Universiteacute JOSEPH FOURIER 20 Octobre 2006
[11] Site drsquointernet httpwwwsig-gechprofessionnelsimmobilierles-energiesvotre-
electricitequalite-de-l-electricite
[12] Technique de lrsquoingeacutenieur laquoProbleacutematiques communes des reacuteseaux eacutelectriques du
fonctionnement au comptage Ti302- Reacuteseaux eacutelectriques et applications Reacutef
Internet 42266 | 2e eacuteditionraquo
[13] Site drsquointernet httpwwwpagesjaunescatrucsla-surtension-quest-ce-que-cest
[14] Haimour Rachida laquoControcircle des Puissances Reacuteactives et des Tensions par les
Dispositifs FACTS dans un Reacuteseau Eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Magister ENSET ndash
ORAN -2009
Bibliographie
s
113
[15] Houari Boudjella laquoControcircle des puissances et des tensions dans un reacuteseau de
transport au moyen de dispositif FACTS (SVC) raquo Meacutemoire de Magister
Universiteacute Djillali Liabes Sidi Bel Abbes 23 janvier 2008
[16] Bulletin sur la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute laquoLe deacuteseacutequilibre de tension et de courantraquo Ndeg
G1546F Hydro Quebec 2014
[17] Site Internet https frscribdcomdocument74812348Reacuteseaux-eacutelectriques
laquoGeacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriquesraquo Chapitre 1
[18] Rabah Benahid Mohamed Boudour laquoAmeacutelioration de la stabiliteacute de tension dans
les reacuteseaux eacutelectriqueraquo Ouvrage eacutedition universitaires europeacuteennes 2014
[19] Boutaba Samira laquoAmeacutelioration de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique par lrsquoutilisation
drsquoun ASVCraquo Meacutemoire de Magister Universiteacute Hassiba Ben Bouali Chlef 09 juin
2009
[20] Bounouira Adlane laquoEtude de la stabiliteacute transitoire des reacuteseaux eacutelectriquesraquo
Meacutemoire de Master Universiteacute Constantine I 24 juin 2014
[21] Yvon Besanger laquoEtude des FACTS (Flexible AC Transmission System) et de leur
comportement dans les reacuteseaux de transport et dinterconnexionraquo Thegravese de
Doctorat Institut national polytechnique de Grenoble 05 Juillet 1996
[22] Site Internet httpsfrwikipediaorgwikicompensation_de_puissance_reacuteactive
laquoCompensation de puissance reacuteactiveraquo
[23] Farid Hamoudi laquoAchitectures des reacuteseaux eacutelectriques Power systemraquo cours UEF
10 novembre 2015
[24] Hingorani Narain G Laszlo Gyugyi laquoUnderstanding FACTS Concepts And
Technoloqy of Flexible AC Transmission Systemsraquo Ouvrage Edition 2001
[25] Larbi Boumediene laquoPlacement Des Dispositifs laquoD-FACTSraquo et controcircle des
tensions dans un reacuteseau de distribution raquo Thegravese de doctorat es-science lUSTO 04
Janvier 2010
[26] Kassou Amina Merzougui Meriem laquo Impact drsquoun dispositif FACTS (Flexible AC
Transmission Systems) sur lrsquoeacutecoulement de puissanceraquo Meacutemoire de Master
Universiteacute de Saida 28 octobre 2013
[27] Ben Hakkoum Med abdelilah Legougui Ali laquo Compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive
drsquoun reacuteseau IEEE par systegraveme FACTSraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi
Merbah Ourgla 2016
[28] Alain Innocent Leka laquo Ameacutelioration du transit de puissance par les FACTS et
simulation sur MatlabSimulink dun reacuteseau eacutelectriqueraquo Diplocircme de professeur
114
drsquoenseignement technique deuxiegraveme grade 2008
[29] Kerbaa Amel laquo Etude de lrsquoinfluence des systegravemes FACTS sur la qualiteacute de
lrsquoeacutenergie eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Master 02 Juin 2013
[30] Ay Abdelouahab laquo Modeacutelisation et Analyse drsquoun Compensateur Statique SVCraquo
Meacutemoire de Magister Universiteacute Batna 1 02 mai 2013
[31] Hamadou ZakariaM laquo Optimisation des paramegravetres drsquoun FACTS shunt pour
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire drsquoun systegraveme eacutelectriqueraquo Meacutemoire de
Magister Universiteacute Seacutetif 1 20 Juin 2012
[32] Oussama Mammeri laquoDiffeacuterentes meacutethodes de calcul de la puissance reacuteactive dans
un nœud agrave charge non lineacuteaire en preacutesence dun systegraveme de compensation de
leacutenergieraquo Universiteacute de Batna 2 Meacutemoire de Magister 2012
[33] Benras Med Amine Laroui souleymane laquo Utilisation drsquoun dispositif STATCOM
pour lrsquoameacutelioration du transit de puissance drsquoun reacuteseau de transport drsquoeacutenergie
alternatifraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi Merbah Ourgla 09 Juin 2015
[34] Bekri oum el fadhel loubaba laquoContribution agrave lrsquoeacutetude des systegravemes FACTS
(Flexible AC Transmission Systems) et leurs emplacements optimaux dans les
reacuteseaux eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat en Eacutelectrotechnique Universiteacute Djilali
Liabes de Sidi-Bel-Abbegraves 2013
[35] Federico Milano laquo Power System Analysis Toolbox Documentation for PSATraquo
version 218 Janvier 6 2013
[36] Diana Iuliana Craciun laquo Modeacutelisation des eacutequivalents dynamiques des reacuteseaux
eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat 15 Deacutecembre 2010
[37] Abdelaagraveli Alibi laquo Controcircle des Reacuteseaux Electriques par les Systegravemes FACTS
(Flexible AC Transmission Systems raquo Meacutemoire de Magister Universiteacute de Batna
13 Juin 2009
115
Annexes
116
117
A Donneacutees du reacuteseau IEEE 39 nœuds
Lines Power
rating
(MVA)
Voltage
Rating
(kV)
Frequence
rating
(Hz)
Trnasfo-
magnitude
Resistance
(pu)
Reactance
(pu)
Supstance
1-2 100 100 60 000000 000350 004110 069870
1-39 100 100 60 000000 00010 002500 075000
1-39 100 100 60 000000 000200 005000 037500
2-3 100 100 60 000000 000130 001510 025720
2-25 100 100 60 000000 000700 000860 014600
3-4 100 100 60 000000 000130 002130 022140
3-18 100 100 60 000000 000110 001330 021380
4-15 100 100 60 000000 000080 001280 013420
4-14 100 100 60 000000 000080 001290 013820
5-6 100 100 60 000000 000020 000260 004340
5-8 100 100 60 000000 000080 001120 014760
6-7 100 100 60 000000 000060 000920 011300
6-11 100 100 60 000000 000070 000820 013890
7-8 100 100 60 000000 000040 000460 007800
8-9 100 100 60 000000 000230 003630 038040
9-39 100 100 60 000000 000100 002500 120000
10-11 100 100 60 000000 000040 000430 007290
10-13 100 100 60 000000 000040 000430 007290
13-14 100 100 60 000000 000090 001010 017230
14-15 100 100 60 000000 000180 002170 036600
15-16 100 100 60 000000 000090 000940 017100
16-17 100 100 60 000000 000070 000890 013420
16-19 100 100 60 000000 000160 001950 030400
16-21 100 100 60 000000 000080 001350 025480
16-24 100 100 60 000000 000030 000590 006800
17-18 100 100 60 000000 000070 000820 013190
17-27 100 100 60 000000 000130 001730 032160
21-22 100 100 60 000000 000080 001400 025650
22-23 100 100 60 000000 000060 000960 018460
23-24 100 100 60 000000 000220 003500 036100
25-26 100 100 60 000000 000320 003230 051300
26-27 100 100 60 000000 000140 001470 023960
26-28 100 100 60 000000 000430 004740 078020
26-29 100 100 60 000000 000570 006250 102900
28-29 100 100 60 000000 000140 001510 024900
2-30 100 100 60 102500 000000 001810 000000
6-31 100 100 60 107000 000000 002500 000000
6-31 100 100 60 107000 000000 005000 000000
10-32 100 100 60 107000 000000 002000 000000
12-11 100 100 60 100600 000160 004350 000000
12-13 100 100 60 100600 000160 004350 000000
19-20 100 100 60 106000 000070 001380 000000
19-33 100 100 60 107000 000070 001420 000000
20-34 100 100 60 100900 000090 001800 000000
22-35 100 100 60 102500 000000 001430 000000
23-36 100 100 60 100000 000050 002720 000000
25-37 100 100 60 102500 000060 002320 000000
29-38 100 100 60 102500 000080 001560 000000
118
Ndeg du geacuteneacuterateur
H (sec)
119877119886 119883prime119889 119883prime119902 119883119889 119883119902 119879prime119889119900 119879prime119902119900 119883119897
1 50000 0 00006 0008 002 0019 7 07 0003
2 303 0 00697 0170 0295 0282 656 15 0035
3 353 0 00531 00876 02495 0237 57 15 00304
4 286 0 00436 0166 0262 0258 569 15 00295
5 260 0 0132 0166 067 062 54 044 0054
6 348 0 005 00814 0254 0241 73 04 00224
7 264 0 0049 0186 0295 0292 566 15 00322
8 243 0 0057 00911 02920 0280 67 041 0028
9 345 0 0057 00587 02106 0205 479 196 00298
10 420 0 0031 0008 01 0069 102 0 00125
Ndeg du geacuteneacuterateur
119870119860 119879119860 119881119877119872119868119873 119881119877119872119860119883 119870119864 119879119864 119870119865 119879119865 1198621 1198622
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 62 005 -10 10 -0633 0405 057 05 066 088
3 50 006 -10 10 -00198 05 008 10 013 034
4 50 006 -10 10 -00525 05 008 10 008 0314
5 400 002 -100 -100 -10 0785 003 10 007 091
6 50 002 -10 10 -00419 0417 00754 1246 0064 0251
7 400 002 -65 65 -10 073 003 10 053 074
8 50 002 -10 10 -0047 0528 00854 126 0072 0282
9 400 002 -105 105 -10 14 003 10 062 085
10 50 006 -10 10 -00485 025 004 1 008 026
Annexe A1 Donneacutees du reacuteseau IEEE 39-nœud
119
B Reacutesultats du power flow avec le PSAT
POWER FLOW REPORT
P S A T 219
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail federicomilanoucdie
website faraday1ucdiepsathtml
File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeb_d_Ieee39
Date 09-Jun-2017 153332
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 337
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
120
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 098837 -066635 0 0 0 0
BUS02 091007 -052232 0 0 0 0
BUS03 077924 -068701 0 0 73428 005473
BUS04 065385 -074122 0 0 114019 41959
BUS05 066496 -062088 0 0 0 -044217
BUS06 067682 -055724 0 0 0 0
BUS07 063518 -07578 0 0 53315 19155
BUS08 063731 -080455 0 0 119035 40135
BUS09 088016 -076257 0 0 0 0
BUS10 072414 -036303 0 0 0 0
BUS11 070043 -042663 0 0 0 0
BUS12 063569 -043042 0 0 019383 20067
BUS13 070204 -042245 0 0 0 0
BUS14 067659 -057193 0 0 0 0
BUS15 069422 -062942 0 0 72972 3489
BUS16 076104 -052743 0 0 75116 073656
BUS17 076356 -060644 0 0 0 0
BUS18 076264 -066831 0 0 3603 068411
BUS19 091709 -024485 0 0 0 0
BUS20 089167 -031561 0 0 155065 23488
BUS21 077199 -035331 0 0 62482 26224
BUS22 088171 -006877 0 0 0 0
BUS23 086321 -008056 0 0 56439 19292
BUS24 07756 -051796 0 0 70372 -21025
BUS25 093695 -045068 0 0 5108 10763
BUS26 083005 -050209 0 0 31697 038766
121
BUS27 077377 -062834 0 0 64079 17217
BUS28 086833 -029065 0 0 46976 062938
BUS29 090865 -013955 0 0 64649 061342
BUS30 10475 -04087 58254 95686 0 0
BUS31 098193 0 133488 175863 020979 01049
BUS32 098303 010972 151461 187014 0 0
BUS33 099716 -000678 147267 10807 0 0
BUS34 10123 -008336 118373 79733 0 0
BUS35 10492 017356 151459 157144 0 0
BUS36 10635 031043 13049 101381 0 0
BUS37 10278 -013919 125829 6659 0 0
BUS38 10265 018789 193404 113176 0 0
BUS39 103 -074024 233017 127501 251753 57009
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -07402
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 000039
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098206
e1d_Syn_2 000015
delta_Syn_3 011009
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098313
e1d_Syn_3 000028
delta_Syn_4 -00064
omega_Syn_4 1
122
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000032
delta_Syn_5 -008265
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000057
delta_Syn_6 017388
omega_Syn_6 1
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 031077
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 00003
delta_Syn_8 -013886
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000027
delta_Syn_9 018826
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000028
delta_Syn_10 -040867
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
123
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098193
vr1_Exc_2 10001
vr2_Exc_2 -1179
vf_Exc_2 098246
vm_Exc_3 098303
vr1_Exc_3 10012
vr2_Exc_3 -07868
vf_Exc_3 09835
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079795
vf_Exc_4 099744
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030385
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10492
vr1_Exc_6 10706
vr2_Exc_6 -067176
vf_Exc_6 10496
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10855
vr2_Exc_7 -031913
vf_Exc_7 10638
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073425
vf_Exc_8 1028
124
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57287
tg2_Tg_2 57287
tg3_Tg_2 43538
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
125
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
tg3_Tg_10 19
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 233017
p_Syn_1 233017
q_Syn_1 127501
vf_Syn_2 098246
pm_Syn_2 133489
p_Syn_2 133488
q_Syn_2 175863
vf_Syn_3 09835
pm_Syn_3 151461
p_Syn_3 151461
q_Syn_3 187014
vf_Syn_4 099744
pm_Syn_4 147267
p_Syn_4 147267
q_Syn_4 10807
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 118373
126
p_Syn_5 118373
q_Syn_5 79733
vf_Syn_6 10496
pm_Syn_6 151462
p_Syn_6 151459
q_Syn_6 157144
vf_Syn_7 10638
pm_Syn_7 13049
p_Syn_7 13049
q_Syn_7 101381
vf_Syn_8 1028
pm_Syn_8 125829
p_Syn_8 125829
q_Syn_8 6659
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 193404
p_Syn_9 193404
q_Syn_9 113176
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 58254
p_Syn_10 58254
q_Syn_10 95686
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
127
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -29402 20187 005093 -003257
BUS01 BUS39 2 14701 -10093 000582 -023653
BUS01 BUS39 3 14701 -10093 000582 -023653
BUS02 BUS03 4 83713 76933 020549 22022
BUS02 BUS25 5 -5537 18564 029017 023195
BUS03 BUS04 6 15723 44591 004916 069085
BUS03 BUS18 7 -07493 097723 000298 -0091
BUS04 BUS05 8 -40818 -009527 003119 044062
BUS04 BUS14 9 -57969 -033235 006305 095555
BUS05 BUS06 10 -111502 -18364 005774 073114
128
BUS05 BUS08 11 70371 17427 00953 12716
BUS06 BUS07 12 95297 33531 01339 20045
BUS06 BUS11 13 -75986 -083911 008922 097932
BUS07 BUS08 14 40642 -056691 001668 016022
BUS08 BUS09 15 -091415 -42695 010425 14208
BUS09 BUS39 16 -10184 -56903 003659 -018671
BUS10 BUS11 17 7823 34845 005605 056551
BUS10 BUS13 18 73231 32305 004896 048928
BUS13 BUS14 19 71513 16135 00984 10223
BUS14 BUS15 20 1193 -069671 000707 -008669
BUS15 BUS16 21 -61113 -4099 010049 095887
BUS16 BUS17 22 51209 -045295 00319 032762
BUS16 BUS19 23 -102938 -39142 033316 38445
BUS16 BUS21 24 -75106 041206 007824 11706
BUS16 BUS24 25 -10399 -18394 000228 00046
BUS17 BUS18 26 43783 -019098 002304 019313
BUS17 BUS27 27 071071 -058958 000167 -016774
BUS21 BUS22 28 -13837 -3381 027167 4578
BUS22 BUS23 29 10372 15681 000291 -009404
BUS23 BUS24 30 83187 33043 023923 35628
BUS25 BUS26 31 15326 27558 004095 001147
BUS26 BUS27 32 57848 2892 008598 07485
BUS26 BUS28 33 -3195 -031065 006372 013951
BUS26 BUS29 34 -42678 -022476 015083 087458
BUS28 BUS29 35 -79563 -10795 011934 10905
BUS02 BUS30 36 -58254 -74984 0 20702
BUS06 BUS31 37 -65695 -25408 0 61999
BUS06 BUS31 38 -65695 -25408 0 61999
BUS10 BUS32 39 -151461 -6715 0 119864
129
BUS12 BUS11 40 -007516 -099262 000397 010795
BUS12 BUS13 41 -011868 -10141 000418 011357
BUS19 BUS20 42 38649 -17168 001672 032972
BUS19 BUS33 43 -144918 -60419 02349 47652
BUS20 BUS34 44 -116584 -43953 01789 3578
BUS22 BUS35 45 -151459 -95271 0 61873
BUS23 BUS36 46 -129283 -35713 012071 65668
BUS25 BUS37 47 -124678 -22077 011512 44514
BUS29 BUS38 48 -189592 -38828 038127 74347
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 29911 -20513 005093 -003257
BUS39 BUS01 2 -14643 077281 000582 -023653
BUS39 BUS01 3 -14643 077281 000582 -023653
BUS03 BUS02 4 -81658 -54911 020549 22022
BUS25 BUS02 5 58272 -16244 029017 023195
BUS04 BUS03 6 -15231 -37683 004916 069085
BUS18 BUS03 7 075229 -10682 000298 -0091
BUS05 BUS04 8 4113 053589 003119 044062
BUS14 BUS04 9 58599 12879 006305 095555
BUS06 BUS05 10 112079 25676 005774 073114
BUS08 BUS05 11 -69418 -047112 00953 12716
BUS07 BUS06 12 -93958 -13486 01339 20045
BUS11 BUS06 13 76878 18184 008922 097932
BUS08 BUS07 14 -40476 072713 001668 016022
130
BUS09 BUS08 15 10184 56903 010425 14208
BUS39 BUS09 16 1055 55035 003659 -018671
BUS11 BUS10 17 -77669 -2919 005605 056551
BUS13 BUS10 18 -72742 -27412 004896 048928
BUS14 BUS13 19 -70529 -059119 00984 10223
BUS15 BUS14 20 -11859 061002 000707 -008669
BUS16 BUS15 21 62118 50579 010049 095887
BUS17 BUS16 22 -5089 078056 00319 032762
BUS19 BUS16 23 106269 77587 033316 38445
BUS21 BUS16 24 75888 075852 007824 11706
BUS24 BUS16 25 10422 1844 000228 00046
BUS18 BUS17 26 -43553 038412 002304 019313
BUS27 BUS17 27 -070903 042184 000167 -016774
BUS22 BUS21 28 141087 7959 027167 4578
BUS23 BUS22 29 -10343 -16621 000291 -009404
BUS24 BUS23 30 -80794 025853 023923 35628
BUS26 BUS25 31 -14917 -27443 004095 001147
BUS27 BUS26 32 -56988 -21435 008598 07485
BUS28 BUS26 33 32587 045016 006372 013951
BUS29 BUS26 34 44187 10993 015083 087458
BUS29 BUS28 35 80756 21701 011934 10905
BUS30 BUS02 36 58254 95686 0 20702
BUS31 BUS06 37 65695 87407 0 61999
BUS31 BUS06 38 65695 87407 0 61999
BUS32 BUS10 39 151461 187014 0 119864
BUS11 BUS12 40 007913 11006 000397 010795
BUS13 BUS12 41 012285 11277 000418 011357
BUS20 BUS19 42 -38482 20465 001672 032972
BUS33 BUS19 43 147267 10807 02349 47652
131
BUS34 BUS20 44 118373 79733 01789 3578
BUS35 BUS22 45 151459 157144 0 61873
BUS36 BUS23 46 13049 101381 012071 65668
BUS37 BUS25 47 125829 6659 011512 44514
BUS38 BUS29 48 193404 113176 038127 74347
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1443043
REACTIVE POWER [pu] 1212158
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1402543
REACTIVE POWER [pu] 31686
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 405
REACTIVE POWER [pu] 895298
Annexe B1 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds (eacutetat de base)
132
CONTINUATION POWER FLOW REPORT
P S A T 218
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail FedericoMilanouclmes
website httpwwwuclmesareagseeWebFederico
File Cworkworkpsat 216psat 218psattestsPFE _2017PFE_SEVersion 2PFE_SESimulation
STATCOM_version 2b_d_Ieee39satatcomN08
Date 18-Jun-2017 183446
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 500
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
133
BUS01 09982 -053682 0 0 0 0
BUS02 093356 -040526 0 0 0 0
BUS03 083248 -056145 0 0 74588 005559
BUS04 075506 -060782 0 0 115819 42622
BUS05 078731 -051917 0 0 0 -061985
BUS06 079546 -047221 0 0 0 0
BUS07 07767 -061636 0 0 54157 19458
BUS08 07846 -06495 0 1e-005 120915 093843
BUS09 094102 -062322 0 0 0 0
BUS10 081535 -031761 0 0 0 0
BUS11 080223 -03697 0 0 0 0
BUS12 074304 -037112 0 0 019689 20384
BUS13 079549 -036353 0 0 0 0
BUS14 076855 -047744 0 0 0 0
BUS15 075482 -05163 0 0 74124 35441
BUS16 080356 -042235 0 0 76302 074819
BUS17 080696 -049169 0 0 0 0
BUS18 08103 -054653 0 0 36599 069492
BUS19 093308 -015476 0 0 0 0
BUS20 089997 -022503 0 0 157514 23859
BUS21 080567 -026193 0 0 63469 26638
BUS22 090079 000883 0 0 0 0
BUS23 088298 -000265 0 0 57331 19597
BUS24 081562 -041378 0 0 71484 -21357
BUS25 095503 -033343 0 0 51887 10933
BUS26 085531 -038802 0 0 32198 039379
BUS27 080829 -050935 0 0 6509 17489
BUS28 08815 -018388 0 0 47718 063932
134
BUS29 091752 -003447 0 0 6567 062311
BUS30 10475 -029318 58951 82418 0 0
BUS31 098195 0 134949 126708 021311 010655
BUS32 098304 0104 153273 141443 0 0
BUS33 099716 008297 149029 9774 0 0
BUS34 10123 000838 119789 75294 0 0
BUS35 10493 024882 153272 14353 0 0
BUS36 10635 038446 132051 93699 0 0
BUS37 10278 -002369 127335 58893 0 0
BUS38 10265 029432 195718 107923 0 0
BUS39 103 -06063 235805 99174 255729 5791
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -060625
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 000039
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098204
e1d_Syn_2 000015
delta_Syn_3 010437
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098312
e1d_Syn_3 000029
delta_Syn_4 008336
omega_Syn_4 1
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000032
135
delta_Syn_5 000911
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000058
delta_Syn_6 024915
omega_Syn_6 1
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 03848
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 00003
delta_Syn_8 -002336
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000028
delta_Syn_9 02947
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000028
delta_Syn_10 -029314
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098195
136
vr1_Exc_2 099998
vr2_Exc_2 -11788
vf_Exc_2 098233
vm_Exc_3 098304
vr1_Exc_3 10011
vr2_Exc_3 -078672
vf_Exc_3 09834
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079793
vf_Exc_4 099742
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030384
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10493
vr1_Exc_6 10705
vr2_Exc_6 -067175
vf_Exc_6 10496
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10855
vr2_Exc_7 -031913
vf_Exc_7 10638
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073424
vf_Exc_8 10279
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
137
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57229
tg2_Tg_2 57229
tg3_Tg_2 43494
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
138
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
tg3_Tg_10 19
ist_Statcom_1 4
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 235805
p_Syn_1 235805
q_Syn_1 99174
vf_Syn_2 098233
pm_Syn_2 13495
p_Syn_2 134949
q_Syn_2 126708
vf_Syn_3 09834
pm_Syn_3 153273
p_Syn_3 153273
q_Syn_3 141443
vf_Syn_4 099742
pm_Syn_4 149029
p_Syn_4 149029
q_Syn_4 9774
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 119789
139
p_Syn_5 119789
q_Syn_5 75294
vf_Syn_6 10496
pm_Syn_6 153274
p_Syn_6 153272
q_Syn_6 14353
vf_Syn_7 10638
pm_Syn_7 132051
p_Syn_7 132051
q_Syn_7 93699
vf_Syn_8 10279
pm_Syn_8 127335
p_Syn_8 127335
q_Syn_8 58893
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 195718
p_Syn_9 195718
q_Syn_9 107923
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 58951
p_Syn_10 58951
q_Syn_10 82418
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
140
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
vref_Statcom_1 1087
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -28037 16564 004173 -016258
BUS01 BUS39 2 14018 -082822 000477 -026649
BUS01 BUS39 3 14018 -082822 000477 -026649
BUS02 BUS03 4 85352 60288 016491 17143
BUS02 BUS25 5 -54854 23382 028801 022363
BUS03 BUS04 6 15487 28864 002097 020373
BUS03 BUS18 7 -063723 13726 000397 -009632
BUS04 BUS05 8 -4203 -14955 002777 036443
BUS04 BUS14 9 -58512 -008406 004804 069451
141
BUS05 BUS06 10 -114092 -13397 004257 05262
BUS05 BUS08 11 71784 009964 006653 084029
BUS06 BUS07 12 97568 16469 009295 13554
BUS06 BUS11 13 -79267 038477 006971 0728
BUS07 BUS08 14 42481 -16543 001373 011035
BUS08 BUS09 15 -074523 -34437 004342 03998
BUS09 BUS39 16 -078866 -38435 001309 -084056
BUS10 BUS11 17 81006 19153 004175 040109
BUS10 BUS13 18 72267 32265 003778 035886
BUS13 BUS14 19 70483 18322 007572 074431
BUS14 BUS15 20 10733 030933 000404 -016363
BUS15 BUS16 21 -63432 -30711 007799 071062
BUS16 BUS17 22 50068 -056869 002747 02623
BUS16 BUS19 23 -10422 -32119 029317 33425
BUS16 BUS21 24 -76042 085882 007274 10625
BUS16 BUS24 25 -10319 -16082 000166 -001185
BUS17 BUS18 26 43215 -062084 002043 015313
BUS17 BUS27 27 06578 -021016 000089 -019797
BUS21 BUS22 28 -140238 -28675 025194 42217
BUS22 BUS23 29 10514 15365 000274 -010306
BUS23 BUS24 30 84048 27448 022283 32842
BUS25 BUS26 31 16596 25876 003759 -004213
BUS26 BUS27 32 59316 24294 007946 066838
BUS26 BUS28 33 -32111 -013633 006074 008103
BUS26 BUS29 34 -43183 -005718 014609 079232
BUS28 BUS29 35 -80436 -085668 011761 1067
BUS02 BUS30 36 -58951 -6548 0 16938
BUS06 BUS31 37 -66409 -19488 0 43334
BUS06 BUS31 38 -66409 -19488 0 43334
142
BUS10 BUS32 39 -153273 -51418 0 90025
BUS12 BUS11 40 -005903 -1078 000342 009294
BUS12 BUS13 41 -013786 -096038 000276 007506
BUS19 BUS20 42 39641 -13164 001576 031072
BUS19 BUS33 43 -146793 -52379 022361 4536
BUS20 BUS34 44 -118031 -4013 017582 35164
BUS22 BUS35 45 -153272 -86257 0 57273
BUS23 BUS36 46 -130892 -30649 01159 63049
BUS25 BUS37 47 -126217 -15664 01118 43229
BUS29 BUS38 48 -191925 -33962 037929 73961
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 28454 -1819 004173 -016258
BUS39 BUS01 2 -13971 056173 000477 -026649
BUS39 BUS01 3 -13971 056173 000477 -026649
BUS03 BUS02 4 -83702 -43145 016491 17143
BUS25 BUS02 5 57734 -21145 028801 022363
BUS04 BUS03 6 -15277 -26826 002097 020373
BUS18 BUS03 7 06412 -14689 000397 -009632
BUS05 BUS04 8 42307 18599 002777 036443
BUS14 BUS04 9 58993 077857 004804 069451
BUS06 BUS05 10 114517 18659 004257 05262
BUS08 BUS05 11 -71119 074065 006653 084029
BUS07 BUS06 12 -96638 -029146 009295 13554
BUS11 BUS06 13 79964 034323 006971 0728
143
BUS08 BUS07 14 -42344 17647 001373 011035
BUS09 BUS08 15 078866 38435 004342 03998
BUS39 BUS09 16 080175 3003 001309 -084056
BUS11 BUS10 17 -80589 -15142 004175 040109
BUS13 BUS10 18 -71889 -28677 003778 035886
BUS14 BUS13 19 -69726 -10879 007572 074431
BUS15 BUS14 20 -10693 -047297 000404 -016363
BUS16 BUS15 21 64212 37817 007799 071062
BUS17 BUS16 22 -49793 083099 002747 02623
BUS19 BUS16 23 107152 65544 029317 33425
BUS21 BUS16 24 76769 020366 007274 10625
BUS24 BUS16 25 10336 15963 000166 -001185
BUS18 BUS17 26 -43011 077397 002043 015313
BUS27 BUS17 27 -065692 001218 000089 -019797
BUS22 BUS21 28 142758 70892 025194 42217
BUS23 BUS22 29 -10486 -16395 000274 -010306
BUS24 BUS23 30 -8182 053938 022283 32842
BUS26 BUS25 31 -1622 -26297 003759 -004213
BUS27 BUS26 32 -58521 -17611 007946 066838
BUS28 BUS26 33 32719 021736 006074 008103
BUS29 BUS26 34 44644 08495 014609 079232
BUS29 BUS28 35 81612 19236 011761 1067
BUS30 BUS02 36 58951 82418 0 16938
BUS31 BUS06 37 66409 62821 0 43334
BUS31 BUS06 38 66409 62821 0 43334
BUS32 BUS10 39 153273 141443 0 90025
BUS11 BUS12 40 006245 1171 000342 009294
BUS13 BUS12 41 014062 10354 000276 007506
BUS20 BUS19 42 -39483 16271 001576 031072
144
BUS33 BUS19 43 149029 9774 022361 4536
BUS34 BUS20 44 119789 75294 017582 35164
BUS35 BUS22 45 153272 14353 0 57273
BUS36 BUS23 46 132051 93699 01159 63049
BUS37 BUS25 47 127335 58893 01118 43229
BUS38 BUS29 48 195718 107923 037929 73961
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1460172
REACTIVE POWER [pu] 102682
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1424692
REACTIVE POWER [pu] 288773
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 35479
REACTIVE POWER [pu] 738047
Annexe B2 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du
STATCOM au nœud 8 (Zone 1)
145
POWER FLOW REPORT
P S A T 219
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail federicomilanoucdie
website faraday1ucdiepsathtml
File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeteste ssscb_d00
Date 09-Jun-2017 153006
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 336
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 099097 -068975 0 0 0 0
BUS02 091781 -05429 0 0 0 0
BUS03 079734 -070717 0 0 75617 005636
BUS04 066326 -076185 0 0 117417 43209
BUS05 066473 -064183 0 0 0 -044187
146
BUS06 067567 -057647 0 0 0 0
BUS07 063172 -078416 0 0 54904 19726
BUS08 063378 -083261 0 0 122583 41331
BUS09 087869 -078891 0 0 0 0
BUS10 072734 -037936 0 0 0 0
BUS11 070208 -044367 0 0 0 0
BUS12 063793 -044818 0 0 019961 20665
BUS13 070846 -044069 0 0 0 0
BUS14 069215 -059233 0 0 0 0
BUS15 07407 -064955 0 0 75147 3593
BUS16 081822 -05593 0 0 77354 075851
BUS17 080501 -063045 0 0 0 0
BUS18 079536 -068866 0 0 37104 07045
BUS19 093754 -029105 0 0 0 0
BUS20 090167 -036109 0 0 159687 24188
BUS21 087 -041123 0 0 64345 27006
BUS22 10049 -018383 0 0 0 0
BUS23 095617 -018974 0 0 58121 19867
BUS24 084024 -055252 0 0 7247 -21652
BUS25 094412 -04701 0 0 52603 11084
BUS26 08466 -05244 0 0 32642 039922
BUS27 0802 -06492 0 0 65988 1773
BUS28 087316 -031212 0 0 48376 064814
BUS29 091081 -015774 0 0 66575 06317
BUS30 10475 -042699 5993 9148 0 0
BUS31 098193 0 137349 178813 021605 010802
BUS32 098303 010582 155818 187617 0 0
BUS33 099716 -005013 151503 95238 0 0
BUS34 10123 -012399 121778 74705 0 0
147
BUS35 10492 -014155 155816 166126 0 0
BUS36 10635 017417 134243 63977 0 0
BUS37 10278 -015159 129449 64436 0 0
BUS38 10265 017894 198968 113339 0 0
BUS39 103 -076593 23972 128843 259257 58709
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -076589
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 00004
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098206
e1d_Syn_2 000016
delta_Syn_3 01062
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098313
e1d_Syn_3 000029
delta_Syn_4 -004973
omega_Syn_4 1
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000033
delta_Syn_5 -012326
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000059
delta_Syn_6 -014122
omega_Syn_6 1
148
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 017452
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 000031
delta_Syn_8 -015125
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000028
delta_Syn_9 017933
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000029
delta_Syn_10 -042696
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098193
vr1_Exc_2 10001
vr2_Exc_2 -1179
vf_Exc_2 098247
vm_Exc_3 098303
vr1_Exc_3 10012
vr2_Exc_3 -07868
149
vf_Exc_3 09835
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079793
vf_Exc_4 099741
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030384
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10492
vr1_Exc_6 10706
vr2_Exc_6 -067177
vf_Exc_6 10497
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10854
vr2_Exc_7 -03191
vf_Exc_7 10637
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073425
vf_Exc_8 1028
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
150
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57296
tg2_Tg_2 57296
tg3_Tg_2 43545
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
151
tg3_Tg_10 19
vcs_Sssc_1 024834
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 23972
p_Syn_1 23972
q_Syn_1 128843
vf_Syn_2 098247
pm_Syn_2 137351
p_Syn_2 137349
q_Syn_2 178813
vf_Syn_3 09835
pm_Syn_3 155818
p_Syn_3 155818
q_Syn_3 187617
vf_Syn_4 099741
pm_Syn_4 151503
p_Syn_4 151503
q_Syn_4 95238
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 121778
p_Syn_5 121778
q_Syn_5 74705
vf_Syn_6 10497
pm_Syn_6 155819
p_Syn_6 155816
q_Syn_6 166126
152
vf_Syn_7 10637
pm_Syn_7 134243
p_Syn_7 134243
q_Syn_7 63977
vf_Syn_8 1028
pm_Syn_8 129449
p_Syn_8 129449
q_Syn_8 64436
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 198968
p_Syn_9 198968
q_Syn_9 113339
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 5993
p_Syn_10 5993
q_Syn_10 9148
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
153
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
v0_Sssc_1 024834
pref_Sssc_1 -65
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -30454 19186 005128 -003514
BUS01 BUS39 2 15227 -095928 000595 -023441
BUS01 BUS39 3 15227 -095928 000595 -023441
BUS02 BUS03 4 85484 71305 019364 20591
BUS02 BUS25 5 -56521 19983 030072 02429
BUS03 BUS04 6 16592 48844 005583 079567
BUS03 BUS18 7 -086611 013058 000137 -011907
BUS04 BUS05 8 -40971 039838 003086 043458
BUS04 BUS14 9 -60412 -063061 006702 10172
BUS05 BUS06 10 -114034 -15612 005995 075982
BUS05 BUS08 11 72754 19668 010307 13807
BUS06 BUS07 12 98009 356 014314 21465
BUS06 BUS11 13 -77454 -1037 009353 10297
BUS07 BUS08 14 41674 -055909 00177 017236
154
BUS08 BUS09 15 -093637 -42784 010612 14517
BUS09 BUS39 16 -10425 -57301 003733 -016642
BUS10 BUS11 17 79843 37573 005898 059683
BUS10 BUS13 18 75975 26941 004921 049144
BUS13 BUS14 19 74265 099622 010083 10471
BUS14 BUS15 20 12175 -16987 001532 -000336
BUS15 BUS16 21 -63125 -52883 011043 10493
BUS16 BUS17 22 53385 093664 003081 030328
BUS16 BUS19 23 -106504 -28279 028885 3285
BUS16 BUS21 24 -79033 -21786 007988 11662
BUS16 BUS24 25 -094316 -30262 000444 004057
BUS17 BUS18 26 46012 064426 002338 018941
BUS17 BUS27 27 07065 -001089 000102 -019408
BUS21 BUS22 28 -144177 -60454 02571 42727
BUS22 BUS23 29 090684 49468 001558 007174
BUS23 BUS24 30 84057 39679 021112 30663
BUS25 BUS26 31 16131 24983 003604 -004873
BUS26 BUS27 32 59739 2273 008058 068314
BUS26 BUS28 33 -32701 -010726 006433 013216
BUS26 BUS29 34 -4391 -001791 015431 089643
BUS28 BUS29 35 -81721 -088757 012378 11369
BUS02 BUS30 36 -5993 -71751 0 1973
BUS06 BUS31 37 -67594 -2422 0 64646
BUS06 BUS31 38 -67594 -2422 0 64646
BUS10 BUS32 39 -155818 -64515 0 123103
BUS12 BUS11 40 -008249 -098751 000391 010623
BUS12 BUS13 41 -011712 -1079 000469 012744
BUS19 BUS20 42 39856 -11624 001542 030405
BUS19 BUS33 43 -149249 -49505 022544 45733
155
BUS20 BUS34 44 -119985 -38853 017926 35853
BUS22 BUS35 45 -155816 -15265 0 13477
BUS23 BUS36 46 -133266 -10795 009776 53183
BUS25 BUS37 47 -128261 -18513 011877 45923
BUS29 BUS38 48 -194987 -35705 039812 77634
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 30966 -19537 005128 -003514
BUS39 BUS01 2 -15167 072488 000595 -023441
BUS39 BUS01 3 -15167 072488 000595 -023441
BUS03 BUS02 4 -83548 -50713 019364 20591
BUS25 BUS02 5 59528 -17554 030072 02429
BUS04 BUS03 6 -16034 -40887 005583 079567
BUS18 BUS03 7 086747 -024965 000137 -011907
BUS05 BUS04 8 4128 003621 003086 043458
BUS14 BUS04 9 61082 16479 006702 10172
BUS06 BUS05 10 114633 2321 005995 075982
BUS08 BUS05 11 -71723 -058609 010307 13807
BUS07 BUS06 12 -96578 -14135 014314 21465
BUS11 BUS06 13 78389 20668 009353 10297
BUS08 BUS07 14 -41497 073145 00177 017236
BUS09 BUS08 15 10425 57301 010612 14517
BUS39 BUS09 16 10798 55637 003733 -016642
BUS11 BUS10 17 -79253 -31605 005898 059683
BUS13 BUS10 18 -75483 -22027 004921 049144
156
BUS14 BUS13 19 -73257 005086 010083 10471
BUS15 BUS14 20 -12022 16953 001532 -000336
BUS16 BUS15 21 64229 63376 011043 10493
BUS17 BUS16 22 -53077 -063336 003081 030328
BUS19 BUS16 23 109393 61129 028885 3285
BUS21 BUS16 24 79832 33448 007988 11662
BUS24 BUS16 25 09476 30668 000444 004057
BUS18 BUS17 26 -45779 -045485 002338 018941
BUS27 BUS17 27 -070548 -018318 000102 -019408
BUS22 BUS21 28 146748 103181 02571 42727
BUS23 BUS22 29 -089126 -48751 001558 007174
BUS24 BUS23 30 -81946 -090159 021112 30663
BUS26 BUS25 31 -1577 -2547 003604 -004873
BUS27 BUS26 32 -58934 -15898 008058 068314
BUS28 BUS26 33 33345 023942 006433 013216
BUS29 BUS26 34 45453 091434 015431 089643
BUS29 BUS28 35 82958 20245 012378 11369
BUS30 BUS02 36 5993 9148 0 1973
BUS31 BUS06 37 67594 88866 0 64646
BUS31 BUS06 38 67594 88866 0 64646
BUS32 BUS10 39 155818 187617 0 123103
BUS11 BUS12 40 00864 10937 000391 010623
BUS13 BUS12 41 012181 12065 000469 012744
BUS20 BUS19 42 -39702 14665 001542 030405
BUS33 BUS19 43 151503 95238 022544 45733
BUS34 BUS20 44 121778 74705 017926 35853
BUS35 BUS22 45 155816 166126 0 13477
BUS36 BUS23 46 134243 63977 009776 53183
BUS37 BUS25 47 129449 64436 011877 45923
157
BUS38 BUS29 48 198968 113339 039812 77634
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1484574
REACTIVE POWER [pu] 1164575
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1444346
REACTIVE POWER [pu] 326439
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 40229
REACTIVE POWER [pu] 838136
Annexe B3 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du
SSSC agrave la linge 45 (Zone 3)
Contexte de lrsquoeacutetude et eacutetat de lrsquoart
I1) Introduction 13
I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique 14
I21) De la centrale aux abonneacutes 14
I 3) Fonctionnement du reacuteseau eacutelectrique 16
I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectrique 16
I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie 17
I411) Reacuteseaux drsquoutilisation 17
I412) Reacuteseaux de distribution 18
I413) Reacuteseaux de reacutepartition 18
I414) Reacuteseaux de transport 18
I42) Topologie des reacuteseaux
I421) Reacuteseaux radiaux
I422) Reacuteseaux boucleacutes
I423) Reacuteseaux mailleacutes
18
18
19
20
Liste des figures 03
Liste des tableaux 05
Liste des acronymes 06
Liste des symboles 08
Introduction geacuteneacuterale 09
Table des matiegraveres
Chapitre I
I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques 20
I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du
Maghreb Arabe
21
I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique 22
I61) Qualiteacute de la tension 22
I611) Amplitude 22
I612) Freacutequence 23
I613) Forme Drsquoonde 23
I614) Symeacutetrie 23
I62) Qualiteacute du courant 23
I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique 24
I71) Classification des perturbations eacutelectriques 24
I711) Creux de tension et coupures 24
a) Origines de creux de tension et coupures 25
I712) Harmonique 26
a) Inters harmoniques 26
b) Infra-harmoniques 26
c) Conseacutequences des harmoniques 26
d) Les principales sources drsquoharmoniques 26
I713) Surtensions 27
a) Origine ou causes des surtensions 28
I714) Variations et fluctuations de tension 28
a) Origines des variations et fluctuations de tension 28
I715) Deacuteseacutequilibres 29
a) Origines de Deacuteseacutequilibres 29
I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations 29
I72) Le system de protection 30
I8) La Stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31
I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31
I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 31
I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire) 32
I8211) Stabiliteacute Angulaire Aux Petites Perturbations 33
I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
transitoire
34
I822) Stabiliteacute de la freacutequence 35
I823) Stabiliteacute de tension 35
I8231) Instabiliteacute de la tension 35
I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension 36
I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites
perturbations
36
I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes
perturbations
36
I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension 36
I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation 37
I92) Charge appeleacutee trop importante 37
I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport 37
I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 38
I11) Conclusion 40
Le concept des FACTS
II1) Introduction 42
II2) Le concept FACTS 42
II21) Fonctionnement des FACTS
II22) Contexte algeacuterien
44
45
II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS 47
II3) Les dispositifs FACTS 47
II4) Classification des dispositifs FACTS 48
II41) Classification selon la geacuteneacuteration 48
II411) Geacuteneacuteration I 48
II412) Geacuteneacuteration II 48
II413) Geacuteneacuteration III 48
II42) Classification selon la cateacutegorie 48
II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS 49
a) Dispositifs FACTS Shunt 49
Compensateur statique de puissance reacuteactive (SVC) 49
Compensateur statique synchrone ( STATCOM) 49
Geacuteneacuterateur statique synchrone (SSG) 49
Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (SVG) 50
Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (SVS) 50
Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (TCBR) 50
b) Dispositifs FACTS seacuteries 51
Controcircleur de transit de puissance entre lignes (IPFC) 51
Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (TCSC) 51
Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (TSSC) 51
Chapitre II
Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (TCSR) 51
Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (TSSR) 52
Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (SSSC) 52
c) Dispositifs FACTS hybrides 52
Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (UPFC) 52
Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (TCPST) 52
Reacutegulateur de puissance interphases (IPC) 52
d) Autres dispositifs FACTS 53
Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVL) 53
Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVR) 53
II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors 54
Compensateur synchrone statique(STATCOM) 54
Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC) 58
II6) Coucirct des dispositifs FACTS 62
II7) Synthegravese des dispositifs FACTS 63
II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie des
dispositifs FACTS
63
II9) Conclusion 64
Modeacutelisation du systegraveme eacutetudieacute de la charge au reacuteseau complet
III1) Introduction 67
III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS 67
III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs 67
III22) Modegraveles des charges 69
III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt 69
III24) Modegraveles de la ligne 70
Chapitre III
III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques 71
III26) Modegraveles du transformateur 72
III27) Modeacutelisation de la machine synchrone 73
III28) Modeacutelisation du STATCOM 74
III29) Modeacutelisation du SSSC 75
III3) Conclusion 78
IV1) Introduction 80
IV2) Outils de simulation 81
IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 82
IV31) Facteur de charger et les directions de puissance 83
IV32) Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance 84
IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE39 nœuds 87
IV41) Preacutesentation du reacuteseau 87
IV5) Emplacement du STATCOM 91
IV51) Impact du STATCOM 92
IV511) Profils des tensions et les pertes de puissance dans le
systegraveme
94
IV512) Synthegravese 98
IV6) Emplacement du SSSC 99
IV61) Impact du SSSC 100
IV611) SSSC inseacutereacute sur la linge 45 103
IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 104
IV613) Synthegravese 106
IV7) Conclusion 107
Chapitre IV
Ameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau de transport par les FACTS
Conclusion geacuteneacuterale 109
Bibliographies 112
Annexes 116
Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique 14
Figure I2 Reacuteseaux publique 15
Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique 17
Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial 19
Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute 19
Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute 20
Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension 24
Figure I8 Paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12) 25
Figure I9 Harmoniques 27
Figure I10 Exemple de surtension 27
Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension 28
Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension 29
Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques 30
Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique 32
Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps 34
Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 39
Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif 43
Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar 46
Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie 47
Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie 48
Figure II5 Classification des dispositifs FACTS 54
Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM 55
Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM 56
Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM 57
Liste des figures
Figure II9 Scheacutema de base du SSSC 58
Figure II10
Figure II11
Figure II12
Figure II13
Caracteacuteristique statiques du SSSC
Principe de fonctionnement de SSSC
Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple
Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du
SSSC
59
60
61
61
Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur 68
Figure III2 Modegravele des charges 69
Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt 70
Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport 70
Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur 72
Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone 73
Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM 74
Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation 76
Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT 82
Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink 82
Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas preacutedicteur) 85
Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas correcteur) 86
Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas correcteur obtenu
par les moyens de la parameacutetrisation locale
87
Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds 88
Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds 89
Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS 90
Figure IV9 Profile de tension du reacuteseau IEEE 39-nœuds 91
Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone 91
Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1 du systegraveme (eacutetat de base) 92
Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme (eacutetat de base) 92
Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de base 92
Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8 94
Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8 94
Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 8 95
Figure IV17 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 8 95
Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM 95
Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 03 96
Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 15 96
Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 15 97
Figure IV23 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV24 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV25 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 15 98
Figure IV26 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 15 98
Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents
emplacements du STATCOM
98
Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du
STATCOM
99
Figure IV29 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement 100
Figure IV30 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement 100
Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge15 102
Figure IV35 Profils de pertes de puissance actives avec SSSC sur la ligne 15 102
Figure IV36 Profils de pertes de puissance reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15 102
Figure IV37 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103
Figure IV38 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103
Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge 45 104
Figure IV41 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV42 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge48 105
Figure IV45 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV46 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC 106
Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents emplacements du
SSSC
106
Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS 62
Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS 63
Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme 72
Liste des tableaux
kV Kilovolt
Hz Hertz
THT Tregraves haute tension
UHT Ultra haute tension
Km Kilomegravetre
HTB Haute tension
RTE Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute
HTA Moyenne tension
BT Basse tension
SDO Socieacuteteacute de distribution de lrsquoouest
UMA Union du Maghreb Arabe
ONE Office National Marocain de lrsquoElectriciteacute
STEG Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz
Comelec Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute
IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Eacutelectriciteacute et en Eacutelectronique
CEI Commission eacutelectrotechnique internationale
119880119903119890119891 Tension de reacutefeacuterence
ms Mili-seconde
rms Root means square
pu Systegraveme de valeur relative (Per unit )
CPF Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance
GW Geacutegawatts
PSAT Power System Analysis Toolbox
AC Alternative Current (Courant altenatif)
IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Electriciteacute et en Electronique
Liste des acronymes
∆U Diffeacuterence de tension
∆T Diffeacuterence de temps
FACTS Flexible Alternating Current Transmission System
STATCOM Compensateur Statique Synchrone
SSSC
GTO
Compensateur Statique seacuterie synchrone
Gate Turn Off
119881119904 Tension de la source
119881119903 Tension de la charge
119868119898119886119909 Courant maximal
119868119898119894119899 Courant minimal
MLI Modulation par largeur dimpulsion
119881119904ℎ Tension (shunt) injecteacutee par le STATCOM
119876119904ℎ Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le STATCOM
119876119903 Puissance reacuteactive demandeacutee par la charge
119868119904ℎ Courant (shunt) injecteacute par le STATCOM
119881119904119890 Tension (seacuterie) injecteacute par le SSSC
119883119897 Reacuteactance de la ligne de transport
X Reacuteactance totale du reacuteseau
119883119890119891119891 Reacuteactance effective
V Tension de source
B Susceptance
119883119886 Reacuteactance seacuterie limitant les transitoires
119868119902 Composante du courant de la ligne sur lrsquoaxe q
119868prime119902 Composante du courant fourni par le compensateur shunt sur lrsquoaxe q
119881119904119902 Composante de la tension de la source sur lrsquoaxe q
119883119894 Angle de commutation
119868119897 Courant de ligne
λ Facteur de charge
Liste des symboles
Introduction geacuteneacuterale
INTRODUCTION GENERALE
9
Aujourdrsquohui la consommation de leacutenergie eacutelectrique et le sceacutenario des systegravemes
dalimentation est hautement complexe et interconnecteacute il y a un grand besoin
dameacuteliorer lutilisation deacutenergie eacutelectrique tout en conservant sa fiabiliteacute et sa seacutecuriteacute
Lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecoulement de puissance et la stabiliteacute dans le langage du systegraveme
eacutelectrique est la solution de leacutetat deacutequilibre des reacuteseaux Habituellement une centrale nest
pas situeacutee agrave proximiteacute du centre de charge mais elle peut ecirctre loin du centre de distribution
en raison de circonstances diverses Pour reacutepondre agrave la demande de puissance sans
cesse croissante les services publics preacutefegraverent sappuyer sur la production de
leacutelectriciteacute deacutejagrave existante au lieu de construire de nouvelles lignes de transmission qui
sont limiteacutees par des contraintes diverses
Les reacuteseaux eacutelectriques jusquagrave ces derniegraveres anneacutees sont controcircleacutes
meacutecaniquement malgreacute lutilisation de la microeacutelectronique des ordinateurs et des
moyens rapides de teacuteleacutecommunication dans le controcircle des reacuteseaux la derniegravere action dans
ces systegravemes de commande est prise avec des dispositifs meacutecaniques ayant un temps
de reacuteponse plus au moins long et avec lesquels laction damorccedilage et de reacuteamorccedilage
ne peut ecirctre reacutepeacutetitivement exeacutecuteacute agrave une freacutequence eacuteleveacutee
Les eacuteleacutements proposeacutes qui permettent drsquoameacuteliorer les systegravemes sont les dispositifs
FACTS laquo Flexible Alternating Current Transmission System raquo Les dispositifs FACTS font
en geacuteneacuteral appel agrave leacutelectronique de puissance des microprocesseurs de lautomatique des
teacuteleacutecommunications et des logiciels pour parvenir agrave controcircler les systegravemes de puissance Ce
sont des eacuteleacutements de reacuteponse rapide Ils donnent en principe un controcircle plus souple
de leacutecoulement de puissance Ils donnent aussi la possibiliteacute de charger les lignes de transit
agrave des valeurs pregraves de leur limite thermique et augmentent la capaciteacute de transfegravere de la
puissance dune reacutegion agrave une autre Ils Limitent aussi les effets des deacutefauts et
des deacutefaillances de leacutequipement et stabilisent le comportement du reacuteseau eacutelectrique
Lrsquoeacutetude du comportement de la tension dans les reacuteseaux eacutelectriques est devenue une
preacuteoccupation majeure des exploitants et planificateurs de ces systegravemes En fait plusieurs
incidents geacuteneacuteraliseacutes survenus dans le monde ont eacuteteacute associeacutes agrave des instabiliteacutes de tension Ce
mode drsquoinstabiliteacute nrsquoest pas encore bien maicirctriseacute compareacute au mode drsquoinstabiliteacute angulaire
(dynamique et transitoire) En effet le meacutecanisme causant lrsquoinstabiliteacute de tension semble lrsquoun
des plus importants problegravemes agrave clarifier Aujourdrsquohui encore il nrsquoy a pas une theacuteorie
INTRODUCTION GENERALE
10
disponible et largement accepteacutee pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension Les problegravemes lieacutes agrave
ce type drsquoinstabiliteacute constituent alors dans plusieurs pays un axe de recherche tregraves important
Des releveacutes sur les incidents survenus durant les derniegraveres deacutecennies ont montreacute que
lrsquoeffondrement de tension intervient geacuteneacuteralement suite agrave une perturbation majeure ou agrave une
augmentation importante de la charge sur un reacuteseau eacutelectrique soumis agrave de fortes contraintes
Ce reacuteseau srsquoaffaiblit et sa consommation reacuteactive srsquoaccroicirct Le pheacutenomegravene est alors
caracteacuteriseacute par une baisse progressive de la tension dans une ou plusieurs reacutegions
consommatrices et qui va en srsquoacceacuteleacuterant au bout de quelques minutes La deacutegradation de la
tension au niveau des charges est alors telle qursquoelle entraicircne des interruptions de service dont
les causes directes peuvent ecirctre
- Manque de tension
- Augmentation des pertes reacuteactive du reacuteseau
La deacutefaillance du reacuteglage de la tension au niveau des bornes des groupes a pour
conseacutequence une acceacuteleacuteration de la deacutegradation du plan de la tension qui peut aller jusqursquoagrave
des deacuteclenchements en cascade de groupes et de lignes et un effondrement geacuteneacuteral du reacuteseau
Dans cette situation les moyens classiques de controcircle des reacuteseaux (transformateur agrave
prises reacuteglables en charge transformateurs deacutephaseurs compensateurs seacuterie ou parallegravele
commuteacutes par disjoncteurs modification des consignes de production changement de
topologie du reacuteseau et action sur lexcitation des geacuteneacuterateurs) pourraient dans lavenir saveacuterer
trop lents et insuffisants pour reacutepondre efficacement aux problegravemes drsquoinstabiliteacute du reacuteseau
compte tenu notamment des nouvelles contraintes Il faudra donc compleacuteter leur action en
mettant en œuvre des dispositifs eacutelectroniques de puissance ayant des temps de reacuteponse
courts qui sont les FACTS
Le maintien de lrsquoeacutequilibre entre la production et la consommation neacutecessite alors une
surveillance permanente du systegraveme afin drsquoassurer la qualiteacute du service (problegraveme de
conduite) garantir sa seacutecuriteacute (problegraveme de protection) et sa stabiliteacute (problegraveme de reacuteglage)
Ainsi le premier chapitre de ce meacutemoire est consacreacute agrave une introduction geacuteneacuterale aux
problegravemes que rencontrent actuellement les reacuteseaux eacutelectriques Nous preacutesenterons ensuite La
INTRODUCTION GENERALE
11
stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
Dans le deuxiegraveme chapitre nous preacutesenterons le concept FACTS et plus
particuliegraverement le contexte Algeacuterien ainsi la conception et le principe de fonctionnement de
deux systegravemes FACTS qui seront retenus pour la suite de cette eacutetude
Dans le troisiegraveme chapitre nous preacutesenterons la modeacutelisation de deux systegravemes FACTS
qui sont retenus pour la simulation La modeacutelisation des eacuteleacutements des reacuteseaux sera eacutegalement
eacutevoqueacutee
Le chapitre quatre preacutesentera les reacutesultats des simulations lors de lrsquoeffondrement de
tension Ces tests concernent lrsquoimpact des dispositifs FACTS sur le pheacutenomegravene de
lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de
puissance (CPF) Nous utiliserons pour cela le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds
Lorsque tout ce qui preacutecegravede aura eacuteteacute exposeacute il ne nous restera plus qursquoagrave conclure et agrave
proposer des perspectives drsquoeacutetudes futures permettant de compleacuteter le travail reacutealiseacute tout au
long de ce meacutemoire
12
Chapitre 1
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
13
CHAPITRE I
I1) Introduction
Lrsquoeacutenergie eacutelectrique est la forme drsquoeacutenergie la plus largement reacutepandue car elle est
facilement transportable avec un rendement eacuteleveacute et un coucirct raisonnable Un reacuteseau eacutelectrique
est un ensemble dinfrastructures dont le but est dacheminer de leacutenergie eacutelectrique agrave partir de
centres de production vers les consommateurs deacutelectriciteacute (charge) Le premier reacuteseau
eacutelectrique a vu le jour aux Etats Unis en 1882 et a eacuteteacute conccedilu par Thomas
Edison Crsquoeacutetait un reacuteseau local agrave courant continu et servait agrave assurer lrsquoeacuteclairage de la reacutegion de
Manhattan La distribution de lrsquoeacutenergie eacutetait assureacutee par des cacircbles souterrains
Avec lrsquoinvention du transformateur par William Stanley en 1885 et celle du moteur agrave
courant alternatif par Nikola Tesla en 1888 les reacuteseaux agrave courant alternatif commencegraverent agrave
prendre le pas sur les reacuteseaux agrave courant continu du fait qursquoil eacutetait devenu possible drsquoacheminer
plus de puissance sur de plus grandes distances gracircce agrave des niveaux de tension plus eacuteleveacutes
Un autre avantage non neacutegligeable du courant alternatif est la suppression du collecteur
donc des problegravemes de commutation dans les alternateurs ce qui a permis de construire des
alternateurs de grande puissance agrave moyenne tension Les reacuteseaux eacutetaient drsquoabord monophaseacutes
puis triphaseacutes (23 kV en 1893) et agrave diffeacuterentes freacutequences (28Hz agrave 133Hz) Progressivement
la neacutecessiteacute de mise en fonctionnement en parallegravele et drsquointerconnexion des diffeacuterents reacuteseaux
a conduit agrave la standardisation de la freacutequence
60 Hz aux Etats Unis et au Canada
50 Hz pour la majoriteacute des pays en Afrique Asie et Europe
Les niveaux de tensions ont eux aussi eacutevolueacute graduellement jusqursquoagrave atteindre
aujourdrsquohui lrsquoUltra Haute tension 765 kV en service aux Etats Unis et ce depuis 1969Le
transport drsquoeacutenergie eacutelectrique sur de tregraves grandes distances est devenu plus avantageux en
courant continu qursquoen alternatif et ce gracircce au deacuteveloppement de lrsquoeacutelectronique de puissance
Ainsi il est plus eacuteconomique de convertir la THT ou UHT de lrsquoalternatif au continu de
transporter lrsquoeacutenergie eacutelectrique agrave lrsquoaide de deux lignes et de la reconvertir agrave lrsquoautre extreacutemiteacute
Des eacutetudes ont montreacute qursquoil eacutetait avantageux de recourir au courant continu lorsqursquoil
srsquoagissait de transporter de lrsquoeacutenergie eacutelectrique sur des distances supeacuterieures ou eacutegales agrave 500
km
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
14
CHAPITRE I
Lrsquoaccroissement eacutenorme de la demande de lrsquoeacutenergie eacutelectrique et les contraintes
eacuteconomiques de construire de nouveaux ouvrages conduisent agrave lrsquoexploitation des reacuteseaux
eacutelectriques preacutes de leurs limites de stabiliteacute et de seacutecuriteacute En effet lrsquoinstabiliteacute des reacuteseaux
eacutelectriques preacutesente un problegraveme majeur dans le bon fonctionnement de ces derniers autour du
monde Les perturbations ineacutevitables telles que les courts circuits les indisponibiliteacutes
momentaneacutees des lignes de transmission des geacuteneacuterateurs les transformateurs ainsi que les
pertes dans les lignes peuvent affecter le reacuteseau eacutelectrique agrave tout instant et lrsquoamener en dehors
de sa zone de stabiliteacute La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique est donc la proprieacuteteacute qui lui permet
de rester dans un eacutetat drsquoeacutequilibre pour des conditions de fonctionnement normales et de
retrouver un eacutetat drsquoeacutequilibre acceptable suite agrave une perturbation
I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique
Les reacuteseaux eacutelectriques (transport et distribution) ont pour rocircle drsquoacheminer lrsquoeacutenergie
des sites de production vers les lieux de consommation avec des eacutetapes de baisse du niveau
de tension dans des postes de transformation
Les reacuteseaux eacutelectriques ont pour fonction dinterconnecter les centres
de production tels que les centrales hydrauliques thermiquesetc avec les centres de
consommation (villes usines) [1]
I21) De la centrale aux abonneacutes
La tension agrave la sortie des grandes centrales est porteacutee agrave 400 000 volts (ou 400 kV) pour
limiter les pertes drsquoeacutenergies sous forme de chaleur dans les cacircbles des lignes eacutelectriques de
transport (ce sont les pertes par laquo effets de joule raquo) Ensuite la tension est progressivement
reacuteduite au plus preacutes de la consommation pour arriver aux diffeacuterents niveaux de tension
auxquels sont raccordeacutes les consommateurs (figure I1)
Centrale
De
Production
Poste de
Transformation
THT HT
Poste de
Transformation
MT BT
Poste de
Transformation
HT HT
Abonneacutes HT Abonneacutes BT Abonneacutes MT
Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique
Poste de
Transformation
HTMT
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
15
CHAPITRE I
Les reacuteseaux publics drsquoeacutelectriciteacute (figure I2) sont constitueacutes drsquoun ensemble de
conducteurs et de postes eacutelectriques permettant drsquoacheminer lrsquoeacutenergie depuis les installations
de production jusqursquoaux installations de consommation
Les conducteurs sont les lignes aeacuteriennes ou les cacircbles souterrains (ou les cacircblages
courant en faccedilades drsquoimmeubles) desservant le territoire selon un scheacutema mailleacute ou
arborescent Pour des raisons tenant agrave des calculs technico-eacuteconomiques ils sont exploiteacutes agrave
diffeacuterents niveaux de tension
Les postes eacutelectriques sont situeacutes aux nœuds du maillage ou de lrsquoarborescence des
conducteurs Ils accueillent les transformateurs (pour le changement de niveau de tension) les
organes drsquoaiguillage et de manœuvre des flux et les eacutequipements de surveillance et de seacutecuriteacute
du reacuteseau [2]
Le but premier dun reacuteseau deacutenergie est de pouvoir alimenter la demande des
consommateurs Comme on ne peut encore stocker eacuteconomiquement et en grande quantiteacute
leacutenergie eacutelectrique il faut pouvoir maintenir en permanence leacutegaliteacute [3]
(I1)
Figure I2 Reacuteseaux publiques
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
16
CHAPITRE I
Le reacuteseau eacutelectrique est exploiteacute de maniegravere agrave assurer trois principaux objectifs
bull La distribution drsquoeacutelectriciteacute doit pouvoir ecirctre garantie et ce malgreacute les aleacuteas du reacuteseau
En effet celle-ci est un enjeu agrave la fois financier et de seacutecuriteacute pour les biens mateacuteriels
et des personnes Ainsi lrsquoopeacuterateur du reacuteseau doit ecirctre capable de faire face agrave ces aleacuteas
et drsquoeacuteviter les deacutegacircts potentiels ainsi que leurs propagations Cet enjeu de sucircreteacute de
fonctionnement en reacutegime normal et en reacutegime perturbeacute est un des premiers objectifs
bull Lrsquoonde de tension fait lrsquoobjet drsquoengagement contractuel que lrsquoopeacuterateur se doit de
ternir en respectant une regravegle drsquoeacutegaliteacute cest-agrave-dire une impartialiteacute entre clients en
conservant une continuiteacute de service maximale
bull Le dernier objectif drsquoexploitation est un objectif eacuteconomique lrsquoexploitation doit ecirctre
meneacutee de maniegravere optimale dans le but de reacuteduire les pertes ainsi que les coucircts de
maintenance et drsquoinvestissement Drsquoautre part lrsquoexploitation doit favoriser lrsquoouverture
du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute
I 3) Fonctionnent du reacuteseau eacutelectrique
Lrsquoeacutelectriciteacute produite par les centrales est drsquoabord achemineacutee sur de longues distances
dans des lignes agrave haute tension (HTB) geacutereacutees par RTE (Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute)
Elle est ensuite transformeacutee en eacutelectriciteacute agrave la tension HTA pour pouvoir ecirctre
achemineacutee par le reacuteseau de distribution Cette transformation intervient dans les postes
sources
Une fois sur le reacuteseau de distribution lrsquoeacutelectriciteacute haute tension HTA alimente
directement les clients industriels Pour les autres clients (particuliers commerccedilants
artisans) elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation avant
drsquoecirctre livreacutee
Au final la qualiteacute de lrsquoalimentation en eacutelectriciteacute des utilisateurs du reacuteseau est donc le
reacutesultat de la qualiteacute de tout ce parcours [4]
I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectriques
Dans les pays doteacutes drsquoun systegraveme eacutelectrique eacutelaboreacute le reacuteseau est structureacute en plusieurs
niveaux assurant des fonctions speacutecifiques propres et caracteacuteriseacutes par des tensions adapteacutees agrave
ces fonctions
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
17
CHAPITRE I
Traditionnellement les reacuteseaux eacutelectriques sont deacutecomposeacutes en trois sous-systegravemes la
geacuteneacuteration le transport et la distribution (figure I3) Chaque sous-systegraveme est relieacute par des
postes sources chargeacutes de lrsquoadeacutequation des niveaux de tension
Dans le contexte de ce paragraphe nous allons preacutesenter la structure et la topologie du
reacuteseau eacutelectrique Algeacuterien (les informations des paragraphes ci ndashdessous sont prises lors drsquoun
stage effectueacute agrave la SDO
I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie
I411) Reacuteseaux drsquoutilisation
Ces sont les reacuteseaux de basse tension (BT) qui alimentent les maisons lrsquoeacuteclairage
public les moteurs et les appareils domestiques Ce type de reacuteseau eacutelectrique doit preacutesenter
une continuiteacute de service permanente Geacuteneacuteralement la gamme de tension est de 220 volts agrave
380 volts
Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
18
CHAPITRE I
I412) Reacuteseaux de distribution
Ce sont les reacuteseaux de moyenne tension (MT) qui fournissent aux reacuteseaux
drsquoutilisation les puissances neacutecessaires demandeacutees Ils doivent observer des distances limiteacutees
de voisinage crsquoest pour cela que ces reacuteseaux se reacutealisent en souterrain dans les villes (En
Algeacuterie le niveau de tension de distribution de lrsquoeacutenergie est fixeacute agrave 10 kV)
I413) Reacuteseaux de reacutepartition
Ce sont les reacuteseaux HTMT (3010 kV) ils fournissent les puissances neacutecessaires
aux reacuteseaux de distribution relieacutes entre eux ils facilitent le secours mutuel entre reacutegions
I414) Reacuteseaux de transport
Ils assurent lrsquoalimentation de lrsquoensemble du territoire national gracircce agrave des
transits de puissances importantes et de tensions qui sont de 60 220 et 400 kV
I42) Topologie des reacuteseaux
Les reacuteseaux doivent assurer le transit de lrsquoeacutenergie eacutelectrique avec une seacutecuriteacute
suffisante cette seacutecuriteacute drsquoalimentation est augmenteacutee soit
Par les lignes aux appareillages plus solides
Par des circuits plus nombreux
I421) Reacuteseaux radiaux
Le principe de fonctionnement de reacuteseau radial est agrave une seule voie drsquoalimentation Ceci
signifie que tout point de consommation sur une telle structure ne peut ecirctre alimenteacute que par
un seul chemin eacutelectrique possible Il est de type arborescent Cette arborescence se deacuteroule agrave
partir des points drsquoalimentation qui sont constitueacutes par les postes de distribution publique
HTBHTA ou HTAHTA (reacutepartition) Ce scheacutema (figure I4) est particuliegraverement utiliseacute pour
la distribution de la MT en milieu rural En effet il permet facilement et agrave un moindre coucirct
drsquoacceacuteder agrave des points de consommation de faible densiteacute de charge (gtgt10 kVA) et largement
reacutepartis geacuteographiquement (gtgt 100 km2)
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
19
CHAPITRE I
I422) Reacuteseaux boucleacutes
Cette topologie (Figure I5) est surtout utiliseacutee dans les reacuteseaux de reacutepartition et
distribution MT Les postes de reacutepartition HT ou MT alimenteacutes agrave partir du reacuteseau THT sont
relieacutes entre eux pour former des boucles ceci dans le but drsquoaugmenter la disponibiliteacute
Cependant il faut noter que les reacuteseaux MT ne sont pas forcement boucleacutes [23]
1 Source
2 Poste MTHT
3 Poste MTBT
4 Consommateur
Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute
Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
20
CHAPITRE I
I423) Reacuteseaux mailleacutes
Cette topologie (Figure I6) est presque la norme pour les reacuteseaux de transport Tous les
centres de production sont lieacutes entre eux par des lignes THT au niveau des postes
drsquointerconnexion ce qui forme un maillage Cette structure permet une meilleure fiabiliteacute
mais neacutecessite une surveillance agrave lrsquoeacutechelle nationale voire continentale
On obtient ainsi une meilleure seacutecuriteacute mais agrave un prix plus chers [5]
I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques [6]
Lrsquointerconnexion entre les reacuteseaux de transport drsquoeacutelectriciteacute sert agrave faire passer lrsquoeacutenergie
drsquoun pays agrave un autre Leur rocircle premier est de permettre drsquoassurer la distribution drsquoeacutelectriciteacute
en cas de deacutefaillance soudaine sur le reacuteseau national en faisant appel agrave lrsquoeacutenergie produite et
transporteacutee par les pays voisins
Lrsquointerconnexion des reacuteseaux permet de rendre solidaires les pays voisins et de
diversifier les sources de production Ce foisonnement renforce la seacutecuriteacute
drsquoapprovisionnement et diminue le risque de panne geacuteneacuteraliseacutee
Les infrastructures existantes doivent ecirctre adapteacutees afin drsquoacheminer lrsquoeacutenergie
produite par les nouvelles sources renouvelables
Les infrastructures eacutenergeacutetiques doivent permettre en augmentant les eacutechanges
interreacutegionaux de favoriser la concurrence et drsquoameacuteliorer le fonctionnement du marcheacute
Source 1 Source 2 Source 3 Source 4
Source 5 Source 6
Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
21
CHAPITRE I
I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du Maghreb Arabe
Degraves le mois de juin 1974 bien avant la constitution de lrsquoUnion du Maghreb Arabe
(UMA) en 1989 les entreprises publiques drsquoeacutelectriciteacute des trois pays lrsquoOffice National
Marocain de lrsquoElectriciteacute (ONE) la Socieacuteteacute Nationale Algeacuterienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz
(SONELGAZ) la Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz (STEG) ont deacutecideacute la creacuteation
du Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute (Comelec) immeacutediatement enteacuterineacutee par le Conseil
Permanent Consultatif Maghreacutebin (CPCM) qui regroupe les ministres de lrsquoEconomie des trois
pays
Les compagnies des deux autres pays ont rejoint le Comiteacute Sonelec (Mauritanie) en
1975 et Gecol (Libye) en 1989 apregraves la constitution de lrsquoUMA formant ainsi le groupe
speacutecialiseacute le plus ancien de lrsquoUnion dont les missions consistent agrave promouvoir et coordonner
agrave lrsquoeacutechelle maghreacutebine et vis agrave vis des institutions internationales les relations sur le plan
technique eacuteconomique commercial industriel du management de la formation et des
relations sociales Dans ce cadre des actions concregravetes et efficaces ont eacuteteacute conduites en
commun
bull Renforcement des lignes drsquointerconnexion et deacuteveloppement des eacutechanges eacutelectriques
avec pour finaliteacute drsquoassurer une solidariteacute des reacuteseaux tout en eacutevitant les risques de
propagation drsquoincidents graves
bull Programmes drsquoeacutequipement et eacutetude de projets communs diffusion drsquoun scheacutema
directeur agrave long terme du reacuteseau maghreacutebin projets de station de pompage ou mecircme de
centrale nucleacuteaire
bull Elaboration et mise agrave jour permanente drsquoune carte du reacuteseau eacutelectrique maghreacutebin y
compris le reacuteseau de distribution impliquant lrsquoalimentation des villages frontaliers agrave partir du
reacuteseau le plus proche et dans les conditions technico - eacuteconomiques les plus favorables la
premiegravere action et probablement la plus symbolique a eacuteteacute lrsquoalimentation du village tunisien
martyre de Sakiet Sidi Youcef agrave partir du reacuteseau algeacuterien ou du village marocain de Figuig agrave
partir du reacuteseau algeacuterien agrave Beni Ounif
bull Utilisation commune des structures de formation eacutelectriques et gaziegraveres
bull Promotion de lrsquointeacutegration industrielle maghreacutebine de lrsquointervention des bureaux
drsquoeacutetudes et entreprises de travaux et de fabrication de mateacuteriel eacutelectrique du Maghreb agrave
travers notamment le renforcement de la fonction engineering [7]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
22
CHAPITRE I
I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique
La qualiteacute de cette eacutenergie deacutepend de celle de la tension aux points de raccordement
toutefois cette tension subit geacuteneacuteralement beaucoup de perturbations de deux origines
distinctes drsquoune part les perturbations de courant causeacutees par le passage dans les reacuteseaux
eacutelectriques des courants perturbateurs comme les courants harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et
reacuteactifs et drsquoautre part les perturbations de tension causeacutees par des tensions perturbatrices
comme les tensions harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et les creux de tension [8]
La qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique est consideacutereacutee comme une combinaison de la qualiteacute
de la tension et de la qualiteacute du courant Nous allons donc deacutefinir ces deux notions dans la
suite de ce paragraphe
I61) Qualiteacute de la tension
Dans la pratique lrsquoeacutenergie eacutelectrique distribueacutee se preacutesente sous la forme drsquoun ensemble
de tensions constituant un systegraveme alternatif triphaseacute qui possegravede quatre caracteacuteristiques
principales amplitude freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie [9]
I611) Amplitude
Lrsquoamplitude de la tension est un facteur crucial pour la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute Elle
constitue en geacuteneacuteral le premier engagement contractuel du distributeur drsquoeacutenergie
Habituellement lrsquoamplitude de la tension doit ecirctre maintenue dans un intervalle de plusmn 10
autour de la valeur nominale
Dans le cas ideacuteal les trois tensions ont la mecircme amplitude qui est une constante
Cependant plusieurs pheacutenomegravenes perturbateurs peuvent affecter lrsquoamplitude des tensions En
fonction de la variation de lrsquoamplitude on distingue deux grandes familles de perturbations
- Les creux de tension coupures et surtensions Ces perturbations se caracteacuterisent par des
variations importantes de lrsquoamplitude Elles ont pour principale origine des courts-circuits et
peuvent avoir des conseacutequences importantes pour les eacutequipements eacutelectriques
- Les variations de tension Ces perturbations se caracteacuterisent par des variations de
lrsquoamplitude de la tension infeacuterieure agrave 10 de sa valeur nominale Elles sont geacuteneacuteralement
dues agrave des charges fluctuantes ou des modifications de la configuration du reacuteseau
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
23
CHAPITRE I
I612) Freacutequence
Dans le cas ideacuteal les trois tensions sont alternatives et sinusoiumldales drsquoune freacutequence
constante de 50 ou 60 Hz selon le pays Des variations de freacutequence peuvent ecirctre provoqueacutees
par des pertes importantes de production de lrsquoicirclotage drsquoun groupe sur ses auxiliaires ou son
passage en reacuteseau seacutepareacute ou drsquoun deacutefaut dont la chute de tension reacutesultante entraicircne une
reacuteduction de la charge [9]
I613) Forme drsquoonde
La forme drsquoonde des trois tensions formant un systegraveme triphaseacute doit ecirctre la plus proche
possible drsquoune sinusoiumlde En cas de perturbations au niveau de la forme drsquoonde la tension
nrsquoest plus sinusoiumldale et peut en geacuteneacuteral ecirctre consideacutereacutee comme une onde fondamentale agrave
50Hz associeacutee agrave des ondes de freacutequences supeacuterieures ou infeacuterieures agrave 50 Hz appeleacutees
eacutegalement harmoniques Les tensions peuvent eacutegalement contenir des signaux permanents
mais non-peacuteriodiques alors deacutenommeacutes bruits
I614) Symeacutetrie
La symeacutetrie drsquoun systegraveme triphaseacute se caracteacuterise par lrsquoeacutegaliteacute des modules des trois
tensions et celle de leurs deacutephasages relatifs La dissymeacutetrie de tels systegravemes est
communeacutement appeleacute deacuteseacutequilibre [9]
I62) Qualiteacute du courant
La qualiteacute du courant est relative agrave une deacuterive des courants de leur forme ideacuteale et se
caracteacuterise de la mecircme maniegravere que pour les tensions par quatre paramegravetres amplitude
freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie Dans le cas ideacuteal les trois courants sont drsquoamplitude et
de freacutequence constantes deacutephaseacutes de 2π3 radians entre eux et de forme purement
sinusoiumldale
Le terme laquo qualiteacute du courant raquo est rarement utiliseacute car la qualiteacute du courant est
eacutetroitement lieacutee agrave la qualiteacute de la tension et la nature des charges Pour cette raison laquo la
qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique raquo est souvent reacuteduite agrave laquo la qualiteacute de la tension raquo [10]
Crsquoest lrsquoobjectif de ce meacutemoire ougrave le terme de laquo qualiteacute de lrsquoeacutenergie raquo srsquoapplique
uniquement agrave celle de la tension [13]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
24
CHAPITRE I
I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique
Le reacuteseau eacutelectrique peut ecirctre soumis agrave de multiples perturbations Ces deacutefauts qui
peuvent ecirctre mesureacutes gracircce agrave lrsquoutilisation de centrales de mesure peuvent endommager les
machines et fragiliser toutes les installations eacutelectriques
Il existe diffeacuterents types de perturbations les creux de tension les surtensions
passagegraveres les pheacutenomegravenes transitoires les deacuteseacutequilibres les distensions harmoniques ou
encore les entailles de commutations [11]
I71) Classification des perturbations eacutelectriques
I711) Creux de tension et coupures
Un creux de tension (figure I7) est une baisse brutale de la tension en un point drsquoun
reacuteseau drsquoeacutenergie eacutelectrique agrave une valeur comprise (par convention) entre 90 et 1 (CEI
61000-2-1 CENELEC EN 50160) ou entre 90 et 10 (IEEE 1159) drsquoune tension de
reacutefeacuterence (119880119903119890119891) suivie drsquoun reacutetablissement de la tension apregraves un court laps de temps compris
entre la demi-peacuteriode fondamentale du reacuteseau (10 ms agrave 50 Hz) et une minute
La tension de reacutefeacuterence est geacuteneacuteralement la tension nominale pour les reacuteseaux BT et la
tension deacuteclareacutee pour les reacuteseaux MT et HT
Une tension de reacutefeacuterence glissante eacutegale agrave la tension avant perturbation peut aussi ecirctre
utiliseacutee sur les reacuteseaux MT et HT eacutequipeacutes de systegraveme de reacuteglage (reacutegleur en charge) de la
tension en fonction de la charge Ceci permet drsquoeacutetudier (agrave lrsquoaide de mesures simultaneacutees dans
Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
25
CHAPITRE I
chaque reacuteseau) le transfert des creux entre les diffeacuterents niveaux de tension La meacutethode
habituellement utiliseacutee pour deacutetecter et caracteacuteriser un creux de tension est le calcul de la
valeur efficace laquo rms (12) raquo du signal sur une peacuteriode du fondamental toutes les demi-
peacuteriodes (recouvrement drsquoune demi-peacuteriode)
La figure (I8) montre les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension qui sont donc
bull sa profondeur ∆U (ou son amplitude U)
bull sa dureacutee ∆T deacutefinie comme le laps de temps
a) Origines des creux de tension et coupures
Les creux de tension et les coupures bregraveves sont principalement causeacutes par des
pheacutenomegravenes conduisant agrave des courants eacuteleveacutes qui provoquent agrave travers les impeacutedances des
eacuteleacutements du reacuteseau une chute de tension drsquoamplitude drsquoautant plus faible que le point
drsquoobservation est eacutelectriquement eacuteloigneacute de la source de la perturbation
Les creux de tension et les coupures bregraveves ont diffeacuterentes causes
bull des deacutefauts sur le reacuteseau de transport (HT) de distribution (BT et MT) ou sur
lrsquoinstallation elle-mecircme [9]
Les creux de tension et les coupures bregraveves sont causeacutes par des pheacutenomegravenes aleacuteatoires
Ces pheacutenomegravenes concernent soit le reacuteseau du distributeur soit le reacuteseau de lrsquoutilisateur [12]
Figure I8 Les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12)
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
26
CHAPITRE I
I712) Harmonique
Une harmonique (figure I9) est une composante sinusoiumldale drsquoune onde peacuteriodique ou
drsquoune quantiteacute posseacutedant une freacutequence qui est multiple entier de la freacutequence fondamentale
a) Inters harmoniques
Les inter-harmoniques sont des signaux de freacutequence non multiple de la freacutequence
fondamentale
b) Infra-harmoniques
Les infra harmoniques sont des signaux de freacutequence infeacuterieure agrave celle du fondamentale
c) Conseacutequences des harmoniques
Les courants harmoniques qui se propagent dans les reacuteseaux eacutelectriques deacuteforment
lrsquoallure du courant de la source et polluent les consommateurs alimenteacutes par les mecircmes
reacuteseaux On peut classer les effets engendreacutes par les harmoniques en deux types [8]
les effets instantaneacutes
les effets agrave terme
d) Les principales sources drsquoharmoniques
Ce sont des charges qursquoil est possible de distinguer selon leurs domaines industrielles
ou domestiques
Les charges industrielles
Eacutequipements drsquoeacutelectroniques de puissance variateurs de vitesse redresseurs agrave
diodes ou agrave thyristors onduleurs alimentations agrave deacutecoupage
Charges utilisant lrsquoarc eacutelectrique fours agrave arc machines agrave souder eacuteclairage
(lampes agrave deacutecharge tubes fluorescents) Les deacutemarrages de moteurs par
deacutemarreurs eacutelectroniques et les enclenchements de transformateurs de puissance
sont aussi geacuteneacuterateurs drsquoharmoniques (temporaires) [9]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
27
CHAPITRE I
I713) Surtensions
Ce pheacutenomegravene (figure I10) se produit lorsqursquoun composant eacutelectrique posseacutedant deux
bornes reccediloit une tension supeacuterieure agrave celle de la tension normale du circuit [13]
Les surtensions sont de trois natures
bull Temporaires (agrave freacutequence industrielle)
bull De manœuvre
bull Drsquoorigine atmospheacuterique (foudre)
Elles peuvent apparaicirctre
bull en mode diffeacuterentiel (entre conducteurs actifs phph ndash phneutre)
bull en mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) [10]
Figure I9 Harmoniques
Figure I10 Exemple de surtension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
28
CHAPITRE I
a) Origine ou causes des surtensions
Les orages sont des eacuteveacutenements tregraves habituels et aussi tregraves dangereux On estime que
sur notre planegravete se produisent simultaneacutement quelques 2000 orages et quenviron 100 coups
de foudre se deacutechargent sur la terre chaque seconde Au total cela repreacutesente environ 4000
orages quotidiens et 9 millions de deacutecharges atmospheacuteriques chaque jour
Au moment de lrsquoimpact la foudre provoque une impulsion de courant qui arrive agrave
atteindre des dizaines de milliers drsquoampegraveres Cette deacutecharge geacutenegravere une surtension dans le
systegraveme eacutelectrique qui peut provoquer des incendies la destruction de machines et la mort de
personnes [14]
I714) Variations et fluctuations de tension
Des variations rapides de tension reacutepeacutetitives ou aleacuteatoires (figure I11) sont provoqueacutees
par des variations rapides de puissance absorbeacutee ou produite par des installations telles que les
soudeuses fours agrave arc eacuteoliennes etc [15]
Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations
cycliques ou aleacuteatoires de lrsquoenveloppe drsquoune tension dont les caracteacuteristiques sont la
freacutequence de la variation et lrsquoamplitude
a) Origines des variations et fluctuations de tension
bull Les variations lentes de tension sont causeacutees par la variation lente des charges
connecteacutees au reacuteseau
bull Les fluctuations de tension sont principalement dues agrave des charges industrielles
rapidement variables comme les machines agrave souder les fours agrave arc les laminoirs
Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
29
CHAPITRE I
I715) Deacuteseacutequilibres
Dans un reacuteseau triphaseacute on a ideacutealement des amplitudes eacutegales de la tension et du
courant respectivement sur chacune des trois phases et un angle de phase de 120 degreacutes
Lorsque les tensions ou les courants preacutesentent une diffeacuterence drsquoamplitude il y a deacuteseacutequilibre
(figure I12) et cela peut causer des problegravemes pour les eacutequipements triphaseacutes brancheacutes au
reacuteseau Lrsquoimpact le plus courant du deacuteseacutequilibre est la surchauffe des eacutequipements et par
conseacutequent la deacutegradation de lrsquoisolation eacutelectrique et la reacuteduction de la dureacutee de vie
a) Origines de deacuteseacutequilibres
Les deacuteseacutequilibres de tension surviennent habituellement en preacutesence drsquoun deacuteseacutequilibre
des charges et de leurs appels de courant En effet toute charge triphaseacutee doit appeler un
courant identique sur chaque phase Quant aux charges monophaseacutees brancheacutees agrave un reacuteseau
triphaseacute on doit les reacutepartir le plus uniformeacutement possible entre les trois phases
De plus certains deacuteseacutequilibres de tension reacutesultent de lrsquoexploitation et de la nature des
eacutequipements du reacuteseau eacutelectrique [16]
I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations
La figure (I13) preacutesente une classification possible des diffeacuterents types de
perturbations Il est agrave noter qursquoaucune classification ne fait actuellement reacutefeacuterence et drsquoautres
notions peuvent ecirctre parfois utiliseacutees variations rapides de tension surtensions temporaires
etc Il faut noter eacutegalement que lrsquoimpact agrave long terme de ces diffeacuterents types de perturbations
sur la dureacutee de vie des appareils eacutelectriques reste aujourdrsquohui assez meacuteconnu Preacutecisons enfin
qursquoen langage courant le terme tension fait le plus souvent reacutefeacuterence agrave la valeur efficace de
Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
30
CHAPITRE I
lrsquoonde de tension ou agrave une moyenne de la valeur efficace sur une certaine dureacutee (pour une
onde imparfaitement peacuteriodique la valeur efficace nrsquoa de sens que localement pour un
intervalle de temps suffisamment court) et non agrave la valeur instantaneacutee de la tension (qui
oscille autour de 0 V avec une peacuteriode de 20 ms)
I72) Le systegraveme de protection
A lrsquoinstar des alternateurs des transformateurs et des lignes drsquoautres dispositifs
existent pour assurer non seulement un fonctionnement normal mais aussi la protection des
eacutequipements et du personnel drsquoexploitation du reacuteseau Cela englobe les transformateurs de
mesures les disjoncteurs les interrupteurs les sectionneurs les fusibles les eacuteclateurs et sont
directement relieacutes au reacuteseau Ces dispositifs permettent drsquointerrompre volontairement et agrave
Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
31
CHAPITRE I
tout moment la fourniture drsquoeacutenergie eacutelectrique mais aussi automatiquement agrave la survenance
drsquoune quelconque perturbation (deacutefaut) Les eacutequipements de controcircle associeacutes agrave ces dispositifs
ainsi que les relais de protection sont installeacutes dans des salles de controcircle [17]
I8) La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique de HT est une proprieacuteteacute dun systegraveme de puissance
qui lui permet de rester dans un eacutetat deacutequilibre dans des conditions normales de
fonctionnement et de retrouver un eacutetat acceptable deacutequilibre apregraves avoir eacuteteacute soumis agrave
une perturbation [18]
Une perturbation sur un reacuteseau peut ecirctre une manœuvre preacutevue comme lenclenchement
dune inductance shunt ou non preacutevue comme un court-circuit causeacute par la foudre entre une
phase et la terre par exemple Lors de la perturbation lamplitude de la tension aux diffeacuterents
jeux de barres du reacuteseau peut varier ainsi que la freacutequence La variation de la freacutequence est
due aux variations de la vitesse des rotors des alternateurs [19]
I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques
La stabiliteacute peut ecirctre eacutetudieacutee en consideacuterant la topologie du reacuteseau sous
diffeacuterents angles Lrsquoeacutetat de fonctionnement drsquoun reacuteseau eacutelectrique est deacutecrit selon des
grandeurs physiques telles que lamplitude et langle de phase de la tension agrave chaque bus et la
puissance active reacuteactive circulant dans chaque ligne et la vitesse de rotation de la
geacuteneacuteratrice synchrone Si elles ne sont pas constantes le reacuteseau eacutelectrique est consideacutereacute
comme eacutetant en perturbations [16]
La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee selon la nature de la perturbation
Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor
Stabiliteacute de la freacutequence
Stabiliteacute de la tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
32
CHAPITRE I
La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee en petite et grande amplitude de perturbation en
fonction de lrsquoorigine et de lampleur du deacutefaut Par rapport au temps deacutevaluation la
stabiliteacute peut ecirctre agrave courte ou agrave longue dureacutee tel qursquoil est deacutecrit dans la figure (I14)
I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire)
Dans un reacuteseau eacutelectrique la stabiliteacute de lrsquoangle du rotor est deacutefinie comme la capaciteacute
drsquoun ensemble de geacuteneacuteratrices synchrones interconnecteacutees de conserver le synchronisme
dans des conditions de fonctionnement normales ou apregraves une perturbation Un systegraveme
est instable si la diffeacuterence entre les angles rotoriques des geacuteneacuterateurs augmente
indeacutefiniment ou si loscillation transitoire provoqueacutee par une perturbation nest pas
suffisamment amortie dans le temps deacutevaluation
Lrsquoinstabiliteacute angulaire se manifeste sous forme drsquoun eacutecart croissant entre les angles
rotorique Une machine qui a perdu le synchronisme sera deacutebrancheacutee par une protection de
survitesse ou par une protection de perte de synchronisme ce qui met en danger lrsquoeacutequilibre
production consommation du systegraveme
Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique [18]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
33
CHAPITRE I
I8211) Stabiliteacute angulaire aux petites perturbations
Elle concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir le synchronisme en preacutesence
de petites perturbations comme une petite variation de la charge ou de geacuteneacuteration manœuvre
drsquoeacutequipement etc Lrsquoeacutevaluation de ce type de perturbation prend quelques secondes
a) La stabiliteacute statique
Apregraves le reacutegime transitoire ducirc agrave la perturbation le systegraveme entre dans le reacutegime
permanent Dans ce cas pour eacutetudier le systegraveme il faut eacutevaluer la stabiliteacute statique du reacuteseau
Le systegraveme nest pas stable si les contraintes de fonctionnement ne sont pas respecteacutees
Cet eacutetat est appeleacute lrsquoeacutetat instable ou leacutetat durgence
Dans un reacuteseau qui est dans leacutetat durgence les opeacuterateurs du centre de controcircle ont
suffisamment de temps pour ramener le systegraveme agrave leacutetat stable ou au reacutegime normal en
apportant des modifications suppleacutementaires [20]
b) Stabiliteacute dynamique
Si une perturbation mineure est effectueacutee sur le reacuteseau agrave partir dun reacutegime permanent
stable et que le reacuteseau retrouve son mode de fonctionnement normal en reacutegime permanent le
reacuteseau est dit dynamiquement stable Pour un reacuteseau deacutenergie eacutelectrique on entend par
perturbation mineure des manœuvres ou des opeacuterations normales sur le reacuteseau comme
lenclenchement dune inductance shunt ou des variations mineures de la charge
c) Stabiliteacute transitoire
Lorsquil y a une perturbation majeure sur le reacuteseau et que le reacuteseau retrouve son mode
de fonctionnement normal apregraves la perturbation alors le reacuteseau est dit transitoirement stable
Les perturbations majeures sont les courts-circuits les pertes de lignes les bris deacutequipements
majeurs comme les transformateurs de puissance et les alternateurs peuvent ecirctre tregraves graves
pouvant mecircme conduire agrave lrsquoeffondrement total du reacuteseau Si lrsquoinstabiliteacute se manifeste
directement suite agrave la perturbation (plus preacuteciseacutement dans la premiegravere La stabiliteacute transitoire
deacutepend de la relation non-lineacuteaire couples- angles Le pheacutenomegravene de la stabiliteacute transitoire
concerne les grandes perturbations telles que [15]
Les courts-circuits affectant un eacuteleacutement du reacuteseau notamment aux bornes des
machines
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
34
CHAPITRE I
La perte drsquoun ouvrage (eg une ligne de transmissionhellip)
La perte drsquoun groupe de production
Les conseacutequences de ces deacutefauts seconde qui suit lrsquoeacutelimination du deacutefaut) elle est
appeleacutee instabiliteacute de premiegravere oscillation (en anglais First Swing Instability) (cas 1 figure
I15) et elle srsquoeacutetend sur 3 agrave 5 secondes Elle peut reacutesulter de la superposition des effets de
plusieurs modes drsquooscillation lents exciteacutes par la perturbation provoquant ainsi une variation
importante de lrsquoangle de rotor au-delagrave de la premiegravere oscillation (instabiliteacute de multi
oscillations) (cas 2 figure I15) La gamme de temps associeacutee srsquoeacutetend de 10 agrave 20 secondes
[25]
I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire
En vue de son importance dans la planification la conception et lrsquoexploitation des
reacuteseaux drsquoeacutenergie eacutelectrique lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire reste un deacutefit majeur
pour les ingeacutenieurs pour eacuteviter tous eacuteveacutenement qui peut conduire vers un black out Les
solutions envisageables drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire se basent sur [8]
bull Augmentation de la constante drsquoinertie des geacuteneacuterateurs
bull Augmentation de la puissance active
bull Installation des protections et des appareils de coupure rapides
bull Implantation des valves rapides des turbines agrave gaz
bull Installation des reacutesistances drsquoamortissement
bull Utilisation des PSS
bull Controcircle rapide et flexible de lrsquoeacutecoulement de puissance
a- Stable
b- instable
Cas 1 instabiliteacute de premiegravere oscillation Cas 2 instabiliteacute de plusieurs oscillations
Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
35
CHAPITRE I
I822) Stabiliteacute de la freacutequence
La stabiliteacute de freacutequence concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir sa freacutequence
proche de la valeur nominale suite agrave un incident seacutevegravere ayant ou non conduit agrave un
morcellement du systegraveme La stabiliteacute de freacutequence est eacutetroitement lieacutee agrave lrsquoeacutequilibre global
entre la puissance active produite et consommeacutee [20]
I823) Stabiliteacute de tension
Dans des conditions de fonctionnement normales ou suite agrave une perturbation La
stabiliteacute de tension concerne la capaciteacute dun systegraveme de puissance agrave maintenir des tensions
acceptables en tous ses nœuds En fonctionnement normal lorsque nous connectons des
eacutequipements consommateurs agrave un reacuteseau eacutelectrique la tension au point de raccordement
tombe leacutegegraverement et la puissance totale consommeacutee augmente
Selon lrsquoamplitude de la perturbation on distingue la stabiliteacute de tension de
petites perturbations et celle de grandes perturbations [20]
Lrsquoinstabiliteacute reacutesultante peut se produire sous forme de chute progressive ou eacuteleacutevation de
la tension de quelques jeux de barres Les reacutesultats possibles de lrsquoinstabiliteacute de tension sont la
perte de la charge dans un secteur ou deacuteclenchement des lignes de transmission et mecircme
drsquoautres eacuteleacutements par leurs systegravemes de protection agrave des pannes en cascades Il est deacutemontreacute
que la majoriteacute des blackouts sont causeacutes par lrsquoinstabiliteacute de tension [8]
I8231) Instabiliteacute de la tension
On deacutefinit la stabiliteacute de la tension comme la capaciteacute de maintenir une tension de barre
constamment acceptable agrave chaque nœud du reacuteseau dans des conditions normales de
fonctionnement apregraves avoir subi une perturbation Leacutetat du reacuteseau est dit instable en tension
lorsquune perturbation un accroissement de la charge ou une modification de la condition du
reacuteseau entraicircne une chute de tension progressive et incontrocirclable de la tension aboutissent en
un effondrement geacuteneacuteraliseacute de la tension [16]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
36
CHAPITRE I
I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension
Les problegravemes drsquoapparition du pheacutenomegravene drsquoeacutecroulement de tension sont toujours lieacutes agrave
la difficulteacute de reacutegler la tension au dessus drsquoune certaine valeur appeleacutee tension critique
Geacuteneacuteralement lrsquoeffondrement de tension se produit dans les reacuteseaux eacutelectriques qui sont
fortement chargeacutes court-circuiteacutes etou ont un manque de puissance reacuteactive
I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites perturbations
La stabiliteacute de tension de petites perturbations concernes la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique
agrave maintenir la tension dans les limites permise en preacutesence de perturbations telles que une
variation faible de la charge de la production etc [18]
I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes perturbations
Elle est deacutefinie comme la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique agrave maintenir les tensions des
nœuds dans les limites de fonctionnement permise en preacutesence des grandes perturbations agrave
savoir la perte drsquoun eacutequipement de transport ou de production le court circuithellipetc [18]
Dans ce meacutemoire nous nous inteacuteressons seulement agrave la stabiliteacute de tension Une eacutetude
deacutetailleacutee sera preacutesenteacutee dans la section suivante
I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension
La plupart de ces changements ont des effets significatifs sur la production la
consommation et la transmission de puissance reacuteactive ainsi sur la stabiliteacute de tension Par
conseacutequent des mesures peuvent ecirctre utiliseacutees pour ameacuteliorer la stabiliteacute de tension tels que
- Un controcircle automatique des condensateurs shunts
- Un blocage des reacutegleurs en charge automatique
- Une nouvelle reacutepartition de la geacuteneacuteration
- Une replanification du fonctionnement des geacuteneacuterateurs et des nœuds de commande
- Une reacutegulation de tension secondaire
- Un plan de deacutelestage
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
37
CHAPITRE I
I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation
Dans la plupart du temps les sources drsquoeacutenergie eacutelectrique se trouvent loin des zones de
consommation Cette situation rend le transport de lrsquoeacutenergie reacuteactive tregraves difficile agrave cause des
pertes reacuteactives tregraves eacuteleveacutees Cette difficulteacute de transport drsquoeacutenergie reacuteactive augmente la
probabiliteacute drsquoapparition drsquoune instabiliteacute ou drsquoun effondrement de tension
I92) Charge appeleacutee trop importante
Lrsquoune des causes de lrsquoinstabiliteacute de tension correspond agrave une charge eacuteleveacutee Elle est
ducirce agrave lrsquoaugmentation croissante de la demande et agrave un large transfert drsquoeacutenergie entre
compagnies Une instabiliteacute de tension peut se produire en particulier lorsque la charge eacuteleveacutee
est plus importante que celle preacutevue et le risque est drsquoautant plus grand que la consommation
reacuteactive est eacutegalement plus grande que preacutevue [18]
I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport
Les planificateurs sont de plus en plus conscients des limites dutilisation des reacuteseaux de
transport et dinterconnexion La situation actuelle dans beaucoup de pays au monde est
caracteacuteriseacutee par les tendances suivantes
1 Augmentation de la consommation deacutelectriciteacute due agrave lindustrialisation agrave
lurbanisation et agrave la croissance de la population Avec laugmentation des transits
de puissance les reacuteseaux deviennent plus compliqueacutes agrave geacuterer subissent de grandes
variations de puissance et de grandes pertes Ceci fait que leur niveau de seacutecuriteacute
diminue
2 Contraintes eacutecologiques et administratives Le respect de lenvironnement joue un
rocircle important dans la socieacuteteacute actuelle et cest principalement pourquoi il est de
plus en plus difficile dobtenir des permis de construire pour de nouvelles lignes ou
pour limplantation de nouvelles centrales Dans laffirmative cela demande
plusieurs anneacutees
3 Contraintes opeacuterationnelles La demande de puissance a une croissance constante
mais geacuteographiquement irreacuteguliegravere Les centrales qui geacutenegraverent leacutenergie sont
souvent eacuteloigneacutees des charges importantes et la localisation des nouvelles centrales
deacutepend essentiellement dautorisations administratives et du respect de
lenvironnement
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
38
CHAPITRE I
Pour satisfaire la demande deacutenergie sous ces conditions contradictoires les services
publics font de plus en plus appel pour des problegravemes eacuteconomiques et dameacutelioration de la
seacutecuriteacute aux eacutechanges internationaux de puissance ce qui demande une interconnexion entre
des systegravemes preacutevus indeacutependants au deacutepart
Laugmentation du maillage associeacute au mode de transit libre de puissance agrave travers les
reacuteseaux deacuteveloppe des boucles de puissance et des lignes en parallegravele ce qui surcharge
certaines lignes avec pour conseacutequence de deacuteteacuteriorer le profil de tension et de diminuer la
stabiliteacute du reacuteseau Consideacuterant que les reacuteseaux de transport eacutelectrique repreacutesentent une
grande valeur eacuteconomique il faut essayer daller dans les directions suivantes
Ameacuteliorer lutilisation des eacutequipements existants en augmentant leur capaciteacute de
transfert de puissance Dun point de vue financier cela peut se reacuteveacuteler avantageux
Ameacuteliorer la flexibiliteacute des reacuteseaux car pouvoir changer rapidement leur
configuration permet une meilleure reacutepartition de la puissance particuliegraverement en cas de
perturbations ou de transferts de puissance impreacutevus [21]
I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Le transport de la puissance reacuteactive par les lignes eacutelectriques cause des pertes une
diminution de la stabiliteacute du reacuteseau et une chute de tension agrave son extreacutemiteacute Afin deacuteviter cela
de la compensation de puissance reacuteactive seacuterie ou shunt selon les cas est utiliseacute pour limiter
ce transport de puissance reacuteactive
Diffeacuterents appareils eacutelectriques peuvent servir agrave reacutealiser cette compensation (figure I16)
machines synchrones batteries de condensateurs inductance ou FACTS [22]
La compensation est une technique de la gestion drsquoeacutenergie reacuteactive afin drsquoameacuteliorer la
qualiteacute eacutenergeacutetique dans les reacuteseaux eacutelectriques agrave courant alternatif Elle peut se reacutealiser de
plusieurs maniegraveres ayant pour buts
La correction du facteur de puissance
Ameacutelioration de la reacutegulation de la tension
Equilibre des charges
Lrsquoaide au retour agrave la stabiliteacute en cas de perturbation [19]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
39
CHAPITRE I
En installant des dispositifs controcirclables comme le transport drsquoeacutenergie en courant
continu (High Voltage Direct Current HVDC) et les dispositifs FACTS (Flexible Alternating
Current Transmission System) Malgreacute le coucirct eacuteleveacute de cette solution mais vu lrsquoeacutevolution
reacutecente des reacuteseaux eacutelectriques et leurs contraintes cette solution est tregraves efficace
Lrsquoune des meacutethodes drsquoameacuteliorer la capaciteacute drsquoun systegraveme eacutelectrique agrave reacutesister contre les
grands incidents est drsquointeacutegrer des dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance (FACTS)
dans le reacuteseau de transport Lrsquoeacutetude lrsquoapport et lrsquoutilisation de ces dispositifs font lrsquoobjet de
ce meacutemoire
Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Compensation
traditionnelles
Les dispositifs FACTS
Compensateurs
synchrones Batteries de
condensateurs
Batteries de
condensateurs
HT et MT
Les inductances
les PSS (Power
System Stabiliser)
1er
geacuteneacuteration
2eme
geacuteneacuteration
3eme
geacuteneacuteratio
n
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
40
CHAPITRE I
I11) Conclusion
Ce chapitre nous a permis drsquoexposer des geacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriques en
mentionnant la structure et la topologie du reacuteseau ensuite on a parleacute sur lrsquointerconnexion entre
les pays du Maghreb et le reacuteseau Algeacuterien
Dans ce chapitre nous avons aussi preacutesenteacute les deacutefinitions et les caracteacuteristiques des
diffeacuterents types de stabiliteacute drsquoun systegraveme de puissance Le concept geacuteneacuteral de la stabiliteacute est
syntheacutetiseacute en trois groupes (stabiliteacute de lrsquoangle de rotor de la tension et de la freacutequence)
Les dispositifs FACTS sont capables de remplir diverses fonctions comme le maintien
de tension le controcircle des flux de puissance et aussi lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau
etc
Dans le chapitre suivant nous allons exposer le concept des FACTS le contexte
algeacuterien concernant ses dispositifs sera aussi abordeacute
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
41
CHAPITRE I
Chapitre 2
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
42
II1) Introduction
Avec le deacuteveloppement technologique et industriel que vie le monde entier la demande
en eacutenergie eacutelectrique est en augmentation continue et sans cesse Pour satisfaire ces besoins et
acheminer cette eacutenergie aux points de consommation disperseacutes sur un large espace
geacuteographique les reacuteseaux eacutelectriques ayant des capaciteacutes de transit limiteacute agrave cause des limites
thermique des lignes doivent seacutelargir et de nouvelles lignes dextension seront ajouteacutees Face
agrave ce problegraveme et devant les contraintes environnementale eacutecologique et eacuteconomique de
reconstructions de nouvelles lignes la compagnie ameacutericaine EPRI (Electric Power Research
Institue) a lanceacute en 1988 un projet drsquoeacutetude des systegravemes FACTS afin de mieux maicirctriser le
transit de puissance dans les lignes eacutelectriques et daugmenter leurs capaciteacutes de transfert Le
concept FACTS regroupe tous les dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance qui
permettent drsquoameacuteliorer lrsquoexploitation du reacuteseau eacutelectrique
Aussi ces reacuteseaux eacutelectriques de taille importantes seront confronteacutes par divers
problegravemes de fonctionnement agrave cause du controcircle traditionnel utilisant des systegravemes de
commande eacutelectromeacutecaniques de temps de reacuteponse lent par rapport agrave ces nouveaux systegravemes
FACTS agrave base dinterrupteurs statiques et de court temps de reacuteponse (moins dune seconde)
Aujourdhui cette technologie FACTS simpose pour les systegravemes eacutenergeacutetiques en
augmentant leurs capaciteacutes de transport en ameacuteliorant le controcircle des paramegravetres de ces
derniers donc leur assurer une flexibiliteacute du transfert de leacutenergie et ameacuteliorer sa stabiliteacute
Le concept FACTS (Flexible AC Transmission System) est neacute pour reacutepondre aux
diffeacuterentes difficulteacutes croissantes de transmission dans les reacuteseaux et surtout la maicirctrise de
transit de puissance (compensateur de puissance reacuteactive variateur de charge universelhellip)
ces dispositifs peuvent ameacuteliorer le comportement dynamique des reacuteseaux eacutelectriques [25]
II2) Le concept FACTS
Les problegravemes des reacuteseaux eacutenonceacutes ci ndashdessus devenant plus preacutesents drsquoanneacutee en
anneacutee EPRI (Electric Power Research Institute) qui repreacutesente un consortium deacutedieacute agrave la
recherche dans les reacuteseaux eacutelectriques et regroupant des compagnies drsquoeacutelectriciteacute ameacutericaines
a lanceacute en 1988 le concept FACTS (Flexible AC Transmission Systems) qui est un projet agrave
long terme La technologie FACTS utilise lrsquoeacutelectronique de puissance et plus particuliegraverement
des systegravemes agrave thyristors qui permettent drsquoobtenir des vitesses de commande nettement
supeacuterieures agrave celles des systegravemes meacutecaniques qui sont encore largement utiliseacutes et un niveau
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
43
de maintenance bien infeacuterieur car les systegravemes meacutecaniques srsquousent beaucoup plus rapidement
que les systegravemes statiques Parmi les systegravemes FACTS on cite [26]
Compensateur synchrone statique (lsquoSTATCOMrsquo Static Synchronous Compensator)
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
Le controcircleur de transit de puissance entre ligne IPFC (Interline Power Flow
Controller)
Face agrave la saturation des reacuteseaux de puissance les compagnies de distribution drsquoeacutenergie
eacutelectrique exploitent de plus en plus leurs reacuteseaux pregraves des limites de seacutecuriteacute (conduite aux
limites) Cette situation engendre des problegravemes drsquoexploitation notamment pour le controcircle
des flux de puissance le maintien drsquoun profil de tension acceptable la surveillance des reports
de chargehellipetc Agrave cet effet lrsquoaspect seacutecuriteacute prend une grande importance et des recherches
sont entreprises dans diffeacuterents pays pour trouver des moyens susceptibles drsquoameacuteliorer la
seacutecuriteacute et rendre lrsquoexploitation des reacuteseaux plus flexible
Ainsi plusieurs eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees pour connaitre les avantages lieacutes agrave lrsquoutilisation
des dispositifs FACTS dans les reacuteseaux pour
le support du profil de la tension
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute statique et dynamique
lrsquoamortissement des oscillations subsynchrones
Ces avantages deacutecoulent principalement de lrsquoaugmentation des capaciteacutes de transit des
lignes existantes par un controcircle rigoureux des diffeacuterents variables du reacuteseau Pour fixer les
ideacutees nous pouvons prendre un exemple simple
Consideacuterons le transit de puissance sur une ligne agrave courant alternatif Cette ligne est
repreacutesenteacutee sur la figure (II1) les pertes eacutetant supposeacutees nulles la puissance transmise P est
fonction des amplitudes des tensions E1 et E2 aux extreacutemiteacutes de la ligne du deacutephasage 12057512
entre ces deux tensions et de lrsquoimpeacutedance x de la ligne comme le montre lrsquoeacutequation (II1)
1
Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif
x
p
1 2
119916120783
2 119916120784
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
44
119823 = 119812120783119812120784
119831 119852119842119847120517120783120784
Cette eacutequation montre que la puissance transmissible par une ligne est limiteacutee par les
paramegravetres eacutenonceacutes ci-dessus et pas forceacutement par sa limite thermique De plus il deacutecoule de
cette eacutequation que si lrsquoon peut reacutegler un deux ou les trois paramegravetres on controcircle alors le
transit de puissance dans la ligne [26]
Elle montre aussi quil est possible daugmenter la puissance transiteacutee entre deux
reacuteseaux soit en maintenant la tension des systegravemes soit en augmentant langle de transport
entre les deux systegravemes soit en reacuteduisant artificiellement limpeacutedance de la liaison En jouant
sur un ou plusieurs de ses paramegravetres les FACTS permettent un controcircle preacutecis des transits de
puissance reacuteactive une optimisation des transit de puissance active sur les installations
existantes et une ameacutelioration de la stabiliteacute dynamique du reacuteseau Ils permettent aussi aux
consommateurs industriels de reacuteduire les deacuteseacutequilibres de charges et de controcircler les
fluctuations de tensions creacuteeacutees par des variations rapides de la demande de puissance reacuteactive
et ainsi daugmenter les productions de reacuteduire les coucircts et dallonger la dureacutee de vie des
eacutequipements [27]
En effet les FACTS permettent de
ne pas transporter drsquoeacutenergie reacuteactive en la fournissant lagrave ougrave elle est demandeacutee
augmenter les puissances maximales transmissibles et donc les transferts de
puissance active
controcircler les flux de puissance pour la surcharge des lignes et le risque de
deacuteclenchement en cascade [26]
II21) Fonctionnement des FACTS
Un FACTS agit geacuteneacuteralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de
la puissance reacuteactive sur le reacuteseau Ceci a pour effet de modifier lamplitude de la tension agrave
son point de connexion et par conseacutequent la puissance active maximale transmissible
Les FACTS sont utiliseacutes aussi pour le filtrage des courants harmoniques et la
stabilisation de la tension Lordre de grandeur de la puissance dun FACTS va de
quelques MVA (Meacutega Volts Ampegraveres) agrave quelques centaines de MVA Ils sappliquent dans
deux secteurs principaux
(II1)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
45
Grand reacuteseaux de transmission
Pour ameacuteliorer le controcircle augmenter les capaciteacutes de transfert de puissance et assister
la reacutecupeacuteration du reacuteseau conseacutecutive agrave un deacutefaut dans les systegravemes de transmission AC
(Alternative Current)
Reacuteseaux Industriels
Pour ameacuteliorer la qualiteacute de la puissance fournie en un point preacutecis du reacuteseau AC en
preacutesence de fluctuations de charge eg compensation du flicker pour les fours agrave arc Gamme
de puissance infeacuterieure agrave celle dun reacuteseau de transmission
II22) Contexte algeacuterien
Depuis les anneacutees 2000 le deacuteveloppement du reacuteseau de transport drsquoeacutelectriciteacute fait partie
des prioriteacutes de lrsquoAlgeacuterie [26]
Le reacuteseau de transport algeacuterien est en phase drsquoexpansion car il doit reacutepondre agrave la forte
augmentation de la demande en eacutelectriciteacute (+ 5 agrave 7 par an) Les principaux besoins en
eacutelectriciteacute sont domestiques lieacutes
bull agrave lrsquoaccroissement de la population (celle-ci a plus que tripleacute en 50 ans et son
taux de croissance est actuellement estimeacute agrave 12 par an)
bull au changement des habitudes de consommation avec lrsquousage des appareils En
outre dans les anneacutees 90 peu drsquoinvestissements ont eacuteteacute entrepris sur le reacuteseau
eacutelectrique et celui-ci srsquoest deacutegradeacute
Au total depuis 2005 pregraves de 15 000 km de nouvelles lignes HT et THT ont eacuteteacute
reacutealiseacutes ou restent agrave construire
Le deacuteveloppement du reacuteseau de transport concerne agrave la fois le deacuteveloppement des
reacuteseaux hauts tension (60 et 220 000 Volts) et la creacuteation drsquoun reacuteseau agrave tregraves haute tension
(400 000 Volts)
Le deacuteveloppement du reacuteseau 400 000 Volts est mis en œuvre agrave la fois dans lrsquoaxe
bull Est-Ouest (interconnexions internationales avec le Maroc et la Tunisie)
bull Nord-Sud (raccordement des reacuteseaux du Sud jusqursquoalors le point trop isoleacute du reacuteseau
national)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
46
En 2002 un total de trois SVC (static var compensator) a eacuteteacute introduit dans le reacuteseau
national de la Sonelgaz un dispositif agrave la sous station de Naama et deux agrave Beacutechar (figure
II2)
Les trois SVC ont une classe identique -10+40Mvar agrave la tension 220 kV (figure II3) et
lrsquoune des plates- formes de ses trois SVC est montreacutee par la figure (II2) Le reacuteseau est
constitueacute drsquoune ligne de 500km sous une tension de 220kv Un seul circuit aeacuterien de la ligne
de transmission pour lrsquoalimentation de la charge eacuteloigneacutee dans la partie ouest du pays
Des productions locales de diesel et des turbines agrave gaz alimentent les charges locales de
Beacutechar depuis le deacutebut des anneacutees quatre vingt dix et elles ont eacuteteacute fermeacutees pendant lrsquoanneacutee
2002
Deux sous stations 22060 kV une intermeacutediaire (Naama) et une agrave la fin de la ligne
(Beacutechar) ont eacuteteacute eacutequipeacutees avec des SVC (figure II3) pour les objectifs suivants
bull Pour fournir au systegraveme de transmission le support en eacutenergie reacuteactive afin de
maintenir une tension stable pendant le fonctionnement normal et quotidien
bull Pour le rendement dynamique au cours du controcircle de la ligne 220 kV mise sous
tension ainsi pour le maintien drsquoune tension stable dans le systegraveme sous diverses
conditions drsquoexploitation En particulier pour preacutevenir lrsquoeffondrement de tension
(voltage collapse) et lrsquoinstabiliteacute du systegraveme pendant le transitoire et lrsquoeacutevolution
rapide des conditions de tension dans le systegraveme Les charges prisent hors reacuteseau
220 kV sont de lrsquoordre de 12 MVA agrave Naama et 35 MVA agrave Beacutechar
Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar [26]
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
47
II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS
La compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive au niveau des lignes de transmission permet la
reacutegulation du profil de la tension le long de ces lignes avec un bon controcircle de la puissance
active transmise Il est reconnu que la stabiliteacute peut ecirctre ameacutelioreacutee quelque soit son type si la
compensation reacuteactive du systegraveme de transmission varie rapidement Les meacutethodes de
compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive classiques se basent sur les batteries de condensateurs ou
les bobines fixes ou commandeacutees meacutecaniquement Ces meacutethodes sont non efficaces dans le
controcircle du reacuteseau eacutelectrique quand il est seacutevegraverement perturbeacute
Gracircce aux avanceacutees reacutecentes dans la technologie des IGBT et GTO le temps de reacuteaction
de ces dispositifs a diminueacute agrave quelques milli secondes Il est possible donc de reacutepondre agrave la
demande par lrsquoutilisation drsquoune compensation rapide en utilisant les dispositifs FACTS [31]
II3) Les dispositifs FACTS
Selon lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) la deacutefinition du terme
FACTS est la suivante Systegravemes de Transmission en Courant Alternatif comprenant des
dispositifs baseacutes sur leacutelectronique de puissance et dautres dispositifs statique utiliseacutes pour
accroicirctre la controcirclabiliteacute et augmenter la capaciteacute de transfert de puissance du reacuteseau
Avec leurs aptitudes agrave modifier les caracteacuteristiques apparentes des lignes les FACTS
sont capables daccroicirctre la capaciteacute du reacuteseau dans son ensemble en controcirclant les transits de
puissances Les dispositifs FACTS ne remplacent pas la construction de nouvelles lignes Ils
sont un moyen de diffeacuterer les investissements en permettant une utilisation plus efficace du
reacuteseau existant [28]
Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie [26]
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
48
II4) Classification des dispositifs FACTS
II41) Classification selon la geacuteneacuteration
Depuis les premiers compensateurs trois geacuteneacuterations de dispositifs FACTS ont vu le
jour Elles se distinguent par la technologie des semi-conducteurs et des eacuteleacutements de
puissance utiliseacutes
II411) Geacuteneacuteration I
Baseacutee sur les thyristors classiques Ceux-ci sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour enclencher
ou deacuteclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance reacuteactive dans les
transformateurs de reacuteglage
II412) Geacuteneacuteration II
Dite avanceacutee est neacutee avec lavegravenement des semi-conducteurs de puissance commander
agrave la fermeture et agrave louverture comme le thyristor GTO Ces eacuteleacutements sont assembleacutes pour
former les convertisseurs de tension ou de courant afin drsquoabsorber ou dinjecter des courants
(tensions) controcirclables dans le reacuteseau
II413) Geacuteneacuteration III
FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adapteacutee agrave chaque cas
Contrairement aux deux premiegraveres geacuteneacuterations celle-ci nutilisent pas des dispositifs
auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le reacuteseau
II42) Classification selon la cateacutegorie
Les dispositifs FACTS peuvent ecirctre classeacutes en trois cateacutegories figure (II4)
Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie
Dispositifs FACTS
Compensateurs shunt
Compensateurs seacuteries
Compensateurs hybrides
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
49
II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS
Le but de cette section est de donner une description bregraveve et de deacutefinir diffeacuterent shunt
seacuterie et combineacutes seacuterie-shunt dispositifs FACTS nous allons utiliser les termes et les
deacutefinitions drsquoIEEE [26]
a) Dispositifs FACTS Shunt
Compensateur statique de puissance reacuteactive (Static Var Compensator- SVC)
Un geacuteneacuterateur (ou absorbeur) statique drsquoeacutenergie reacuteactive shunt dont la sortie est ajusteacutee
en courant capacitif ou inductif afin de controcircler des paramegravetres speacutecifiques du reacuteseau
eacutelectrique typiquement la tension des nœuds Les sous-ensembles du SVC sont
Inductance Controleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Reactor-
TCR)
Une inductance placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele La valeur de
lrsquoinductance est continuellement changeacutee par lrsquoamorccedilage des thyristors
Condensateur Commuteacute par Thyristors (Thyristor-Switched
Capacitor- TSC)
Un condensateur placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele Les
thyristors fonctionnent en pleine conduction
Inductance Commuteacutee par Thyristors (Thyristor-Switched Reactor-
TSR)
Une inductance commuteacutee par thyristors dans le TSR les thyristors fonctionnent en
pleine conduction
Compensateur Statique Synchrone (Static Synchronous Compensator-
STATCOM)
Un geacuteneacuterateur synchrone fonctionnant comme un compensateur parallegravele de lrsquoeacutenergie
reacuteactive dont le courant capacitif ou inductif geacuteneacutereacute peut ecirctre controcircleacute seacutepareacutement de la
tension du systegraveme agrave courant alternatif
Geacuteneacuterateur Statique Synchrone (Static Synchronous Generator- SSG)
Un convertisseur de puissance statique agrave interrupteurs auto commuteacutes alimenteacute par une
source deacutenergie eacutelectrique approprieacutee et exploiteacute pour produire un ensemble ajustables de
tensions de sortie multi phases qui peut ecirctre coupleacute agrave un systegraveme de puissance alternatif dans
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
50
le but deacutechanger indeacutependamment la puissance controcirclable active et reacuteactive
Toutefois deux dispositifs particuliers peuvent ecirctre mis en eacutevidence
Systegraveme de Stockage par Batterie (Battery Energy Storage System-
BESS)
Un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie drsquoune source de nature chimique la conversion de la
tension de source est capable drsquoajuster rapidement lrsquoeacutenergie amont qui est fournit ou absorber
drsquoun systegraveme alternatif
Systegraveme de Stockage drsquoEacutenergie par Aimant Supraconducteur
(Superconducting Magnetic Energy Storage- SMES)
Un dispositif contenant des convertisseurs eacutelectroniques que rapidement injectent et ou
absorbent la puissance active et ou reacuteactive Le SMES sert principalement au controcircle
dynamique du flux de puissance dans les systegravemes eacutelectriques
Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var Generator
or Absorber- SVG)
Un dispositif eacutelectrique statique un eacutequipement ou un systegraveme qui est capable de tracer
un courant controcircleacute capacitif et ou inductif agrave partir dun systegraveme de puissance eacutelectrique et
ainsi geacuteneacuterer ou absorber la puissance reacuteactive Geacuteneacuteralement consideacutereacute pour consister en
connexion shunt Inductance controcircleacutee par thyristors etou condensateur commuteacute par
thyristors
Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var System- SVS)
Une combinaison de diffeacuterent compensateurs de puissance reacuteactive statiques et
meacutecaniquement commuteacutes dont les sorties sont coordonneacutes
Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Braking
Resistor- TCBR)
Une reacutesistance commuteacutee par thyristors et connecteacutee en parallegravele qui est controcircleacutee pour
aider le systegraveme de puissance agrave se stabiliser ou de minimiser lacceacuteleacuteration des puissances
drsquoune uniteacute geacuteneacuteratrice lors dune perturbation
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
51
b) Dispositifs FACTS seacuteries
La compensation seacuterie peut ecirctre utiliseacutee dans les systegravemes eacutenergeacutetiques pour la
commande du flux drsquoeacutenergie en reacutegime permanent En cas de lignes de transport avec une
capaciteacute thermique suffisante la compensation peut soulager des surcharges eacuteventuelles
sur drsquoautres lignes parallegraveles
Controcircleur de transit de puissance entre lignes (Interline Power Flow Controller-
IPFC)
Une combinaison de deux ou plusieurs compensateurs statiques seacuterie synchrone qui sont
relieacute entre eux via une liaison commune agrave courant continu pour faciliter lrsquoeacutecoulement
bidirectionnel de la puissance active entre les bornes alternatives des SSSC et sont controcircleacutes
pour fournir une compensation reacuteactive indeacutependante pour lrsquoeacutecoulement de puissance ajusteacute
dans chaque ligne et maintenir la distribution de lrsquoeacutecoulement de puissance reacuteactive deacutesireacute
entre les lignes
Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (Thyristor Controlled Series
Capacitor- TCSC)
Un compensateur agrave reacuteactance capacitif qui consiste en une seacuterie de condensateurs en
parallegravele avec des inductances commandeacutees par thyristor afin de pouvoir assurer une variation
homogegravene de la reacuteactance capacitive
Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (Thyristor Switched Series
Capacitor- TSSC)
Compensateur agrave reacuteactance capacitive qui est constitueacute drsquoun banc de capaciteacute seacuterie
shunteacute par une inductance commuteacutee par thyristor pour fournir un controcircle pas agrave pas de la
reacuteactance capacitive seacuterie
Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Series
Reactor- TCSR)
Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute de lrsquoinductance seacuterie shunteacute par
une inductance commandeacutee par thyristor afin de fournir une reacuteactance inductive seacuterie
leacutegegraverement variable
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
52
Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (Thyristor Switched Series Reactor-
TSSR)
Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute drsquoune inductance seacuterie shunteacutee par
une inductance commuteacutee par thyristor afin de fournir un controcircle pas agrave pas de la reacuteactance
inductive seacuterie
Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (Static Synchronous Series
Compensator- SSSC)
Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par
lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur Le SSSC agit sur le courant de ligne en inseacuterant une
tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou inductive Un
SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une ligne voire drsquoen
inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun condensateur ou
drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait que la tension
injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC preacutesente lrsquoavantage
de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante indeacutependamment du courant
c) Dispositifs FACTS hybrides (seacuterie ndashparallegravele)
Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (Unified Power Flow Controller- UPFC)
Une combinaison entre un STATCOM et un SSSC coupleacutes via une liaison agrave courant
continu pour permettre un eacutecoulement bidirectionnel de la puissance active entre la sortie du
SSSC et celle du STATCOM
Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Phase
Shifting Transformer- TCPST)
Transformateur deacutephaseur ajusteacute par un thyristor afin de fournir un angle de phase
rapidement variable Ce dispositif est eacutegalement appeleacute reacutegulateur drsquoangle de phase
commandeacute par thyristor (TCPAR -Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)
Reacutegulateur de puissance interphases (Interphase Power Controller- IPC)
Un controcircleur de la puissance active et reacuteactive connecteacute en seacuterie et comprenant dans
chaque phase des branches inductives et capacitives soumises agrave des tensions deacutephaseacutees
seacutepareacutement Les puissances active et reacuteactive peuvent ecirctre reacutegleacute indeacutependamment en ajustant
les deacutecalages de phase et ou les impeacutedances de branche agrave laide des commutateurs
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
53
meacutecaniques ou eacutelectroniques Dans le cas particulier ougrave lrsquoimpeacutedance inductive et capacitive
forment une paire conjugueacutee chaque terminal de lIPFC est une source passive de courant
deacutependant de la tension agrave lautre borne
d) Autres dispositifs FACTS
Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled voltage
Limiter- TCVL)
Une varistance agrave oxyde meacutetallique commuteacutee par thyristor utiliseacutee pour limiter la
tension agrave ses bornes durant les conditions transitoires
Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Voltage
Regulator- TCVR)
Un Transformateur commandeacute par thyristor qui peut fournir une tension variable dans
une phase avec un control continu
La figure (II5) preacutesente les diffeacuterents dispositifs qui peuvent controcircler certains variables
du systegraveme eacutelectrique
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
54
Dans la section qui suit nous allons deacutevelopper la preacutesentation du STATCOM et du
SSSC Il srsquoagit des dispositifs FACTS qui nous inteacuteresse particuliegraverement dans cette eacutetude et
que nous devons traiter pour une meilleure compreacutehension de la suite de ce meacutemoire
II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors
a) Dispositifs FACTS Shunt
Compensateur synchrone statique(STATCOM)
Un compensateur synchrone statique est constitueacute drsquoun convertisseur agrave source de
tension drsquoun transformateur de couplage et de la commande Dans cette application la source
drsquoeacutenergie agrave courant continue peut ecirctre remplaceacutee par un condensateur agrave courant
FACTS
Shunt
Thyristors GTO
Series
Thyristors GTO
Hybrides
Serie-Shunt
Autres FACTS
TCSC
TSSSC
GCSC
TCSR
IPFC
TSSR
SSSC
STATCOM
SSG
BESS
SMES SVC
TCR
TSC
TCBR
SVS
TSR
UPFC
TCPST
IPC
TCVR
TCPAR
TCPSR
TCVL
Figure II5 Classification des dispositifs FACTS
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
55
continue de sorte que lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie en reacutegime permanent entre le compensateur
statique et le systegraveme ca peut ecirctre uniquement reacuteactif comme illustreacute par la figure (II6)
119868119902 (est le courant de sortie du convertisseur) perpendiculaire agrave la tension du convertisseur
119881119894 (Lrsquoamplitude de la tension du convertisseur) et donc la sortie reacuteactive du convertisseur
sont reacuteglables [27]
Le convertisseur STATCOM
Produit les ondes rectangulaires de tension triphaseacutee eacutequilibreacutee Un compensateur
statique pouvant geacuteneacuterer ou absorber une puissance reacuteactive Il sagit du STATCOM
(Compensateur Statique) qui a connu jusqursquoagrave preacutesent sous diffeacuterents appellations
1 ASVC (Advanced Static Var Compensator)
2 STATCON (Static Condenser)
3 SVG (Static Var Generator)
4 SVC light (ABB)
5 SVC plus (SIEMENS)
Le principe de ce type de compensateur est connu depuis la fin des anneacutees 70 mais ce
nrsquoest que dans les anneacutees 90 que ce type de compensateur a connu un essor important gracircce
aux deacuteveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [27]
Le STATCOM possegravede plusieurs avantages par rapport aux compensateurs
conventionnels
La vitesse de reacuteaction la reacuteponse en moins drsquoun cycle agrave des variations de la
tension
Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
56
Lorsque la tension est basse il peut produire plus de puissance reacuteactive
notamment au moment ougrave lrsquoon a besoin drsquoune puissance reacuteactive consideacuterable
pour empecirccher la chute tension
Cependant le STATCOM de base engendre de nombreux harmoniques Il faut donc
utiliser pour reacutesoudre ce problegraveme des compensateurs multi-niveaux agrave commande MLI ou
encore installer des filtres
Le rocircle du STATCOM est drsquoeacutechanger de lrsquoeacutenergie reacuteactive avec le reacuteseau Pour ce
faire lrsquoonduleur est coupleacute au reacuteseau par lrsquointermeacutediaire drsquoune inductance qui est en geacuteneacuteral
lrsquoinductance de fuite du transformateur de couplage
Lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie reacuteactive se fait par le controcircle de la tension de sortie de
lrsquoonduleur 119881119904ℎ dont laquelle est en phase avec la tension du reacuteseau (Figure II7) Le
fonctionnement peut ecirctre deacutecrit de la faccedilon suivante
Si la tension 119881119904ℎ est infeacuterieure agrave la tension V le courant circulant dans lrsquoinductance est
deacutephaseacute de-π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant inductif (figure
II7a)
Si la tension119881119904ℎ est supeacuterieur agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est deacutephaseacute
de +π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant capacitif (figure II7b)
Si la tension 119881119904ℎ est eacutegale agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est nul et par
conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutechange drsquoeacutenergie
Lrsquoavantage de ce dispositif est de pouvoir eacutechanger de lrsquoeacutenergie de nature inductive ou
capacitive uniquement agrave lrsquoaide drsquoune inductance Contrairement au SVC il nrsquoy a pas
drsquoeacuteleacutement capacitif qui puisse provoquer des reacutesonances avec des eacuteleacutements inductifs du
119881119904ℎ
119881119904ℎ
119868119904ℎ V
V
a) Courant inductif b) Courant capacitif
Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM
119868119904ℎ
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
57
reacuteseau La caracteacuteristique statique de ce convertisseur est donneacutee par la figure (II8) Ce
dispositif a lrsquoavantage contrairement au SVC de pouvoir fournir un courant constant
important mecircme lorsque la tension V diminue
Le STATCOM permet le mecircme controcircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce
dispositif est capable de deacutelivrer la puissance reacuteactive mecircme si la tension au jeu de barres
(nœud de connexion) est tregraves faible dapregraves sa caracteacuteristique on constate que le courant
maximal du STATCOM est indeacutependant de la tension du nœud
Pour un STATCOM ideacuteal nayant pas des pertes actives leacutequation (II2) deacutecrit le
transfert de puissance reacuteactive dans le reacuteseau eacutelectrique [5]
119876119904ℎ =|⋁ 2
119896 |
Xshminus
|Vk||Vsh|
Xshcos( 120579119896 minus 120579119904ℎ) =
|⋁ 2119896 |minus
Xsh
|Vk||Vsh|
Xsh
Si |119881119896| gt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne positive et le STATCOM absorbe la puissance reacuteactive
Si |119881119896| lt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne neacutegative et le STATCOM fournie la puissance reacuteactive
Deacutepassement
transitoire en
fonctionnement
Deacutepassement
transitoire en
fonctionnement
Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM
119868119904ℎ
119868119898119886119909 119868119898119894119899
Capacitif Inductif
V
(II2)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
58
b) Dispositifs FACTS Seacuteries
Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC)
Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par
lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur (figure II9) Le SSSC agit sur le courant de ligne en
inseacuterant une tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou
inductive Un SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une
ligne voire drsquoen inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun
condensateur ou drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait
que la tension injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC
preacutesente lrsquoavantage de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante
indeacutependamment du courant [26]
Ce type de compensateur seacuterie (Compensateur Synchrone Statique Seacuterie) est le plus
important dispositif de cette famille Il est constitueacute drsquoun onduleur triphaseacute coupleacute en seacuterie
avec la ligne eacutelectrique agrave laide dun transformateur Ce dispositif possegravede des avantages si
lrsquoon compare avec le TCSC
Elimination des composants passifs (inductance et capaciteacutes)
Une aptitude symeacutetrique dans les deux modes (inductif et capacitif)
Son rocircle est drsquointroduire une tension triphaseacutee agrave la freacutequence du reacuteseau en seacuterie avec la
ligne de transport
Figure II9 Scheacutema de base du SSSC
Transformateur
seacuterie
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
59
Nous pouvons dans ce cas reacutegler continuellement la valeur apparente de la capaciteacute ou
de lrsquoinductance ainsi introduite dans la ligne Lrsquoavantage de ce dispositif est de ne pas
introduire physiquement un condensateur ou une inductance mais de simuler leurs fonctions
Cela eacutevite lapparition des oscillations dues agrave la reacutesonance avec les eacuteleacutements inductifs du
reacuteseau La caracteacuteristique statique drsquoun Compensateur Synchrone Statique Seacuterie est preacutesenteacutee
par la figure (II10)
Si lon utilise un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie le SSSC peut agrave ce moment lagrave eacutechanger
de la puissance active avec la ligne eacutelectrique Ceci peut contribuer agrave ameacuteliorer la stabiliteacute du
reacuteseau Dans ce cas la tension 119881119887 nrsquoest pas obligatoirement en quadrature avec le courant de
ligne
Principe de fonctionnement de SSSC
Le SSSC injecte en seacuterie une tension alternative avec une amplitude et un angle de
phase reacuteglable dans la ligne de transport agrave lrsquoaide drsquoun transformateur seacuterie Le SSSC peut
produire ougrave absorber de la puissance reacuteactive suivant la commande de convertisseur statique
il permet drsquoassurer une compensation shunt indeacutependante agrave la ligne de transport Il fourni ou
absorbe la puissance reacuteactive neacutecessaire localement et produit de la puissance active comme
reacutesultat de lrsquoinjection en seacuterie drsquoune tension [21]
Le principe de fonctionnement peut ecirctre expliqueacute par la figure (II11)
Figure II10 Caracteacuteristique statiques du SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
60
Le SSSC deacutelivre une tension triphaseacutee 119881119904119890 agrave la freacutequence du reacuteseau en quadrature (
90 ) avec le courant de la ligne et controcirclable afin daugmenter ou diminuer la tension agrave
travers la ligne repreacutesenteacutee par sa reacuteactance 119883119897 selon le mode de compensation capacitif ou
inductif respectivement (figure II12) mais comme la reacuteactance de la ligne ne varie pas
reacuteellement cest le courant dans la ligne qui sera affecter par cette variation et par
conseacutequence les puissances correspondante
Ideacutealement la tension 119881119904119890 est agrave 90 du courant de la ligne ce qui fait quaucun eacutechange
de la puissance active nrsquoest entre le reacuteseau et le SSSC Pratiquement il y a toujours une petite
composante de cette tension 119881119904119890 en phase avec le courant 119868119897 qui geacutenegravere une petite quantiteacute de
la puissance active pour couvrir les pertes dans le convertisseur
On peut expliquer les diffeacuterents modes de compensation capacitive et inductive en ce
reacutefeacuterant aux diagrammes vectoriels de la figure (II13) qui suit en admettant le scheacutema
eacutequivalent dun SSSC installeacute dans un reacuteseau eacutelectrique simple repreacutesenteacute sur la figure (II12)
Figure II11 Principe de fonctionnement de SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
61
bull
Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du
reacuteseau
Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du
reacuteseau (eacutetat deacutequilibre) la tension au borne de la reacuteactance effective 119881119909119890119891119891
est eacutegale agrave la tension aux bornes de la ligne de transport sans compensation
la ougrave le degreacute de compensation K est nul K = 119881119902
119881119894 x 100 avec 119883119902 =
119881119902
119868119894
Dans le mode de compensation inductif le courant de la ligne 119868119897 diminue en
augmentant le degreacute de compensation K de 0 agrave 100 Du diagramme (b)
on voit que pour maintenir 119881119904 119881119903 et constants la variation dans
lamplitude de 119881119904119890 se reacutepercute directement sur la tension 119881119897 et chaque
Figure II12 Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple
Figure II13 Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
62
augmentation dans 119881119904119890 entraicircne une diminution dans 119881119897 et par conseacutequence
dans le courant 119868119897
En mode capacitif le courant dans la ligne augmente avec laugmentation du
niveau de compensation la tension 119881119904119890 injecteacutee en anti-phase avec la tension
119881119897 (- 90deg en arriegravere du courant 119868119897 ) force la tension 119881119897 agrave augmenter pour
garder langle de charge constant ainsi que les tensions aux extreacutemiteacutes de la
ligne (figure II12c) [37]
II6) Coucirct des dispositifs FACTS [29]
Mis agrave part les avantages techniques apporteacutes par les FACTS drsquoautres critegraveres lieacutes au
coucirct doivent ecirctres pris en consideacuteration dans la deacutecision drsquoinstaller un dispositif Sur le plan
eacuteconomique le critegravere geacuteneacuteralement adopteacute dans lrsquoeacutevaluation des beacuteneacutefices obtenus par un
FACTS est que lrsquoaccroissement des revenues doit exceacuteder les coucircts drsquoexploitations de
maintenance et drsquoamortissement de lrsquoinstallation
Le coucirct drsquoune installation FACTS deacutepend principalement des facteurs tels que
Les performances requises
La puissance de lrsquoinstallation
Le niveau de tension du systegraveme
La technologie du semi-conducteur utiliseacute
Controcircleurs FACTS Coucirct (US$)
Condensateur Shunt 8$Kvar
Condensateur Seacuterie 20$ Kvar
SVC 40$Kvar
TCSC 40$Kvar
STATCOM 50$Kvar
UPFC Partie Seacuterie 50$Kvar
UPFC Partie Shunt 50$Kvar
Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
63
II7) Synthegravese des dispositifs FACTS
Les diffeacuterents dispositifs FACTS preacutesenteacutes dans ce chapitre possegravedent tous leurs propres
caracteacuteristiques tant en reacutegime permanent quen reacutegime transitoire Chaque type de dispositif
sera donc utiliseacute pour reacutepondre agrave des objectifs bien deacutefinis Des consideacuterations eacuteconomiques
entreront eacutegalement dans le choix du type dinstallation agrave utiliser Le tableau (II2) syntheacutetise
les principaux beacuteneacutefices techniques des nouvelles technologies de FACTS Le nombre +
est proportionnel agrave lefficaciteacute du dispositif
II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie
des dispositifs FACTS [29]
A Les avantages des dispositifs FACTS
Controcircle le transit de la puissance active
Augmente la seacutecuriteacute des systegravemes eacutenergeacutetiques (augmentation de la limite de la
stabiliteacute transitoire amortissement des oscillations hellip)
Reacuteduit le transit de lrsquoeacutenergie reacuteactive
Optimise les puissances geacuteneacutereacutees donc reacuteduit le coucirct de production de lrsquoeacutenergie
Agir comme filtre actif
Ameacutelioreacutee lrsquointerconnexion et lrsquoeacutechange eacutenergeacutetique
Dispositif
Controcircle du
transit de
puissance
Controcircle
de la
tension
Stabiliteacute
transitoire
Stabiliteacute
statique
STATCOM + +++ ++ ++
SSSC ++ + +++ ++
IPFC +++ ++ +++ ++
Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS [14]
+ Petite ++ Moyenne +++Forte
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
64
B Les inconveacutenients
Lrsquointroduction des harmoniques du reacuteseau eacutelectrique ce qui le rend pollueacute cest-agrave- dire le
signal sera tendu et non sinusoiumldale Il rend le reacuteseau vulneacuterable agrave la surtension ducirce aux
commutations reacutepeacutetitives
C Les contraintes des dispositifs FACTS
Les dispositifs FACTS sont consideacutereacutes comme des solutions pour aider les systegravemes
eacutelectriques mais ils preacutesentent des inconveacutenients en plus qursquoils ne sont pas une solution
universelle ils existent plusieurs contraintes pour que ces dispositifs soient efficaces et
rentables [30]
o Le choix du FACTS
o Le choix du modegravele du FACTS
o Choix de la localisation des FACTS
o Protection pour les FACTS et pour le reacuteseau
o Interactions entre les dispositifs FACTS et les autres eacuteleacutements
Nous avons deacutecideacute pour la suite de notre travail de ne pas eacutetudier lrsquoimpact de chaque
cateacutegorie des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique Notre choix srsquoest porteacute sur lrsquoeacutetude du
Compensateur Statique Synchrone (STATCOM) et du Conpensateur statique seacuterie
synchrone (SSSC)Il nous a sembleacute raisonnable drsquoessayer drsquoanalyser lrsquoimpact de la
compensation shunt et de la compensation seacuterie de faccedilon seacutepareacutee avant de regrouper lrsquoeacutetude
de ces concepts FACTS agrave lrsquoaide de la compensation hybride
II9) Conclusion
Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre en premier lieu le concept FACTS ainsi nous
avons donneacute une bregraveve description et des deacutefinitions des divers types de dispositifs FACTS
Cette description est adopteacutee comme classification universelle des systegravemes FACTS La
plupart dentre eux sont deacutejagrave en service dans la pratique Si aujourdhui les FACTS sont encore
peu utiliseacutes par rapport agrave leur potentiel les eacutevolutions techniques de leacutelectronique de
puissance vont rendre les solutions FACTS de plus en plus compeacutetitives face aux
renforcements des reacuteseaux le contexte algeacuterien a eacuteteacute abordeacute ainsi que la conception et le
fonctionnement des 2 dispositifs retenus pour cette eacutetude
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
65
Nous avons choisi deacutetudier le STATCOM et le SSSC comme dispositifs FACTS pour
controcircler et ameacuteliorer la tension et la puissance reacuteactive Le chapitre suivant (chapitre III) sera
deacutedieacute agrave la modeacutelisation des systegravemes FACTS
66
Chapitre 3
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
67
Dans le but drsquoeacutetudier lrsquoimpact des FACTS sur lrsquoameacutelioration de tension des reacuteseaux
eacutelectriques des modegraveles approprieacutes sont neacutecessaires agrave deacutevelopper Nous tenons agrave mentionner
que plusieurs logiciels incorporent ces modegraveles Dans ce chapitre nous allons preacutesenter les
modegraveles matheacutematiques du STATCOM et du SSSC retenus au chapitre II
III1) Introduction
Pour pouvoir observer limpact des dispositifs FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique il est
neacutecessaire de les repreacutesenter par des modegraveles Ceux-ci sont ensuite inteacutegreacutes dans des
programmes de calcul permettant de simuler leurs effets sur lensemble du systegraveme
Plusieurs modegraveles de FACTS ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes tant pour des reacutegimes de
fonctionnement stationnaire que dynamique Certains modegraveles sont speacutecifiques agrave un type de
dispositif alors que dautres plus geacuteneacuteraux sont utiliseacutes pour repreacutesenter plusieurs FACTS
Dans le cadre de ce meacutemoire et plus preacuteciseacutement le chapitre quatre cest lrsquoimpact des
dispositifs FACTS sur le reacuteseau de transport qui est eacutetudieacute Dans ce contexte nous nous
restreignons agrave leacutetude de lrsquoeffondrement de tension et plus particuliegraverement aux effets des
FACTS sur la stabiliteacute des tensions
La modeacutelisation des FACTS est effectueacutee sur la base des eacuteleacutements utiliseacutes dans les
calculs de lrsquoeacutecoulement de puissance Ce sont plus particuliegraverement les geacuteneacuterateurs les
charges les eacuteleacutements shunt ainsi que les lignes et les transformateurs
III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS [26]
III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs
Les geacuteneacuterateurs sont des eacuteleacutements qui permettent la conversion de leacutenergie (meacutecanique
photonique chimique) vers une forme eacutelectrique Ils peuvent fournir ou consommer de
leacutenergie active ou reacuteactive et ils peuvent maintenir un niveau de tension deacutesireacutee
Un geacuteneacuterateur peut ecirctre consideacutereacute comme une source de puissance active et reacuteactive qui
peut maintenir une tension de consigne Agrave cause de facteurs comme la limite thermique du
rotor celle du stator et la limite de stabiliteacute au reacutegime permanent le fonctionnement dun
geacuteneacuterateur est limiteacute en puissance active ainsi quen puissance reacuteactive Ainsi un geacuteneacuterateur
peut ecirctre modeacuteliseacute dans le calcul drsquoeacutecoulement de puissance par le scheacutema de la figure (III1)
Dans lrsquoanalyse de lrsquoeacutecoulement de puissance les geacuteneacuterateurs sont modeacuteliseacutes comme des
injecteurs de courants La puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur est reacutegleacutee agrave travers le
controcircle de la turbine qui doit ecirctre dans les limites de la capaciteacute du systegraveme turbine
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
68
geacuteneacuterateur La tension est lieacutee principalement agrave lrsquoinjection de la puissance reacuteactive au jeu de
barres de production et comme le geacuteneacuterateur doit fonctionner dans les limites de sa courbe de
capaciteacute reacuteactive il nrsquoest pas possible de reacutegler la tension en dehors de certaines limites
admissibles
Avec
Si Puissance apparente complexe
PGi Puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i
QGi Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i
V i Tension complexe au nœud i
δi Deacutephasage de la tension au nœud i
Les limites de production des geacuteneacuterateurs sont deacutefinies par
PGimin le PGi le PGimax
QGimin le QGi le QGimax
Dans les calculs de transit de puissance la puissance PGi est prise constante et la
tension V i peut ecirctre maintenue en module agrave une valeur consigne constante La phase δi et la
puissance reacuteactive quand agrave elles deacutependent de leacutetat du reacuteseau Lorsque QGi deacutepasse une de ces
limites sa valeur est fixeacutee agrave cette valeur limite et la tension ne peut plus ecirctre controcircleacutee Le
nœud nest plus consideacutereacute comme geacuteneacuterateur mais comme une charge
120575119894
119878119894 i 119881 119894
119875119866119894 119876119866119894
119876119866119894
Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur
(III1)
(III2)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
69
III22) Modegraveles des charges [26]
Les charges repreacutesentent les consommateurs connecteacutes au reacuteseau (figure III2) Elles
correspondent agrave des injections neacutegatives aux nœuds Les charges sont modeacuteliseacutees par des
puissances constantes indeacutependantes de la tension nodale
SLi = PLi + j QLi
Ougrave
SLi La puissance complexe de la charge
PLi La puissance active
QLi La puissance reacuteactive
La puissance reacuteactive QLi peut ecirctre positive ou neacutegative selon que la charge est de nature
inductive ou capacitive respectivement
III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt [26]
Dans la plupart des cas les eacuteleacutements shunt sont des dispositifs destineacutes agrave la
compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive et la tenue de la tension chaque eacuteleacutement connecteacute au
reacuteseau sera modeacuteliseacute par des admittances 1199101198940 de la forme
1199101198940 = 1198921198940 + 1198951198871198940
Le symbole geacuteneacuteral repreacutesentant un eacuteleacutement shunt est donneacute agrave la figure III3a La
susceptance 1198871198940 peut ecirctre inductive ou capacitive Dans le premier cas leacuteleacutement consomme de
la puissance reacuteactive (fig III3b) alors quil en fournit au systegraveme dans le second (fig III3c)
Les modegraveles des dispositifs FACTS preacutesenteacute dans la section suivante sont baseacutes sur une
(III3)
Figure III2 Modegravele des charges
PLi QLi
i
(III4)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
70
simple modification des eacuteleacutements approprieacutes de 119884
III24) Modegraveles de la ligne [26]
Les lignes sont deacutefinies par leur scheacutema en 120587 (figure III4) qui caracteacuterise en geacuteneacuteral les
lignes moyennes dont les paramegravetres sont la reacutesistance r la reacuteactance 119909 = 119871 ω et la
susceptance b =119862120596 Dans le cas des lignes longues on peut toujours se ramener agrave un scheacutema
eacutequivalent en 120587 Les lignes de transport sont modeacuteliseacutees par leur scheacutema en 120587 classique dans
lequel la conductance transversale est neacutegligeacutee
La matrice dadmittance nodale dune ligne reliant un nœud i agrave un nœud k est donneacute par
lrsquoeacutequation (III5)
Y = (
yik+
yik0
2
minusyik
minusyik yik + yik0
2
)
Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt a) symbole b) eacuteleacutement
inductif c) eacuteleacutement capacitif
c) eacuteleacutement capacitif
(III5)
i 119909119894119896 119903119894119896 k
119887119894119896119900
2
119887119894119896119900
2
Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
71
Ougrave ladmittance longitudinale yik vaut
yik = 1
rik + j 120013ik
Avec
rik Reacutesistance longitudinale de la ligne
120013ik Reacuteactance longitudinale de la ligne
Ladmittance transversale correspondant aux effets capacitifs seacutecrit
yik0 = j119887ik0
Avec
119887ik0 Sousceptance transversale de la ligne
III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques [32]
Chaque nœud est caracteacuteriseacute par quatre variables Pi Qi Vi θi Si on connaicirct deux des
quatre variables nous permettent de deacuteterminer les deux autres agrave partir des eacutequations
principales de leacutecoulement de puissance En pratique le problegraveme se pose autrement Pour
cela il faut classifier les nœuds du systegraveme comme suit (Tableau III1)
Nœud de charge (P-Q) Pour ce type de nœuds on associe geacuteneacuteralement les charges
Ces derniegraveres sont caracteacuteriseacutees par la consommation des puissances active et reacuteactive
On peut aussi associer des geacuteneacuterateurs avec des puissances active et reacuteactive fixeacutees
Les variables agrave deacuteterminer sont le module et la phase de la tension
Nœud geacuteneacuterateur (P-V) Pour ce type de nœuds on associe les centrales de
production On speacutecifie la puissance active et le module de la tension Les variables agrave
deacuteterminer sont la phase de la tension et la puissance reacuteactive
Nœud bilan (slack bus) Pour ce type de nœud on associe la centrale de production la
plus puissante Dans un nœud k (nœud de reacutefeacuterence ou slack bus) on speacutecifie la phase
et le module de la tension Les valeurs agrave deacuteterminer sont les puissances actives et
reacuteactives
(III6)
(III7)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
72
III26) Modegraveles du transformateur
Les transformateurs sont repreacutesenteacutes par leur impeacutedance connecteacutee en seacuterie avec un
transformateur ideacuteal (figure III5) Le rapport de transformation est reacuteel pour un
transformateur classique alors quil est complexe dans le cas dun transformateur deacutephaseur
De maniegravere geacuteneacuterale le rapport de transformation complexe μik
est deacutefini par
μik
=Ui
Um
avec
Ui Tension complexe au nœud i
Um Tension complexe au nœud m
III27) Modegraveles de la machine synchrone
Nœuds Puissances actives Puissances reacuteactives Module de Tension Lrsquoangle de phase
Nœud (PQ) Connue Connue Inconnue Inconnue
Nœud (PV) Connue Inconnue Connue Inconnue
Nœud (slack
bus)
Inconnue Inconnue Connue Connue
Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme
(III8)
Si i
Ii Im
Um
119898
119903119894119896 Ik
Uk
119909119894119896
Ui μik 1
119896
Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
73
(III10)
La fem de la machine synchrone est donneacutee par la relation suivante
Ersquo = 119881119904+119903119886119868119904+j119883119889119868119904
Ersquo fem transitoire de la machine synchrone
119881119904 Tension aux bornes de la machine
119868119904 courant de la machine
119903119886 Reacutesistance statorique de la machine
119883119889 Reacuteactance transitoire de la machine
La repreacutesentation de la machine synchrone utiliseacutee pour la solution du reacuteseau et le diagramme
de phase sont scheacutematiseacutes dans la figure suivante
Les composantes de la tension 119881119904 aux bornes de la machine suivant les axes d-q sont
119881119889 = 119864prime119889 minus 119903119868119889 minus 119883prime
119902 119868prime119902
119881119902 = 119864prime119902 minus 119903119868119902 + 119883prime119889 119868prime119889
III28) Modeacutelisation du STATCOM
(III9)
Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone
(III11)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
74
(III12)
(III13)
Le STATCOM appartient agrave la deuxiegraveme geacuteneacuteration des dispositifs FACTS Selon
lIEEE Le STATCOM est un moyen de compensation dynamique connecteacute en parallegravele au
systegraveme eacutelectrique il est baseacute sur lrsquoinjection drsquoun courant AC controcircleacute agrave travers un
transformateur de couplage La structure de base drsquoun STATCOM ayant le scheacutema qui est
montreacute par la figure (III7) [33]
En geacuteneacuteral la tension du STATCOM 119881119904ℎest injecteacutee en phase avec la tension 119881119903 de la
ligne et dans ce cas il n y a pas deacutechange de leacutenergie active avec le reacuteseau mais seulement la
puissance reacuteactive qui sera injecteacutee (ou absorbeacutee) par le STATCOM Le STATCOM a le
mecircme rocircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce dispositif capable de deacutelivrer la
puissance reacuteactive mecircme si la tension de jeu de barre de connexion est faible Avec
lhypothegravese dun STATCOM ideacuteal (convertisseur sans pertes) la contrainte de fonctionnement
que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas eacutechanger la puissance active avec le reacuteseau
La tension du STATCOM est donneacute par
119864119904ℎ = 119881119904ℎ(119888119900119904120575119904ℎ + 119895119904119894119899120575119904ℎ)
Le courant injecteacutee par le STATCOM est donneacute par
119868119904ℎ =119881119904ℎ minus 119881119894
119895119883119894
Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
75
(III14)
(III15)
(III16)
(III17)
La puissance de transmission entre les deux systegravemes peut ecirctre repreacutesenteacutee par
La puissance active transmis
119875 = 119881119894119881119904ℎ
119883 119904119894119899(120575119894minus120575119904ℎ)
La puissance reacuteactive transmis
119876 =119881119894
2
119883minus
119881119894119881119904ℎ
119883 cos (120575119894120575119904ℎ)
Ougrave 119881119894119881119904ℎ est la tension aux nœuds (120575119894120575119904ℎ) lrsquoangle entre la tension et X impeacutedance de la
ligne Apregraves lrsquoexeacutecution de quelques opeacuterations complexes les eacutequations de puissance active
et reacuteactive sont obtenues comme suit
119875119904ℎ = 1198811198942119892119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ) + 119887119904ℎ119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ))
119876119904ℎ = minus1198811198942119887119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ) minus 119887119904ℎ119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ))
Avec 119892119904ℎ + 119895119887119904ℎ = 1119885119904ℎ
frasl
119892119904ℎ Conductance eacutequivalente du STATCOM
119887119904ℎ Susceptance eacutequivalente du STATCOM
119885119904ℎ Impedance eacutequivalente du STATCOM
III29) Modeacutelisation du SSSC
Le SSSC peut acqueacuterir un eacuteleacutement de stockage drsquoeacutenergie pour une compensation de la
puissance active momentaneacutement qui reacutesulte dans un maintien efficace de la stabiliteacute du
reacuteseau eacutelectrique Un SSSC est donc modeacuteliseacute comme une source de tension en seacuterie la figure
(III8) montre un SSSC inseacutereacute dans un reacuteseau agrave deux machines et son diagramme vectoriel des
tensions [33]
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
76
(III18)
(III19)
(III20)
(III21)
(III22)
(III23)
A partir du diagramme vectoriel on peut voir que la tension injecteacutee en seacuterie controcircle
directement la tension agrave travers lrsquoinductance X de la ligne qui en la augmentant reacutesulte en
une augmentation dans la valeur du courant et par conseacutequence une augmentation dans la
puissance transmissible agrave travers la ligne Ce fonctionnement est similaire agrave une compensation
seacuterie par un condensateur Si on eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant
de la ligne on obtient le mecircme reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un
condensateur
119880= -j119883119862 119868
Avec 119883119862 qui repreacutesente la reacuteactance capacitive du condensateur Mais comme le SSSC
est une source de tension il peut alors maintenir une tension constante puisque il controcircle
indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC peut augmenter ou diminuer le
flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant la tension injecteacutee en seacuterie agrave la
ligne Comme le SSSC est une source reacuteactive la tension geacuteneacutereacutee est perpendiculaire au
courant de la ligne ce courant est
119868 =1198801minus119880119902minus1198802
119895119883
119920 =120783
119947119935(( 119880120783 minus 119880120784) minus 119880119954
(119880120783minus119880120784)
|119880120783minus119880120784|)
119920 =119947(119880120783minus119880120784)
119935(120783 minus
119880119954
|119880120783minus119880120784|)
Cette eacutequation montre qursquoagrave lrsquoabsence du SSSC la chute de tension agrave travers X
est ( 1198801
minus 1198802
) Si on prend 1198802 Comme reacutefeacuterence du SSSC
1198802
= U2
et
Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
77
(III24)
(III25)
1198801=1198801(119888119900119904120575 + 119895119904119894119899120575)
Si on prend par consideacuteration que
|119880120783
minus 119880120784
| = radic119880120783120784 + 119932120784
120784 minus 120784119932120783119932120784119940119952119956120633
Ce qui nous donne la puissance agrave travers la ligne
P = 11988011198802119904119894119899120575
119883(1 minus
119880119902
radic11988012+1198802
2minus211988011198802119888119900119904120575
)
Par conseacutequent la puissance transmise P est une fonction de la tension injecteacutee La
puissance transmise en fonction de lrsquoangle δ
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
78
III3) Conclusion
Dans ce chapitre nous avons modeacuteliseacute les diffeacuterents composants du reacuteseau eacutelectrique agrave
savoir les lignes de transport les transformateurs et les charge les machines
synchroneshellipetc
Des modegraveles simplifieacutes de deux diffeacuterents types de FACTS agrave savoir le STATCOM et le
SSSC baseacute sur la modification de la matrice admittance 119884 et suitable pour lrsquoeacutetude du controcircle
du power flow et la reacutegulation de la tension ont eacuteteacute deacutemontreacutees dans ce chapitre Les deux
modegraveles ont eacuteteacute observeacutes dans la litteacuterature Agrave cet effet une bregraveve preacutesentation des approches
existantes agrave des modegraveles de ces deux dispositifs FACTS ont eacuteteacute fournis Les modegraveles
seacutelectionneacutes sont faciles agrave impleacutementer dans les logiciels du power flow comme le PSAT Au
chapitre suivant crsquoest lrsquoimpact du STATCOM et du SSSC sur lrsquoeffondrement de tension qui
sera analyseacute
79
Chapitre 4
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
80
IV1) Introduction
Le transfert de puissance au travers drsquoun reacuteseau eacutelectrique srsquoaccompagne de chutes de
tension entre les points de production et ceux de consommation Dans des conditions
normales de fonctionnement ces chutes de tension sont de lrsquoordre de quelque pour cents de la
tension nominale Une des preacuteoccupations des planificateurs et des exploitants est de srsquoassurer
que les tensions aux diffeacuterents jeux de barres du reacuteseau demeurent malgreacute tout dans des
limites prescrites speacutecialement dans des conditions de forte charge etou suite agrave des incidents
plausibles Dans certaines circonstances cependant dans les secondes ou dans les minutes qui
suivent lrsquoapparition drsquoune perturbation les tensions peuvent deacutecroitre de maniegravere
catastrophique agrave tel point que la puissance ne peut plus ecirctre achemineacutee correctement aux
consommateurs et que lrsquointeacutegriteacute du systegraveme peut ecirctre mise en danger
Le meacutecanisme qui sous-tend cet affaissement des tensions est lrsquoinstabiliteacute de tension et
la catastrophe qui en reacutesulte est lrsquoeffondrement de tension [34]
En termes simples lrsquoinstabiliteacute de la tension provient drsquoun comportement des charges
qui tend agrave ramener la consommation de puissance de celles-ci au-delagrave de ce que peuvent
fournir ensemble le reacuteseau de transport et les geacuteneacuterateurs
Dans de nombreux reacuteseaux agrave travers le monde lrsquoinstabiliteacute de tension est consideacutereacutee
comme une source majeure de deacutefaillance au moins aussi importante que les surcharges
thermiques drsquoeacutequipements (et le risque associeacute de deacuteclenchements en cascade) ou lrsquoinstabiliteacute
angulaire (perte de synchronisme entre geacuteneacuterateurs) connues depuis plus longtemps
Plusieurs facteurs contribuent agrave cet eacutetat de fait
- comme on le sait la construction de nouvelles lignes eacutelectriques est de
plus en plus difficile souvent retardeacutee et parfois impossible
- la concentration de la production dans ces centrales de plus en plus
puissantes a diminueacute le nombre de points tenus en tension dans le reacuteseau et
augmenteacute les distances eacutelectriques entre centres de production et de consommation
Certes lrsquoeacutemergence de la production deacutecentraliseacutee va quelque peu inverser cette
tendance en rapprochant producteurs et consommateurs Encore faut ndashil que ces
sources drsquoeacutenergie fournissent les services auxiliaires que sont la reacutegulation de
tension et la mise agrave disposition drsquoune reacuteserve de puissance reacuteactive
- lrsquousage massif de condensateurs shunt pour soutenir le profil de tension
permet de transporter de plus grandes quantiteacutes de puissance mais rapproche le point
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
81
drsquoinstabiliteacute des plages de fonctionnement normal
- lrsquoinstabiliteacute de tension est souvent deacuteclencheacutee par la perte
drsquoeacutequipements de transport et ou de production incidents dont la probabiliteacute
drsquoapparition est relativement eacuteleveacutee (compareacutee par exemple agrave celle du court-circuit
triphaseacute consideacutereacute en stabiliteacute transitoire angulaire)
- lrsquoouverture du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute incite agrave faire fonctionner les
reacuteseaux plus pregraves de leurs limites physiques pour des raisons de rentabiliteacute
eacuteconomique Plus encore que par le passeacute il est donc neacutecessaire drsquoeacutevaluer ces
limites en particulier vis ndashagrave vis du risque drsquoinstabiliteacute de tension
IV2) Outils de simulation
Plusieurs outils de simulation ont eacuteteacute utiliseacutes dans lrsquoanalyse et lrsquoeacutetude des reacuteseaux
eacutelectriques tels que (Matlab EMTP Etap PowerWorld PSAThellip etc) Ces logiciels
permettent de nous renseigner sur les diffeacuterents facteurs drsquoun reacuteseau eacutelectrique et agrave simuler les
diffeacuterents cas pour avoir les paramegravetres du reacuteseau Ces derniers utilisent les mecircmes
concepts Dans ce meacutemoire le logiciel PSAT est utiliseacute pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de
tension drsquoun reacuteseau de transport
PSAT est un logiciel librement distribueacutes conccedilu par Federico Milano baseacute sur
MATLAB pour lanalyse et lrsquooptimisation des reacuteseaux eacutelectriques Lrsquointerface graphique
interactive du PSAT permet agrave lrsquoutilisateur drsquoeffectuer les fonctions statiques et dynamiques
suivantes [35]
Calcul drsquoeacutecoulement de puissance (Power Flow- PF)
Calcul drsquoeacutecoulement de puissance Optimal (Optimal Power Flow- OPF)
Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation Power Flow- CPF)
Analyse de la stabiliteacute de petites perturbations (Small Signal Stability Analysis-
SSSA)
Simulation temporelle (Time Domaine Simulation- TDS)
Analyse transitoire drsquoeacutelectromagneacutetique (Electro Magnetic Transient Analysis-
EMT)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
82
Interface graphique (Graphical User Interface- GUI)
Eacutediteur de reacuteseau graphique (Graphical Network Editor- GNE)
Toutes les opeacuterations de PSAT peuvent ecirctre reacuteparties en deux genres drsquoanalyse
- La premiegravere analyse est de reacutesoudre les problegravemes de lrsquoeacutecoulement de puissance
Cette application srsquoeffectue dans une page de commande ou un eacutediteur comme
montre la figure (IV1)
- La seconde analyse est drsquoimplanter le reacuteseau agrave eacutetudier en utilisant une bibliothegraveque
de Simulink qui contient de nombreux modegraveles pour lrsquoimplantation des systegravemes
eacutelectriques comme montreacute dans la figure (IV2)
IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques
La deacutefinition et les types de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques sont repreacutesenteacutes dans le
chapitre I
Durant les derniegraveres deacutecennies la stabiliteacute de tension dans les systegravemes dalimentation
est devenue un vaste champ de recherches Les pheacutenomegravenes dinstabiliteacute en tension peuvent
srsquoeacutetendre dans une plage de temps allant de quelques secondes agrave quelques heures et ont eacuteteacute
eacutetudieacutes en utilisant une varieacuteteacute de modegraveles statiques et dynamiques y compris les reacutegulateurs
et les dispositifs eacutelectroniques de puissance
Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
83
Les sujets pertinents pour le marcheacute de leacutelectriciteacute et pour les techniques optimales
deacutecoulement de puissance sont geacuteneacuteralement les pheacutenomegravenes drsquoeffondrement de tension
reacutesultant des variations de charge et des opeacuterations de commutation Lrsquoeffondrement de
tension est geacuteneacuteralement la conseacutequence de laugmentation de la charge dans les systegravemes
caracteacuteriseacutes par des conditions de chargement lourd et ou lorsque survient une modification
dans le systegraveme comme une ligne hors service Le reacutesultat est geacuteneacuteralement que le point de
fonctionnement actuel qui est stable laquodisparaicirctraquo et le systegraveme transitoire suivant conduit agrave
une rapide irreacutecupeacuterable baisse de tension
IV31) Facteur de charge et les directions de puissance [34]
Loutil analytique le plus accepteacute pour lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes de lrsquoeffondrement de
tension est la theacuteorie de la bifurcation qui est une theacuteorie matheacutematique geacuteneacuterale capable de
classer les instabiliteacutes drsquoeacutetudier le comportement du systegraveme dans le voisinage
drsquoeffondrement ou des points instables et de donner une information quantitative sur les
actions correctives pour eacuteviter les conditions critiques
Dans la theacuteorie de la bifurcation il est supposeacute que les eacutequations du systegraveme deacutependent
dun ensemble de paramegravetres avec des variables deacutetat comme suit
0 = 119891 (120013 λ)
avec
119891 Eacutequation de lrsquoeacutecoulement de puissance
120013 Variables deacutependantes
120582 Facteur de charge
Alors les proprieacuteteacutes de la stabiliteacute instabiliteacute sont eacutevalueacutees en variant lsquolsquolentementrsquorsquo les
paramegravetres Dans ce meacutemoire le paramegravetre utiliseacute pour eacutetudier la proximiteacute du systegraveme de
lrsquoeffondrement de tension est le soi-disant facteur de charge 120582 (120582 isin ℛ) ce qui modifie les
puissances du geacuteneacuterateur et la charge comme suit
(IV1)
1198751198661 = (1 + 120582)(1198751198660 + 119875119878)
1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)
1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)
(IV2)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
84
Avec
1198751198660 Puissance active du geacuteneacuterateur
1198751198710 Puissance active de la charge
119875119878 Fourniture de lrsquooffre (Supply bids)
119875119863 Demande drsquooffre (Demand bids)
Les puissances qui multiplient λ sont appeleacutees les puissances de direction Les eacutequations
(IV2) diffegraverent du modegravele geacuteneacuteralement utiliseacute dans lanalyse du calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) cest-agrave-dire
Ougrave le facteur de charge touche uniquement les variables puissances PS et PD Dans les
diagrammes typiques de bifurcation les tensions sont traceacutees en fonction de λ cest agrave dire la
mesure de la capaciteacute de charge du systegraveme obtenant ainsi les courbes V(p)
Les indices 0 1 et 2 deacutenotent le cas de base le premier point et le deuxiegraveme point de
directions des puissances respectivement
IV 32) Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation
power flow- CPF) [34]
Les techniques du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance sont largement
reconnues comme un outil preacutecieux pour deacuteterminer les courbes V(P) du systegraveme de
puissance et permettent destimer les conditions de chargement maximal et des solutions
laquocritiquesraquo (par exemple saddle-node et limites induites de points de bifurcation) Malgreacute que
les grands systegravemes neacutecessitent un calcul numeacuterique exigeant le CPF nest pas affecteacutee par
des instabiliteacutes numeacuteriques En fait il est capable de deacuteterminer la partie stable et instable des
courbes V(p) et peut fournir des informations suppleacutementaires telles que les facteurs de
sensibiliteacute de la solution actuelle agrave leacutegard des paramegravetres pertinents
Dun point de vue matheacutematique le CPF est une technique dhomotopie et permet
dexplorer la stabiliteacute des eacutequations du systegraveme eacutelectrique en faisant varier un paramegravetre du
systegraveme qui dans les eacutetudes de stabiliteacute statique et dynamique typique de tension est le
paramegravetre de charge λ De maniegravere geacuteneacuterale le CPF consiste en un pas preacutedicteur reacutealiseacute par
le calcul du vecteur tangent et un pas correcteur qui peut ecirctre obtenu soit par lintermeacutediaire
PG2 = (PG0 + λPS)
PL2 = (PL0 + λPD)
PL2 = (PL0 + λPD)
(IV3)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
85
dun parameacutetrage local ou agrave une intersection perpendiculaire
a) Pas preacutedicteur
Au point deacutequilibre geacuteneacuterique p la relation suivante sapplique
Et le vecteur tangent peut ecirctre approximeacute par
Agrave partir de lrsquoeacutequation (IV4) et (IV5) on a
Agrave ce point un pas de grandeur k de controcircle doit ecirctre choisi pour deacuteterminer la quantiteacute Δ120013119901
et Δ120582119901 avec une normalisation afin deacuteviter de grands pas quand 120591119901 est grand
Δ120582119901 ≜ 119896
120591119901 Δ120013119901 ≜
119896 120591119901
120591119901
Ougrave ∙ est la norme euclidienne et 119896 = plusmn1 Le signe de k deacutetermine lrsquoaugmentation ou la
diminution de 120582 La figure (IV3) preacutesente une repreacutesentation graphique du pas preacutedicteur
119891(120013 p λp) = 0 rArr d119891
dλ|
p= D120013 119891|p
d120013
dλ|
p+
d119891
dλ|
p= 0 (IV4)
120591p = d120013
dλ|
p asymp
Δ 120013 p
∆λp
(IV5)
120591119901 = minus D120013 119891|pminus1
part119891
partλ|
p
∆120013p = 120591119901 ∆λp
(IV6)
(IV7)
(120013119901 120582119901)
120591119901
119891(120013 120582) = 0
(120013119875 + ∆120013119875 120582119875 + ∆120582119875)
Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance
pas preacutedicteur obtenu par les moyens de la tangente
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
86
b) Pas correcteur
Pour le pas correcteur lrsquoensemble des eacutequations n+1 est reacutesolu
119891(120013 λ) = 0
120578(120013 λ) = 0
Ougrave la solution de 119891 doit ecirctre dans le collecteur de bifurcation et 120578 est une eacutequation
additionnelle pour garantir un ensemble non singulier au point de bifurcation Pour le choix de
120578 il yrsquoa deux options lrsquointersection perpendiculaire et la parameacutetrisation locale
Dans le cas de lrsquointersection perpendiculaire dont la repreacutesentation est donneacutee par la figure
(IV2) lrsquoexpression de 120578 devient (eacutequation IV9)
Tandis que pour la parameacutetrisation locale soit le paramegravetre 120582 soit la variable 120013119894 est forceacutee
drsquoecirctre une valeur fixe
(120013119901 120582119901)
119891(120013 120582) = 0
(120013119888 120582119888)
(120013119888 minus (120013119875 + ∆120013119875 ) 120582119888 minus (120582119875 + Δ120582119901 ) )
120578 (120013 λ) = [Δ120013p
Δλp]
T
[120013c minus (120013p + Δ120013p)
λc minus (λp minus Δλp)] = 0
ppcx )(
(IV8)
(IV9)
(IV10)
Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas
correcteur obtenu par les moyens dintersection perpendiculaire
P
900
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
87
Ou
pipici xxxx )(
Le choix pour que la variable soit fixe deacutepend du collecteur de bifurcation de 119891 comme
crsquoest preacutesenteacute agrave la figure (IV5)
IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE 39 nœuds
IV41) Preacutesentation du reacuteseau
Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds est un reacuteseau de transport standard IEEE New England
39 nœuds sera utiliseacute pour les diffeacuterents sceacutenarios de nos simulations Ce reacuteseau repreacutesente
une simplification du reacuteseau de transport de la reacutegion Nouvelle Angleterre (nord-est des Etats-
Unis) Il srsquoagit donc drsquoune partie drsquoun reacuteseau reacuteel ameacutericain Ce reacuteseau fonctionne agrave 100
kV et comporte 10 geacuteneacuterateurs (119875119866119905119900119905119886119897119890= 619 Gw 119876119866119905119900119905119886119897119890= 113 Gvar) et 39 nœuds dont
19 nœuds de charge et 48 lignes Un scheacutema complet de ce reacuteseau est preacutesenteacute par la figure
IV6) [36]
Les donneacutees des jeux de barres ainsi que les caracteacuteristiques des branches sont
indiqueacutees dans lrsquoannexe A1
Le reacuteseau de transport IEEE-39 nœuds est constitueacute de 3 reacutegions (figure IV7) Chaque
reacutegion contient des nœuds PV et des nœuds PQ ainsi des geacuteneacuterateurs synchrones
(IV11)
Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas
correcteur obtenu par les moyens de la parameacutetrisation locale
λ
Correcteur
Correcteur
x
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
88
En utilisant la technique du CPF la stabiliteacute de tension est eacutetudieacutee Le comportement du
systegraveme test consideacutereacute avec et sans les dispositifs FACTS sous diffeacuterentes conditions de
charge est eacutetudieacute Lrsquoemplacement des FACTS est deacutetermineacute agrave travers le CPF
Un modegravele classique PQ est utiliseacute pour les charges Les limites des geacuteneacuterateurs sont
ignoreacutees Lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension est effectueacutee en commenccedilant agrave partir dun point
de fonctionnement stable initiale et en augmentant ensuite les charges par le facteur 120582 jusqursquoagrave
atteindre le point de singulariteacute de la lineacutearisation de lrsquoeacutecoulement de puissance
Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
89
Lorganigramme de la stabiliteacute de tension avec les FACTS en utilisant la meacutethode CPF
est illustreacute par la figure (IV8)
De la figure (IV8) on peut observer que les eacutequations des dispositifs FACTS sont
ajouteacutees dans les eacutequations de lrsquoeacutecoulement de puissance Les nouvelles eacutequations de
lrsquoeacutecoulement de puissance sont ensuite utiliseacutees dans le pas correcteur du processus CPF
Zone I
Noeuds (PQ) 4 5 6
7 8 910 11 12 13
14
Noeuds (PV) 31 32 39
Zone II
Noeuds(PQ) 1 2 3 17 18 25 26
27
Noeuds(PV) 3037
Zone III
Noeuds (PQ) 15 16 19 20 21 22 23 24
28 29
Noeuds (PV) 3334353638
Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds
Reacuteseau IEEE 39-nœuds
Geacuteneacuterateurs synchrones
30 31323334353637
3839
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
90
IV5) Emplacement du STATCOM
Fixer le nombre des points du CPF
Reacutesoudre les eacutequations de
lrsquoeacutecoulement de puissance de
charge avec les FACTS
Reacutesoudre les eacutequations de
lrsquoeacutecroulement de charge avec les
FACTS
Nombres des points de CPF
Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS
Lire les donneacutees
Pas preacutedicteur dans la meacutethode
CPF
Creacuteer les eacutequations de lrsquoeacutecoulement
de puissance avec les eacutequations du
FACTS
La courbe PV
complegravete
Fin
Deacutebut
Pas correcteur dans la meacutethode
CPF
Non
Oui
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
91
IV5) Emplacement du STATCOM
Drsquoapregraves le profil de tension (figure IV9) ainsi une preacutesentation des nœuds critiques sur
la figure (IV10) et leurs courbes V(p) obtenues par la meacutethode du CPF illustreacutee aux figures
(IV11 IV12 IV13) nous implanterons le STATCOM sur le nœud de charge le plus fragile
du reacuteseau de transport Le point de chargement maximal ou le point de bifurcation quand la
matrice jacobienne est singuliegravere survient agrave 120640=22806 pu
Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone
Reacuteseau IEEE 39-nœuds
Zone I
Les noeuds fragiles
875641214
le noeud le plus critique 8
Zone II
Les noeuds fragiles
3181727
le noeud le plus critique 3
Zone III
Les noeuds fragiles
1516242128
le noeud le plus critique 15
Figure IV9 Profil des tensions du reacuteseau IEEE 39-nœuds
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
92
Le calcul du CPF sur le reacuteseau seul (crsquoest ndash agrave dire sans y inseacuterer le STATCOM) a
montreacute que le nœud concerneacute est le nœud 8 de la zone 1
IV51) Impact du STATCOM
Apregraves la deacutetermination du nœud fragile du reacuteseau consideacutereacute et qui a besoin drsquoecirctre
soutenus les valeurs nominales (the ratings) du STATCOM doivent ecirctre choisies il est agrave
Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de
base)
0 05 1 15 2 25
065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
X 228
Y 07822
Lambda(pu)
Tensio
ns(pu)
Zone 3
V15
V16
V21
V24
V28
Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme
(eacutetat de base)
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
115
12
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu
)
Zone 2
V3
V17
V18
V27
Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1
du systegraveme (eacutetat de base)
0 05 1 15 2 250
02
04
06
08
1
12
14
X 228
Y 06766
Lambda (pu)
Tensio
ns(p
u)
Zone 1
V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
93
preacutevoir que par lintroduction du STATCOM aux nœuds critiques le profil de tension sera
plat et le facteur de charge du systegraveme va augmenter
Les gestionnaires des reacuteseaux eacutelectriques imposent une toleacuterance de plusmn 5 sur la tension
du reacuteseau de transport pour garantir une qualiteacute de distribution de lrsquoeacutelectriciteacute Nous
prendrons donc 119880119898119894119899 = 095pu et 119880119898119886119909 = 105 pu (soit respectivement 95KV et 105 KV
pour notre reacuteseau de transport de 100KV nominal) On obtient les valeurs nominales de la
puissance reacuteactive du STATCOM par [21]
119876119898119886119909 = 119868119871119898119886119909 lowast 119880119898119886119909
Et
119876119898119898119894119899 = 119868119888119898119886119909 lowast 119880119898119894119899
Drsquoougrave 119883119878119871 = 119880max minus 119880119898119894119899
119868119871119898119886119909minus 119868119888119898119886119909
Avec
119868119871119898119886119909 Courant inductif maximum
119868119888119898119886119909 Courant capacitif maximum
119880119898119886119909 119880119898119894119899 tension limites en reacutegulation
119883119878119871 ∶ Pente de la caracteacuteristique statique dans la zone de fonctionnement en reacutegulation
Quand le STATCOM est connecteacute au nœud 8 on observe drsquoapregraves la figure (IV14) que
les nœuds les plus fragiles de la zone 1 ont un profil de tension plus plat que lrsquoeacutetat de base et
introduire le STATCOM va augmenter le facteur de charge agrave la valeur maximale Comme
attendu le point de bifurcation pour le STATCOM placeacute au nœud 8 survient agrave une valeur de
charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 231 pu Sa puissance reacuteactive capacitive calculeacutee drsquoapregraves les
eacutequations IV12 et IV13 est de ndash 380 Mvar + 420 Mvar pour une puissance de base de
100MVA
(IV12)
(IV13)
(IV14)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
94
IV511) Profils des tensions et les pertes de puissances dans le
systegraveme
Les profils des tensions du cas de base et du systegraveme avec le STATCOM sont illustreacutes
agrave la figure (IV15) Il est eacutevident agrave partir de cette figure que le STATCOM fournit un meilleur
profil de tension au point drsquoeffondrement de tension compareacute agrave lrsquoeacutetat de base Cela est ducirc au
fait que le STATCOM est installeacute au nœud le plus faible
Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV16)
et la figure (IV17) respectivement Lrsquoaugmentation des pertes au voisinage du point
drsquoeffondrement est faible dans le cas du STATCOM placeacute au nœud 8
Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Ten
sion
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 8
Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
X 2315
Y 07441
Lambda(pu)
Tensio
ns(p
u
Zone STATCOM au 8
V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
95
La figure (IV18) illustre le paramegravetre de charge pour diffeacuterents emplacements du
STATCOM sur les nœuds les plus critiques des 3 zones selon les courbes V(p) des figures
(IV11 IV12 et IV13)
Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives
avec STATCOM au nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Zone 1 avec STATCOM au noeud 8
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 8
Figure IV17 Profils de pertes de
puissances reacuteactives avec STATCOM au
nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 1 avec STATCOM au noeud 8
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 8
Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM
[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
225
226
227
228
229
23
231
232
233
234
Base STATACOM aunœud 08
STATACOM aunœud 03
STATACOM aunœud 15
22806
23164232
234
Paramegravetre de charge(pu)
Paramegravetre decharge(pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
96
Puisque notre but agrave travers la recherche de lrsquoemplacement ideacuteal du dispositif
STATCOM est drsquoaugmenter la stabiliteacute de tension c-agrave-d maximiser le facteur de charge 120582 du
systegraveme tous en controcirclant la tension et minimisant les pertes des puissances actives et
reacuteactives nous placcedilons le mecircme STATCOM sur ces diffeacuterents nœuds fragiles et nous
observons lrsquoimpact qursquoil peut apporter
Le STATCOM placeacute sur le nœud 3 de la zone 2 et le nœud 15 de la zone 3 offre le
maximum du facteur de charge (voir figure IV18)
Les courbes V(p) avec le STATCOM sur les nœuds 3 et 15 sont illustreacutes sur les figures
(IV19) et (IV20) ainsi leurs profils des tensions sont illustreacutes sur les figures (IV21) et
(IV22)
Drsquoapregraves ces figures on constate une leacutegegravere ameacutelioration de tension sur les nœuds 2 3 et
4 pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3
Pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 15 on remarque sur les profils des
tensions une leacutegegravere baisse de tension sur les nœuds 5 6 7 8 9 11 et 13 et une ameacutelioration
pour les nœuds 15 16 17 18 et 20
Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au
nœud 03
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
115
12
Lambda(pu)
Tensio
n (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
X 2325
Y 08385
V3
V17
V18
V27
Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au
nœud 15
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
X 234
Y 07461
Lambda(pu)
Tensio
ns(p
u)
Zone 3 avec STATCOM au noeud 15
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
97
Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV23)
et la figure (IV24) respectivement pour le STATCOM au nœud 3 et les figures (IV25) et
(IV26) pour le STATCOM au nœud 15 Lrsquoaugmentation des pertes actives et reacuteactives au
voisinage du point drsquoeffondrement est grande dans le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3
et 15 presque pour tous les nœuds
Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme
avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 3
Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme
avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns(p
u)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 15
Figure IV23 Profils de pertes de puissances
actives avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 03
Figure IV24 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 03
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
98
IV512) Synthegravese
Les diffeacuterents emplacements du STATCOM preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE
39 nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV27) et
(IV28) syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du STATCOM Notre choix du nœud 8
comme un nœud fragile qui avait besoin drsquoecirctre soutenu est raisonnable vu lrsquoapport qursquoil a
fourni (figure IV28)
Figure IV25 Profils de pertes de puissance actives
avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 15
Figure IV26 Profils de pertes de puissance
reacuteactives avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 3 avec STATCOM au noeud 15
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 15
Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les
diffeacuterents emplacements du STATCOM [Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
0
20
40
60
80
100
Base STATCOMau 08
STATCOMau 03
STATCOMau 15
404 354 418 415
895298
738
9261 9249
Pertes de puissancesactives (pu)
Pertes de puissancesreacuteactives (pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
99
IV6) Emplacement du SSSC
Comme nous lrsquoavons deacutejagrave signaleacute dans le chapitre 2 Un SSSC fonctionne sans la
preacutesence drsquoune source de tension externe Il opegravere comme une source de tension en seacuterie agrave la
ligne Cette source geacutenegravere une tension en quadrature avec et controcircleacutee seacutepareacutement du courant
qui passe agrave travers la ligne dont le but drsquoaugmenter ou de diminuer la tension injecteacute en seacuterie
dans la ligne et par conseacutequence controcircler le flux de puissance qui passe agrave travers la ligne
Son fonctionnement est similaire agrave une compensation seacuterie par un condensateur Si on
eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant de la ligne on obtient le mecircme
reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un condensateur
119880119902 = minus119895 119883119888119868
Avec
119883119888 Reacuteactance capacitive du condensateur
(IV15)
Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du STATCOM
[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
07846081614
073999
0
02
04
06
08
1
12
1 5 10 15 20 25 30 35
Zone 1 (08)
Zone 2 (03)
Zone 3 (15)
Base
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
100
Mais comme le SSSC est une source de tension il peut alors maintenir une tension
constante puisque il la controcircle indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC
peut augmenter ou diminuer le flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant
la tension injecteacutee en seacuterie agrave la ligne
Dans nos simulations nous avons reacutegleacute la tension injecteacutee entre ses limites ainsi le taux de
compensation du SSSC
IV61) Impact du SSSC
Drsquoapregraves la figure (IV6) et la figure (IV9) le nœud 8 le plus fragile est alimenteacute par trois
lignes 8-5 8-7 et 8-9 Donc pour seacutelectionner lrsquoemplacement du SSSC nous allons nous baser
sur lrsquoaugmentation maximale de la puissance au point de lrsquoeffondrement [34] Les figures
(IV29) et (IV30) montrent clairement que les puissances actives et reacuteactives sur la ligne 15
(8-9) sont maximales au point de lrsquoeffondrement de tension
Apregraves lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 15 les figures (IV31) (IV32) et (IV33)
montrent les courbes V(p) des 3 zones le point de bifurcation pour le SSSC inseacutereacutee sur la
ligne 15 survient agrave une valeur de charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 239 pu Nous pouvons
remarquer que les courbes V(p) gardent toujours la partie infeacuterieure (partie instable) de la
courbe
Figure IV29 Puissances actives
maximales au point drsquoeffondrement
0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Lambda (pu)
Puis
sance a
ctives (
pu
X 228
Y -08897
X 228
Y 4079
X 228
Y 7041
PBUS05 BUS08
PBUS07 BUS08
PBUS08 BUS09
Figure IV30 Puissances reacuteactives
maximales au point drsquoeffondrement
0 05 1 15 2-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
Lambda (pu)
Puis
sances r
eacuteactives(p
u)
X 228
Y 1762
X 228
Y -05669
X 228
Y -4221
QBUS05 BUS08
QBUS07 BUS08
QBUS08 BUS09
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
101
Les profils des tensions des pertes actives et reacuteactives sont illustreacutes sur les figures
(IV34) (IV35) (IV36) respectivement
Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC
sur la ligne 15
0 05 1 15 2 25065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
115
X 239
Y 07389
Lambda (pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 2 avec SSSS sur la ligne 15
V3
V17
V18
V27
Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec
SSSC sur la ligne 15
0 05 1 15 2 250
02
04
06
08
1
12
14
X 239
Y 06732
Lambda(pu)
Tensio
n(p
u)
Zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15
0 05 1 15 2 2505
06
07
08
09
1
11
12
X 239
Y 06487
Lambda (pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 avec SSSC sur la ligne 15
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
102
Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tens
ions
(pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 15
Figure IV35 Profils de pertes de
puissances actives avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 15
Figure IV36 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
103
Drsquoapregraves ces reacutesultats nous pouvons conclure que le SSSC inseacutereacute sur la ligne 15 de la
zone 1 nrsquoa pas ameacutelioreacute les profils de tension les pertes actives et reacuteactives au point
drsquoeffondrement de tension
Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion pour le SSSC nous allons le placeacute dans
la zone 3 ougrave se trouve le 2egraveme nœud fragile drsquoapregraves la courbe de la figure IV9 qui est le nœud
15
Nos simulations nous en permettent de trouver 2 situations critiques lors de
lrsquoeffondrement de tension sur la ligne 45 (22- 35) et la ligne 48 (29- 38) leurs puissances
actives et reacuteactives au point drsquoeffondrement sont illustreacutees par les figures (IV37) et (IV38)
IV611) SSSC inseacutereacute sur la ligne 45
Nous avons inseacutereacute le SSSC sur la ligne 45 entre le nœud 22 et le nœud 35 la courbe
V(p) de la zone 3 (zone drsquoinsertion du SSSC) les profils de tensions les pertes actives et
reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV39) (IV40) (IV41) et (IV42) respectivement
Figure IV37 Puissances actives
maximales au point drsquoeffondrement de la
zone 3
0 05 1 15 2-20
-15
-10
-5
0
5
X 228
Y -1513
Lambda (pu)
Puis
sances a
ctives (
pu)
Zone 3 Etat de base
X 228
Y -1895
PBUS22 BUS35
PBUS29 BUS38
Figure IV38 Puissances reacuteactives
maximales au point drsquoeffondrement de la
zone 3
0 05 1 15 2-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
X 2281
Y -3841
Lambda (pu)
puis
sances r
eacuteactives (
pu)
Zone 3 Etat de base
X 2281
Y -945Q
BUS22 BUS35
QBUS29 BUS38
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
104
Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 45 les profils des tensions sont meilleurs par apport
agrave ceux du SSSC sur la ligne 15 de la zone 1
IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48
Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion du SSSC sur notre reacuteseau de transport
nous allons lrsquoinseacutereacute sur la ligne 48 entre le nœud 29 et le nœud 38 la courbe V(p) les profils
de tensions les pertes actives et reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV43) (IV44)
(IV45) et (IV46) respectivement
Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme
avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV41 Profils de pertes de puissances
actives avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV42 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec
SSSC sur la ligne 45
0 05 1 15 2 25065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
115
X 234
Y 07265
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 SSSC sur la ligne 45
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
105
Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 les profils des tensions ne sont pas meilleurs
par apport au cas du SSSC sur la ligne 45 mais pour les pertes reacuteactives lrsquoinsertion sur la
ligne 48 est meilleure que pour lrsquoinsertion sur la ligne 45
Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec
SSSC sur la ligne 48
0 05 1 15 2 25
065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
X 2306
Y 0704
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 avec SSSC sur la ligne 48
V15
V16
V21
V24
V28
Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme
avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 48
Figure IV46 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Petes reacuteactiv
es (pu)
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48
Figure IV45 Profils de pertes de puissances
actives avec SSSC sur la ligne 48
Figure (IV45) Profils de pertes de puissance
actives avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pertes activ
es (pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 48
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
106
IV613) Synthegravese
Les diffeacuterents emplacements du SSSC preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE 39
nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV47) et (IV48)
syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du SSSC
Lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 45 de la zone 3 nous a fourni des meilleurs reacutesultats au
point drsquoeffondrement
Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC
[Extrait de lrsquoannexe B1 B3]
222
224
226
228
23
232
234
236
238
24
Base SSSC agrave laligne 15
SSSC agrave laligne 45
SSSC agrave laligne 48
22806
239
234
23
Paramegravetre de charge(pu)
Paramegravetre de charge(pu)
Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents
emplacements du SSSC [Extrait de lrsquoannexe B1 B3]
0
20
40
60
80
100
120
Base SSSC agrave laligne 15
SSSC agrave laligne 45
SSSC agrave laligne 48
404 466 402 363
89529810482
8381 8211
Pertes Actives (pu)
Pertes Reactives (pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
107
IV7) Conclusion
Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre une eacutetude de lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute des
reacuteseaux eacutelectriques en y inseacuterant deux systegravemes FACTS le STATCOM (Static Synchronous
Compensator) et le SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Le reacuteseau utiliseacute pour
les simulations est le reacuteseau de transport IEEE_39 nœuds Lrsquoanalyse des performances du
reacuteseau porte sur le support du profil de tension lrsquoaugmentation de la stabiliteacute en tension et la
diminution des pertes actives et reacuteactives et ce pour lrsquoeffondrement de tension Le
programme utiliseacute est un logiciel de calcul drsquoeacutecoulement de puissance (PF) et le calcul
continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) [PSAT]
Les tests effectueacutes ont montreacute plusieurs reacutesultats inteacuteressants Tout drsquoabord le systegraveme
FACTS shunt (le STATCOM) assure une stabilisation globale du reacuteseau En effet dans tous
les cas le STATCOM tend soit agrave stabiliser tous les nœuds soit en agrave stabiliser certains sans
affecter les autres En tout eacutetat de cause ce systegraveme nrsquoa jamais deacutestabiliseacute un nœud quel qursquoil
soit En fait le STATCOM ameacuteliore les performances du reacuteseau eacutelectrique (surtout en termes
de stabiliteacute et de soutien de tension) en fournissant de la puissance reacuteactive dans la zone de
charge Ceci doit ecirctre nuanceacute en ce qui concerne le compensateur seacuterie Si celui ndashci peut avoir
un bon comportement local crsquoest-agrave-dire dans la zone ougrave il est implanteacute en augmentant le
paramegravetre de charge il peut deacutestabiliser certains nœuds du reacuteseau Cette deacutestabilisation risque
drsquoecirctre importante Pour ecirctre efficace un SSSC doit ecirctre implanteacute sur une ligne preacutesentant des
puissances maximales au point drsquoeffondrement
Les reacutesultats obtenus pour la stabiliteacute de tension restent valables pour le support du
profil de tension On peut toutefois noter que la stabiliteacute drsquoun nœud ne deacutepend pas
uniquement de son niveau de tension crsquoest-agrave-dire qursquoun nœud agrave tension eacuteleveacutee peut malgreacute
tout ecirctre instable
Gracircce agrave lrsquoinsertion de ces deux systegravemes FACTS on pourra suivant les cas eacuteviter un
effondrement de tension du reacuteseau Les FACTS ont donc un apport beacuteneacutefique en termes de
seacutecuriteacute du reacuteseau
108
Conclusion geacuteneacuterale
Conclusion geacuteneacuterale
109
Le deacuteveloppement de leacutelectronique de puissance a permet dameacuteliorer la gestion des
reacuteseaux eacutelectriques en introduisant un nouveau concept par les systegravemes de transmission de
leacutenergie agrave courant alternatif flexible appeleacutee FACTS avec lesquels le controcircle du flux de
puissance active et reacuteactive ainsi que laugmentation des capaciteacutes de charge des lignes sont
atteints et performeacutes par linjection des tension (ou courant) des convertisseur conccedilus avec des
interrupteurs statiques modernes commandeacutees en ouverture et en fermeture tels que les GTO
IGBT concernant la nouvelle geacuteneacuteration de ces systegravemes FACTS
Dans le contexte de lrsquoinsertion des systegravemes FACTS dans les reacuteseaux eacutelectriques nous
avons orienteacute nos travaux vers lrsquoeacutetude de la stabiliteacute de tension en reacutegime statique
speacutecialement lrsquoemplacement optimal des dispositifs FACTS en utilisant le calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance
Nous avons dans ce cadre choisi drsquoeacutetudier le comportement de deux dispositifs FACTS
qui sont
le Compensateur Statique Synchrone le STATCOM (Static Synchronous
Compensator)
le Conpensateur statique seacuterie synchrone le SSSC (Static Synchronous Series
Compensator
Ces dispositifs ont eacuteteacute choisis comme base de deacutepart en vue de lrsquoeacutetude ulteacuterieure de
systegravemes FACTS plus complexes
Lrsquoimpact des systegravemes FACTS sur lrsquoeffondrement de tension a eacuteteacute meneacute agrave bien agrave lrsquoaide
de deux logiciels le PSAT et le MATLAB et deux modegraveles FACTS ont eacuteteacute utiliseacutes Pour les
simulations statiques nous avons utiliseacute le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds le facteur de
charge a eacuteteacute calculeacute par la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF)
Cette technique a montreacute ses capaciteacutes agrave surmonter les problegravemes de la singulariteacute de la
matrice jacobienne rencontreacutes dans les algorithmes standards de calcul de lrsquoeacutecoulement de
puissance
Les simulations statiques ont montreacute lrsquoapport incontestable des FACTS dans
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute de tension Le systegraveme FACTS shunt le STATCOM stabilise le
reacuteseau de faccedilon globale alors que le SSSC a un meilleur comportement local Lrsquoimplantation
Conclusion geacuteneacuterale
110
du SSSC doit ecirctre faite sur une ligne preacutesentant des puissances maximales au point de
lrsquoeffondrement Ces reacutesultats sont eacutegalement valables en ce qui concerne le support du profil
de tension Les FACTS ameacuteliorent le niveau de seacutecuriteacute du reacuteseau car on pourra gracircce agrave leur
insertion et suivant les cas eacuteviter lrsquoeffondrement de tension
Nous pouvons maintenant eacutenoncer quelques perspectives ayant pour objectif de
compleacuteter ce que nous avons preacutesenteacute dans ce rapport de meacutemoire
bull Comparaison entre tous les types des FACTS et leur impact sur le pheacutenomegravene de
lrsquoeffondrement de tension
bull Lorsque les compensations shunt et seacuterie seront bien connues nous pourrons alors nous
inteacuteresser aux deacutephaseurs commandeacutes par thyristors et agrave lrsquoUPFC le compensateur
universel qui reacuteunit agrave lui seul les fonctions FACTS de compensation shunt et seacuterie et de
deacutephasage
bull Pour les besoins de la deacutetermination de lrsquoemplacement optimal des FACTS nous
proposons pour un futur travail de deacutevelopper un programme baseacute sur les meacutethodes
heuristiques qui simule lrsquoemplacement optimal des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique
bull Le raccordement des eacutenergies renouvelables aux reacuteseaux intelligents dits laquosmart
gridsraquo lrsquoun des deacutefis des eacutenergies renouvelables telles que lrsquoeacuteolien ou le solaire reacuteside
dans le risque drsquointerruption de leur production dont la stabiliteacute est menaceacutee par leur
caractegravere aleacuteatoire Les systegravemes FACTS apportent une solution agrave ce problegraveme de
capaciteacute et de stabiliteacute du reacuteseau lequel integravegre une part croissante deacutenergie
renouvelable
111
Bibliographie
112
[1] Site Internet httpsfrscribdcomdocument1602868764597291-Generalites-Sur-
Les-Reseaux-Electriques Geacutenie eacutelectrique laquo Reacuteseaux eacutelectriques raquo Geacuteneacuteraliteacutes sur
les reacuteseaux eacutelectriques chapitre 1 extraitpdf
[2] Site Internet wwwcrefrreseauxreseaux-publics laquoDescription geacuteneacuterale des
reacuteseaux drsquoeacutelectriciteacuteraquo Commission de Reacutegulation de lrsquoEnergie (CRE)
[3] Lilien J l laquoTransport et Distribution de lrsquoEnergie Electriqueraquo cours donneacute agrave
lrsquoInstitut drsquoElectriciteacute Montefiore Universiteacute de liegravege 2010
[4] Site Internet httpwwwenedisfrfonctionnement-du-reseau
[5] Noui Issam laquoReacuteduction des pertes dans les reacuteseaux eacutelectriques par la compensation
seacuterie TCSC raquo meacutemoire de Master Universiteacute Mohamed Khider Biskra 08
deacutecembre 2015
[6] K A Hamoud laquo Modeacutelisation des grands systegravemes eacutelectriques interconnecteacutes
application agrave lanalyse de seacutecuriteacute dans un environnement compeacutetitif raquo Thegravese de
Doctorat Grenoble-INP 2010
[7] Keramane Abdelnour laquoMaghreb de lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques agrave
lrsquointeacutegration eacutenergeacutetiqueraquo Article 047 octobre 2015
[8] Boukadoum Aziz laquocontribution agrave lrsquoanalyse et la reacuteduction de la pollution
harmonique dans le reacuteseau eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Magister Universiteacute Badji
Mokhtar Annaba 21 octobre 2007
[9] Site drsquointernet http wwwcrefrreseauxreseaux-publics-d-electricitequalite-de-
l-electricitesection2_1
[10] Vanya Ignatova laquoMeacutethodes drsquoanalyse de la qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique
Application aux creux de tension et agrave la pollution harmoniqueraquo Thegravese de Doctorat
Universiteacute JOSEPH FOURIER 20 Octobre 2006
[11] Site drsquointernet httpwwwsig-gechprofessionnelsimmobilierles-energiesvotre-
electricitequalite-de-l-electricite
[12] Technique de lrsquoingeacutenieur laquoProbleacutematiques communes des reacuteseaux eacutelectriques du
fonctionnement au comptage Ti302- Reacuteseaux eacutelectriques et applications Reacutef
Internet 42266 | 2e eacuteditionraquo
[13] Site drsquointernet httpwwwpagesjaunescatrucsla-surtension-quest-ce-que-cest
[14] Haimour Rachida laquoControcircle des Puissances Reacuteactives et des Tensions par les
Dispositifs FACTS dans un Reacuteseau Eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Magister ENSET ndash
ORAN -2009
Bibliographie
s
113
[15] Houari Boudjella laquoControcircle des puissances et des tensions dans un reacuteseau de
transport au moyen de dispositif FACTS (SVC) raquo Meacutemoire de Magister
Universiteacute Djillali Liabes Sidi Bel Abbes 23 janvier 2008
[16] Bulletin sur la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute laquoLe deacuteseacutequilibre de tension et de courantraquo Ndeg
G1546F Hydro Quebec 2014
[17] Site Internet https frscribdcomdocument74812348Reacuteseaux-eacutelectriques
laquoGeacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriquesraquo Chapitre 1
[18] Rabah Benahid Mohamed Boudour laquoAmeacutelioration de la stabiliteacute de tension dans
les reacuteseaux eacutelectriqueraquo Ouvrage eacutedition universitaires europeacuteennes 2014
[19] Boutaba Samira laquoAmeacutelioration de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique par lrsquoutilisation
drsquoun ASVCraquo Meacutemoire de Magister Universiteacute Hassiba Ben Bouali Chlef 09 juin
2009
[20] Bounouira Adlane laquoEtude de la stabiliteacute transitoire des reacuteseaux eacutelectriquesraquo
Meacutemoire de Master Universiteacute Constantine I 24 juin 2014
[21] Yvon Besanger laquoEtude des FACTS (Flexible AC Transmission System) et de leur
comportement dans les reacuteseaux de transport et dinterconnexionraquo Thegravese de
Doctorat Institut national polytechnique de Grenoble 05 Juillet 1996
[22] Site Internet httpsfrwikipediaorgwikicompensation_de_puissance_reacuteactive
laquoCompensation de puissance reacuteactiveraquo
[23] Farid Hamoudi laquoAchitectures des reacuteseaux eacutelectriques Power systemraquo cours UEF
10 novembre 2015
[24] Hingorani Narain G Laszlo Gyugyi laquoUnderstanding FACTS Concepts And
Technoloqy of Flexible AC Transmission Systemsraquo Ouvrage Edition 2001
[25] Larbi Boumediene laquoPlacement Des Dispositifs laquoD-FACTSraquo et controcircle des
tensions dans un reacuteseau de distribution raquo Thegravese de doctorat es-science lUSTO 04
Janvier 2010
[26] Kassou Amina Merzougui Meriem laquo Impact drsquoun dispositif FACTS (Flexible AC
Transmission Systems) sur lrsquoeacutecoulement de puissanceraquo Meacutemoire de Master
Universiteacute de Saida 28 octobre 2013
[27] Ben Hakkoum Med abdelilah Legougui Ali laquo Compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive
drsquoun reacuteseau IEEE par systegraveme FACTSraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi
Merbah Ourgla 2016
[28] Alain Innocent Leka laquo Ameacutelioration du transit de puissance par les FACTS et
simulation sur MatlabSimulink dun reacuteseau eacutelectriqueraquo Diplocircme de professeur
114
drsquoenseignement technique deuxiegraveme grade 2008
[29] Kerbaa Amel laquo Etude de lrsquoinfluence des systegravemes FACTS sur la qualiteacute de
lrsquoeacutenergie eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Master 02 Juin 2013
[30] Ay Abdelouahab laquo Modeacutelisation et Analyse drsquoun Compensateur Statique SVCraquo
Meacutemoire de Magister Universiteacute Batna 1 02 mai 2013
[31] Hamadou ZakariaM laquo Optimisation des paramegravetres drsquoun FACTS shunt pour
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire drsquoun systegraveme eacutelectriqueraquo Meacutemoire de
Magister Universiteacute Seacutetif 1 20 Juin 2012
[32] Oussama Mammeri laquoDiffeacuterentes meacutethodes de calcul de la puissance reacuteactive dans
un nœud agrave charge non lineacuteaire en preacutesence dun systegraveme de compensation de
leacutenergieraquo Universiteacute de Batna 2 Meacutemoire de Magister 2012
[33] Benras Med Amine Laroui souleymane laquo Utilisation drsquoun dispositif STATCOM
pour lrsquoameacutelioration du transit de puissance drsquoun reacuteseau de transport drsquoeacutenergie
alternatifraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi Merbah Ourgla 09 Juin 2015
[34] Bekri oum el fadhel loubaba laquoContribution agrave lrsquoeacutetude des systegravemes FACTS
(Flexible AC Transmission Systems) et leurs emplacements optimaux dans les
reacuteseaux eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat en Eacutelectrotechnique Universiteacute Djilali
Liabes de Sidi-Bel-Abbegraves 2013
[35] Federico Milano laquo Power System Analysis Toolbox Documentation for PSATraquo
version 218 Janvier 6 2013
[36] Diana Iuliana Craciun laquo Modeacutelisation des eacutequivalents dynamiques des reacuteseaux
eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat 15 Deacutecembre 2010
[37] Abdelaagraveli Alibi laquo Controcircle des Reacuteseaux Electriques par les Systegravemes FACTS
(Flexible AC Transmission Systems raquo Meacutemoire de Magister Universiteacute de Batna
13 Juin 2009
115
Annexes
116
117
A Donneacutees du reacuteseau IEEE 39 nœuds
Lines Power
rating
(MVA)
Voltage
Rating
(kV)
Frequence
rating
(Hz)
Trnasfo-
magnitude
Resistance
(pu)
Reactance
(pu)
Supstance
1-2 100 100 60 000000 000350 004110 069870
1-39 100 100 60 000000 00010 002500 075000
1-39 100 100 60 000000 000200 005000 037500
2-3 100 100 60 000000 000130 001510 025720
2-25 100 100 60 000000 000700 000860 014600
3-4 100 100 60 000000 000130 002130 022140
3-18 100 100 60 000000 000110 001330 021380
4-15 100 100 60 000000 000080 001280 013420
4-14 100 100 60 000000 000080 001290 013820
5-6 100 100 60 000000 000020 000260 004340
5-8 100 100 60 000000 000080 001120 014760
6-7 100 100 60 000000 000060 000920 011300
6-11 100 100 60 000000 000070 000820 013890
7-8 100 100 60 000000 000040 000460 007800
8-9 100 100 60 000000 000230 003630 038040
9-39 100 100 60 000000 000100 002500 120000
10-11 100 100 60 000000 000040 000430 007290
10-13 100 100 60 000000 000040 000430 007290
13-14 100 100 60 000000 000090 001010 017230
14-15 100 100 60 000000 000180 002170 036600
15-16 100 100 60 000000 000090 000940 017100
16-17 100 100 60 000000 000070 000890 013420
16-19 100 100 60 000000 000160 001950 030400
16-21 100 100 60 000000 000080 001350 025480
16-24 100 100 60 000000 000030 000590 006800
17-18 100 100 60 000000 000070 000820 013190
17-27 100 100 60 000000 000130 001730 032160
21-22 100 100 60 000000 000080 001400 025650
22-23 100 100 60 000000 000060 000960 018460
23-24 100 100 60 000000 000220 003500 036100
25-26 100 100 60 000000 000320 003230 051300
26-27 100 100 60 000000 000140 001470 023960
26-28 100 100 60 000000 000430 004740 078020
26-29 100 100 60 000000 000570 006250 102900
28-29 100 100 60 000000 000140 001510 024900
2-30 100 100 60 102500 000000 001810 000000
6-31 100 100 60 107000 000000 002500 000000
6-31 100 100 60 107000 000000 005000 000000
10-32 100 100 60 107000 000000 002000 000000
12-11 100 100 60 100600 000160 004350 000000
12-13 100 100 60 100600 000160 004350 000000
19-20 100 100 60 106000 000070 001380 000000
19-33 100 100 60 107000 000070 001420 000000
20-34 100 100 60 100900 000090 001800 000000
22-35 100 100 60 102500 000000 001430 000000
23-36 100 100 60 100000 000050 002720 000000
25-37 100 100 60 102500 000060 002320 000000
29-38 100 100 60 102500 000080 001560 000000
118
Ndeg du geacuteneacuterateur
H (sec)
119877119886 119883prime119889 119883prime119902 119883119889 119883119902 119879prime119889119900 119879prime119902119900 119883119897
1 50000 0 00006 0008 002 0019 7 07 0003
2 303 0 00697 0170 0295 0282 656 15 0035
3 353 0 00531 00876 02495 0237 57 15 00304
4 286 0 00436 0166 0262 0258 569 15 00295
5 260 0 0132 0166 067 062 54 044 0054
6 348 0 005 00814 0254 0241 73 04 00224
7 264 0 0049 0186 0295 0292 566 15 00322
8 243 0 0057 00911 02920 0280 67 041 0028
9 345 0 0057 00587 02106 0205 479 196 00298
10 420 0 0031 0008 01 0069 102 0 00125
Ndeg du geacuteneacuterateur
119870119860 119879119860 119881119877119872119868119873 119881119877119872119860119883 119870119864 119879119864 119870119865 119879119865 1198621 1198622
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 62 005 -10 10 -0633 0405 057 05 066 088
3 50 006 -10 10 -00198 05 008 10 013 034
4 50 006 -10 10 -00525 05 008 10 008 0314
5 400 002 -100 -100 -10 0785 003 10 007 091
6 50 002 -10 10 -00419 0417 00754 1246 0064 0251
7 400 002 -65 65 -10 073 003 10 053 074
8 50 002 -10 10 -0047 0528 00854 126 0072 0282
9 400 002 -105 105 -10 14 003 10 062 085
10 50 006 -10 10 -00485 025 004 1 008 026
Annexe A1 Donneacutees du reacuteseau IEEE 39-nœud
119
B Reacutesultats du power flow avec le PSAT
POWER FLOW REPORT
P S A T 219
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail federicomilanoucdie
website faraday1ucdiepsathtml
File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeb_d_Ieee39
Date 09-Jun-2017 153332
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 337
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
120
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 098837 -066635 0 0 0 0
BUS02 091007 -052232 0 0 0 0
BUS03 077924 -068701 0 0 73428 005473
BUS04 065385 -074122 0 0 114019 41959
BUS05 066496 -062088 0 0 0 -044217
BUS06 067682 -055724 0 0 0 0
BUS07 063518 -07578 0 0 53315 19155
BUS08 063731 -080455 0 0 119035 40135
BUS09 088016 -076257 0 0 0 0
BUS10 072414 -036303 0 0 0 0
BUS11 070043 -042663 0 0 0 0
BUS12 063569 -043042 0 0 019383 20067
BUS13 070204 -042245 0 0 0 0
BUS14 067659 -057193 0 0 0 0
BUS15 069422 -062942 0 0 72972 3489
BUS16 076104 -052743 0 0 75116 073656
BUS17 076356 -060644 0 0 0 0
BUS18 076264 -066831 0 0 3603 068411
BUS19 091709 -024485 0 0 0 0
BUS20 089167 -031561 0 0 155065 23488
BUS21 077199 -035331 0 0 62482 26224
BUS22 088171 -006877 0 0 0 0
BUS23 086321 -008056 0 0 56439 19292
BUS24 07756 -051796 0 0 70372 -21025
BUS25 093695 -045068 0 0 5108 10763
BUS26 083005 -050209 0 0 31697 038766
121
BUS27 077377 -062834 0 0 64079 17217
BUS28 086833 -029065 0 0 46976 062938
BUS29 090865 -013955 0 0 64649 061342
BUS30 10475 -04087 58254 95686 0 0
BUS31 098193 0 133488 175863 020979 01049
BUS32 098303 010972 151461 187014 0 0
BUS33 099716 -000678 147267 10807 0 0
BUS34 10123 -008336 118373 79733 0 0
BUS35 10492 017356 151459 157144 0 0
BUS36 10635 031043 13049 101381 0 0
BUS37 10278 -013919 125829 6659 0 0
BUS38 10265 018789 193404 113176 0 0
BUS39 103 -074024 233017 127501 251753 57009
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -07402
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 000039
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098206
e1d_Syn_2 000015
delta_Syn_3 011009
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098313
e1d_Syn_3 000028
delta_Syn_4 -00064
omega_Syn_4 1
122
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000032
delta_Syn_5 -008265
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000057
delta_Syn_6 017388
omega_Syn_6 1
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 031077
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 00003
delta_Syn_8 -013886
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000027
delta_Syn_9 018826
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000028
delta_Syn_10 -040867
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
123
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098193
vr1_Exc_2 10001
vr2_Exc_2 -1179
vf_Exc_2 098246
vm_Exc_3 098303
vr1_Exc_3 10012
vr2_Exc_3 -07868
vf_Exc_3 09835
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079795
vf_Exc_4 099744
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030385
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10492
vr1_Exc_6 10706
vr2_Exc_6 -067176
vf_Exc_6 10496
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10855
vr2_Exc_7 -031913
vf_Exc_7 10638
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073425
vf_Exc_8 1028
124
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57287
tg2_Tg_2 57287
tg3_Tg_2 43538
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
125
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
tg3_Tg_10 19
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 233017
p_Syn_1 233017
q_Syn_1 127501
vf_Syn_2 098246
pm_Syn_2 133489
p_Syn_2 133488
q_Syn_2 175863
vf_Syn_3 09835
pm_Syn_3 151461
p_Syn_3 151461
q_Syn_3 187014
vf_Syn_4 099744
pm_Syn_4 147267
p_Syn_4 147267
q_Syn_4 10807
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 118373
126
p_Syn_5 118373
q_Syn_5 79733
vf_Syn_6 10496
pm_Syn_6 151462
p_Syn_6 151459
q_Syn_6 157144
vf_Syn_7 10638
pm_Syn_7 13049
p_Syn_7 13049
q_Syn_7 101381
vf_Syn_8 1028
pm_Syn_8 125829
p_Syn_8 125829
q_Syn_8 6659
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 193404
p_Syn_9 193404
q_Syn_9 113176
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 58254
p_Syn_10 58254
q_Syn_10 95686
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
127
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -29402 20187 005093 -003257
BUS01 BUS39 2 14701 -10093 000582 -023653
BUS01 BUS39 3 14701 -10093 000582 -023653
BUS02 BUS03 4 83713 76933 020549 22022
BUS02 BUS25 5 -5537 18564 029017 023195
BUS03 BUS04 6 15723 44591 004916 069085
BUS03 BUS18 7 -07493 097723 000298 -0091
BUS04 BUS05 8 -40818 -009527 003119 044062
BUS04 BUS14 9 -57969 -033235 006305 095555
BUS05 BUS06 10 -111502 -18364 005774 073114
128
BUS05 BUS08 11 70371 17427 00953 12716
BUS06 BUS07 12 95297 33531 01339 20045
BUS06 BUS11 13 -75986 -083911 008922 097932
BUS07 BUS08 14 40642 -056691 001668 016022
BUS08 BUS09 15 -091415 -42695 010425 14208
BUS09 BUS39 16 -10184 -56903 003659 -018671
BUS10 BUS11 17 7823 34845 005605 056551
BUS10 BUS13 18 73231 32305 004896 048928
BUS13 BUS14 19 71513 16135 00984 10223
BUS14 BUS15 20 1193 -069671 000707 -008669
BUS15 BUS16 21 -61113 -4099 010049 095887
BUS16 BUS17 22 51209 -045295 00319 032762
BUS16 BUS19 23 -102938 -39142 033316 38445
BUS16 BUS21 24 -75106 041206 007824 11706
BUS16 BUS24 25 -10399 -18394 000228 00046
BUS17 BUS18 26 43783 -019098 002304 019313
BUS17 BUS27 27 071071 -058958 000167 -016774
BUS21 BUS22 28 -13837 -3381 027167 4578
BUS22 BUS23 29 10372 15681 000291 -009404
BUS23 BUS24 30 83187 33043 023923 35628
BUS25 BUS26 31 15326 27558 004095 001147
BUS26 BUS27 32 57848 2892 008598 07485
BUS26 BUS28 33 -3195 -031065 006372 013951
BUS26 BUS29 34 -42678 -022476 015083 087458
BUS28 BUS29 35 -79563 -10795 011934 10905
BUS02 BUS30 36 -58254 -74984 0 20702
BUS06 BUS31 37 -65695 -25408 0 61999
BUS06 BUS31 38 -65695 -25408 0 61999
BUS10 BUS32 39 -151461 -6715 0 119864
129
BUS12 BUS11 40 -007516 -099262 000397 010795
BUS12 BUS13 41 -011868 -10141 000418 011357
BUS19 BUS20 42 38649 -17168 001672 032972
BUS19 BUS33 43 -144918 -60419 02349 47652
BUS20 BUS34 44 -116584 -43953 01789 3578
BUS22 BUS35 45 -151459 -95271 0 61873
BUS23 BUS36 46 -129283 -35713 012071 65668
BUS25 BUS37 47 -124678 -22077 011512 44514
BUS29 BUS38 48 -189592 -38828 038127 74347
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 29911 -20513 005093 -003257
BUS39 BUS01 2 -14643 077281 000582 -023653
BUS39 BUS01 3 -14643 077281 000582 -023653
BUS03 BUS02 4 -81658 -54911 020549 22022
BUS25 BUS02 5 58272 -16244 029017 023195
BUS04 BUS03 6 -15231 -37683 004916 069085
BUS18 BUS03 7 075229 -10682 000298 -0091
BUS05 BUS04 8 4113 053589 003119 044062
BUS14 BUS04 9 58599 12879 006305 095555
BUS06 BUS05 10 112079 25676 005774 073114
BUS08 BUS05 11 -69418 -047112 00953 12716
BUS07 BUS06 12 -93958 -13486 01339 20045
BUS11 BUS06 13 76878 18184 008922 097932
BUS08 BUS07 14 -40476 072713 001668 016022
130
BUS09 BUS08 15 10184 56903 010425 14208
BUS39 BUS09 16 1055 55035 003659 -018671
BUS11 BUS10 17 -77669 -2919 005605 056551
BUS13 BUS10 18 -72742 -27412 004896 048928
BUS14 BUS13 19 -70529 -059119 00984 10223
BUS15 BUS14 20 -11859 061002 000707 -008669
BUS16 BUS15 21 62118 50579 010049 095887
BUS17 BUS16 22 -5089 078056 00319 032762
BUS19 BUS16 23 106269 77587 033316 38445
BUS21 BUS16 24 75888 075852 007824 11706
BUS24 BUS16 25 10422 1844 000228 00046
BUS18 BUS17 26 -43553 038412 002304 019313
BUS27 BUS17 27 -070903 042184 000167 -016774
BUS22 BUS21 28 141087 7959 027167 4578
BUS23 BUS22 29 -10343 -16621 000291 -009404
BUS24 BUS23 30 -80794 025853 023923 35628
BUS26 BUS25 31 -14917 -27443 004095 001147
BUS27 BUS26 32 -56988 -21435 008598 07485
BUS28 BUS26 33 32587 045016 006372 013951
BUS29 BUS26 34 44187 10993 015083 087458
BUS29 BUS28 35 80756 21701 011934 10905
BUS30 BUS02 36 58254 95686 0 20702
BUS31 BUS06 37 65695 87407 0 61999
BUS31 BUS06 38 65695 87407 0 61999
BUS32 BUS10 39 151461 187014 0 119864
BUS11 BUS12 40 007913 11006 000397 010795
BUS13 BUS12 41 012285 11277 000418 011357
BUS20 BUS19 42 -38482 20465 001672 032972
BUS33 BUS19 43 147267 10807 02349 47652
131
BUS34 BUS20 44 118373 79733 01789 3578
BUS35 BUS22 45 151459 157144 0 61873
BUS36 BUS23 46 13049 101381 012071 65668
BUS37 BUS25 47 125829 6659 011512 44514
BUS38 BUS29 48 193404 113176 038127 74347
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1443043
REACTIVE POWER [pu] 1212158
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1402543
REACTIVE POWER [pu] 31686
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 405
REACTIVE POWER [pu] 895298
Annexe B1 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds (eacutetat de base)
132
CONTINUATION POWER FLOW REPORT
P S A T 218
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail FedericoMilanouclmes
website httpwwwuclmesareagseeWebFederico
File Cworkworkpsat 216psat 218psattestsPFE _2017PFE_SEVersion 2PFE_SESimulation
STATCOM_version 2b_d_Ieee39satatcomN08
Date 18-Jun-2017 183446
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 500
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
133
BUS01 09982 -053682 0 0 0 0
BUS02 093356 -040526 0 0 0 0
BUS03 083248 -056145 0 0 74588 005559
BUS04 075506 -060782 0 0 115819 42622
BUS05 078731 -051917 0 0 0 -061985
BUS06 079546 -047221 0 0 0 0
BUS07 07767 -061636 0 0 54157 19458
BUS08 07846 -06495 0 1e-005 120915 093843
BUS09 094102 -062322 0 0 0 0
BUS10 081535 -031761 0 0 0 0
BUS11 080223 -03697 0 0 0 0
BUS12 074304 -037112 0 0 019689 20384
BUS13 079549 -036353 0 0 0 0
BUS14 076855 -047744 0 0 0 0
BUS15 075482 -05163 0 0 74124 35441
BUS16 080356 -042235 0 0 76302 074819
BUS17 080696 -049169 0 0 0 0
BUS18 08103 -054653 0 0 36599 069492
BUS19 093308 -015476 0 0 0 0
BUS20 089997 -022503 0 0 157514 23859
BUS21 080567 -026193 0 0 63469 26638
BUS22 090079 000883 0 0 0 0
BUS23 088298 -000265 0 0 57331 19597
BUS24 081562 -041378 0 0 71484 -21357
BUS25 095503 -033343 0 0 51887 10933
BUS26 085531 -038802 0 0 32198 039379
BUS27 080829 -050935 0 0 6509 17489
BUS28 08815 -018388 0 0 47718 063932
134
BUS29 091752 -003447 0 0 6567 062311
BUS30 10475 -029318 58951 82418 0 0
BUS31 098195 0 134949 126708 021311 010655
BUS32 098304 0104 153273 141443 0 0
BUS33 099716 008297 149029 9774 0 0
BUS34 10123 000838 119789 75294 0 0
BUS35 10493 024882 153272 14353 0 0
BUS36 10635 038446 132051 93699 0 0
BUS37 10278 -002369 127335 58893 0 0
BUS38 10265 029432 195718 107923 0 0
BUS39 103 -06063 235805 99174 255729 5791
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -060625
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 000039
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098204
e1d_Syn_2 000015
delta_Syn_3 010437
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098312
e1d_Syn_3 000029
delta_Syn_4 008336
omega_Syn_4 1
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000032
135
delta_Syn_5 000911
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000058
delta_Syn_6 024915
omega_Syn_6 1
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 03848
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 00003
delta_Syn_8 -002336
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000028
delta_Syn_9 02947
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000028
delta_Syn_10 -029314
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098195
136
vr1_Exc_2 099998
vr2_Exc_2 -11788
vf_Exc_2 098233
vm_Exc_3 098304
vr1_Exc_3 10011
vr2_Exc_3 -078672
vf_Exc_3 09834
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079793
vf_Exc_4 099742
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030384
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10493
vr1_Exc_6 10705
vr2_Exc_6 -067175
vf_Exc_6 10496
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10855
vr2_Exc_7 -031913
vf_Exc_7 10638
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073424
vf_Exc_8 10279
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
137
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57229
tg2_Tg_2 57229
tg3_Tg_2 43494
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
138
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
tg3_Tg_10 19
ist_Statcom_1 4
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 235805
p_Syn_1 235805
q_Syn_1 99174
vf_Syn_2 098233
pm_Syn_2 13495
p_Syn_2 134949
q_Syn_2 126708
vf_Syn_3 09834
pm_Syn_3 153273
p_Syn_3 153273
q_Syn_3 141443
vf_Syn_4 099742
pm_Syn_4 149029
p_Syn_4 149029
q_Syn_4 9774
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 119789
139
p_Syn_5 119789
q_Syn_5 75294
vf_Syn_6 10496
pm_Syn_6 153274
p_Syn_6 153272
q_Syn_6 14353
vf_Syn_7 10638
pm_Syn_7 132051
p_Syn_7 132051
q_Syn_7 93699
vf_Syn_8 10279
pm_Syn_8 127335
p_Syn_8 127335
q_Syn_8 58893
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 195718
p_Syn_9 195718
q_Syn_9 107923
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 58951
p_Syn_10 58951
q_Syn_10 82418
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
140
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
vref_Statcom_1 1087
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -28037 16564 004173 -016258
BUS01 BUS39 2 14018 -082822 000477 -026649
BUS01 BUS39 3 14018 -082822 000477 -026649
BUS02 BUS03 4 85352 60288 016491 17143
BUS02 BUS25 5 -54854 23382 028801 022363
BUS03 BUS04 6 15487 28864 002097 020373
BUS03 BUS18 7 -063723 13726 000397 -009632
BUS04 BUS05 8 -4203 -14955 002777 036443
BUS04 BUS14 9 -58512 -008406 004804 069451
141
BUS05 BUS06 10 -114092 -13397 004257 05262
BUS05 BUS08 11 71784 009964 006653 084029
BUS06 BUS07 12 97568 16469 009295 13554
BUS06 BUS11 13 -79267 038477 006971 0728
BUS07 BUS08 14 42481 -16543 001373 011035
BUS08 BUS09 15 -074523 -34437 004342 03998
BUS09 BUS39 16 -078866 -38435 001309 -084056
BUS10 BUS11 17 81006 19153 004175 040109
BUS10 BUS13 18 72267 32265 003778 035886
BUS13 BUS14 19 70483 18322 007572 074431
BUS14 BUS15 20 10733 030933 000404 -016363
BUS15 BUS16 21 -63432 -30711 007799 071062
BUS16 BUS17 22 50068 -056869 002747 02623
BUS16 BUS19 23 -10422 -32119 029317 33425
BUS16 BUS21 24 -76042 085882 007274 10625
BUS16 BUS24 25 -10319 -16082 000166 -001185
BUS17 BUS18 26 43215 -062084 002043 015313
BUS17 BUS27 27 06578 -021016 000089 -019797
BUS21 BUS22 28 -140238 -28675 025194 42217
BUS22 BUS23 29 10514 15365 000274 -010306
BUS23 BUS24 30 84048 27448 022283 32842
BUS25 BUS26 31 16596 25876 003759 -004213
BUS26 BUS27 32 59316 24294 007946 066838
BUS26 BUS28 33 -32111 -013633 006074 008103
BUS26 BUS29 34 -43183 -005718 014609 079232
BUS28 BUS29 35 -80436 -085668 011761 1067
BUS02 BUS30 36 -58951 -6548 0 16938
BUS06 BUS31 37 -66409 -19488 0 43334
BUS06 BUS31 38 -66409 -19488 0 43334
142
BUS10 BUS32 39 -153273 -51418 0 90025
BUS12 BUS11 40 -005903 -1078 000342 009294
BUS12 BUS13 41 -013786 -096038 000276 007506
BUS19 BUS20 42 39641 -13164 001576 031072
BUS19 BUS33 43 -146793 -52379 022361 4536
BUS20 BUS34 44 -118031 -4013 017582 35164
BUS22 BUS35 45 -153272 -86257 0 57273
BUS23 BUS36 46 -130892 -30649 01159 63049
BUS25 BUS37 47 -126217 -15664 01118 43229
BUS29 BUS38 48 -191925 -33962 037929 73961
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 28454 -1819 004173 -016258
BUS39 BUS01 2 -13971 056173 000477 -026649
BUS39 BUS01 3 -13971 056173 000477 -026649
BUS03 BUS02 4 -83702 -43145 016491 17143
BUS25 BUS02 5 57734 -21145 028801 022363
BUS04 BUS03 6 -15277 -26826 002097 020373
BUS18 BUS03 7 06412 -14689 000397 -009632
BUS05 BUS04 8 42307 18599 002777 036443
BUS14 BUS04 9 58993 077857 004804 069451
BUS06 BUS05 10 114517 18659 004257 05262
BUS08 BUS05 11 -71119 074065 006653 084029
BUS07 BUS06 12 -96638 -029146 009295 13554
BUS11 BUS06 13 79964 034323 006971 0728
143
BUS08 BUS07 14 -42344 17647 001373 011035
BUS09 BUS08 15 078866 38435 004342 03998
BUS39 BUS09 16 080175 3003 001309 -084056
BUS11 BUS10 17 -80589 -15142 004175 040109
BUS13 BUS10 18 -71889 -28677 003778 035886
BUS14 BUS13 19 -69726 -10879 007572 074431
BUS15 BUS14 20 -10693 -047297 000404 -016363
BUS16 BUS15 21 64212 37817 007799 071062
BUS17 BUS16 22 -49793 083099 002747 02623
BUS19 BUS16 23 107152 65544 029317 33425
BUS21 BUS16 24 76769 020366 007274 10625
BUS24 BUS16 25 10336 15963 000166 -001185
BUS18 BUS17 26 -43011 077397 002043 015313
BUS27 BUS17 27 -065692 001218 000089 -019797
BUS22 BUS21 28 142758 70892 025194 42217
BUS23 BUS22 29 -10486 -16395 000274 -010306
BUS24 BUS23 30 -8182 053938 022283 32842
BUS26 BUS25 31 -1622 -26297 003759 -004213
BUS27 BUS26 32 -58521 -17611 007946 066838
BUS28 BUS26 33 32719 021736 006074 008103
BUS29 BUS26 34 44644 08495 014609 079232
BUS29 BUS28 35 81612 19236 011761 1067
BUS30 BUS02 36 58951 82418 0 16938
BUS31 BUS06 37 66409 62821 0 43334
BUS31 BUS06 38 66409 62821 0 43334
BUS32 BUS10 39 153273 141443 0 90025
BUS11 BUS12 40 006245 1171 000342 009294
BUS13 BUS12 41 014062 10354 000276 007506
BUS20 BUS19 42 -39483 16271 001576 031072
144
BUS33 BUS19 43 149029 9774 022361 4536
BUS34 BUS20 44 119789 75294 017582 35164
BUS35 BUS22 45 153272 14353 0 57273
BUS36 BUS23 46 132051 93699 01159 63049
BUS37 BUS25 47 127335 58893 01118 43229
BUS38 BUS29 48 195718 107923 037929 73961
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1460172
REACTIVE POWER [pu] 102682
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1424692
REACTIVE POWER [pu] 288773
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 35479
REACTIVE POWER [pu] 738047
Annexe B2 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du
STATCOM au nœud 8 (Zone 1)
145
POWER FLOW REPORT
P S A T 219
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail federicomilanoucdie
website faraday1ucdiepsathtml
File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeteste ssscb_d00
Date 09-Jun-2017 153006
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 336
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 099097 -068975 0 0 0 0
BUS02 091781 -05429 0 0 0 0
BUS03 079734 -070717 0 0 75617 005636
BUS04 066326 -076185 0 0 117417 43209
BUS05 066473 -064183 0 0 0 -044187
146
BUS06 067567 -057647 0 0 0 0
BUS07 063172 -078416 0 0 54904 19726
BUS08 063378 -083261 0 0 122583 41331
BUS09 087869 -078891 0 0 0 0
BUS10 072734 -037936 0 0 0 0
BUS11 070208 -044367 0 0 0 0
BUS12 063793 -044818 0 0 019961 20665
BUS13 070846 -044069 0 0 0 0
BUS14 069215 -059233 0 0 0 0
BUS15 07407 -064955 0 0 75147 3593
BUS16 081822 -05593 0 0 77354 075851
BUS17 080501 -063045 0 0 0 0
BUS18 079536 -068866 0 0 37104 07045
BUS19 093754 -029105 0 0 0 0
BUS20 090167 -036109 0 0 159687 24188
BUS21 087 -041123 0 0 64345 27006
BUS22 10049 -018383 0 0 0 0
BUS23 095617 -018974 0 0 58121 19867
BUS24 084024 -055252 0 0 7247 -21652
BUS25 094412 -04701 0 0 52603 11084
BUS26 08466 -05244 0 0 32642 039922
BUS27 0802 -06492 0 0 65988 1773
BUS28 087316 -031212 0 0 48376 064814
BUS29 091081 -015774 0 0 66575 06317
BUS30 10475 -042699 5993 9148 0 0
BUS31 098193 0 137349 178813 021605 010802
BUS32 098303 010582 155818 187617 0 0
BUS33 099716 -005013 151503 95238 0 0
BUS34 10123 -012399 121778 74705 0 0
147
BUS35 10492 -014155 155816 166126 0 0
BUS36 10635 017417 134243 63977 0 0
BUS37 10278 -015159 129449 64436 0 0
BUS38 10265 017894 198968 113339 0 0
BUS39 103 -076593 23972 128843 259257 58709
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -076589
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 00004
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098206
e1d_Syn_2 000016
delta_Syn_3 01062
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098313
e1d_Syn_3 000029
delta_Syn_4 -004973
omega_Syn_4 1
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000033
delta_Syn_5 -012326
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000059
delta_Syn_6 -014122
omega_Syn_6 1
148
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 017452
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 000031
delta_Syn_8 -015125
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000028
delta_Syn_9 017933
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000029
delta_Syn_10 -042696
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098193
vr1_Exc_2 10001
vr2_Exc_2 -1179
vf_Exc_2 098247
vm_Exc_3 098303
vr1_Exc_3 10012
vr2_Exc_3 -07868
149
vf_Exc_3 09835
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079793
vf_Exc_4 099741
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030384
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10492
vr1_Exc_6 10706
vr2_Exc_6 -067177
vf_Exc_6 10497
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10854
vr2_Exc_7 -03191
vf_Exc_7 10637
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073425
vf_Exc_8 1028
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
150
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57296
tg2_Tg_2 57296
tg3_Tg_2 43545
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
151
tg3_Tg_10 19
vcs_Sssc_1 024834
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 23972
p_Syn_1 23972
q_Syn_1 128843
vf_Syn_2 098247
pm_Syn_2 137351
p_Syn_2 137349
q_Syn_2 178813
vf_Syn_3 09835
pm_Syn_3 155818
p_Syn_3 155818
q_Syn_3 187617
vf_Syn_4 099741
pm_Syn_4 151503
p_Syn_4 151503
q_Syn_4 95238
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 121778
p_Syn_5 121778
q_Syn_5 74705
vf_Syn_6 10497
pm_Syn_6 155819
p_Syn_6 155816
q_Syn_6 166126
152
vf_Syn_7 10637
pm_Syn_7 134243
p_Syn_7 134243
q_Syn_7 63977
vf_Syn_8 1028
pm_Syn_8 129449
p_Syn_8 129449
q_Syn_8 64436
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 198968
p_Syn_9 198968
q_Syn_9 113339
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 5993
p_Syn_10 5993
q_Syn_10 9148
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
153
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
v0_Sssc_1 024834
pref_Sssc_1 -65
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -30454 19186 005128 -003514
BUS01 BUS39 2 15227 -095928 000595 -023441
BUS01 BUS39 3 15227 -095928 000595 -023441
BUS02 BUS03 4 85484 71305 019364 20591
BUS02 BUS25 5 -56521 19983 030072 02429
BUS03 BUS04 6 16592 48844 005583 079567
BUS03 BUS18 7 -086611 013058 000137 -011907
BUS04 BUS05 8 -40971 039838 003086 043458
BUS04 BUS14 9 -60412 -063061 006702 10172
BUS05 BUS06 10 -114034 -15612 005995 075982
BUS05 BUS08 11 72754 19668 010307 13807
BUS06 BUS07 12 98009 356 014314 21465
BUS06 BUS11 13 -77454 -1037 009353 10297
BUS07 BUS08 14 41674 -055909 00177 017236
154
BUS08 BUS09 15 -093637 -42784 010612 14517
BUS09 BUS39 16 -10425 -57301 003733 -016642
BUS10 BUS11 17 79843 37573 005898 059683
BUS10 BUS13 18 75975 26941 004921 049144
BUS13 BUS14 19 74265 099622 010083 10471
BUS14 BUS15 20 12175 -16987 001532 -000336
BUS15 BUS16 21 -63125 -52883 011043 10493
BUS16 BUS17 22 53385 093664 003081 030328
BUS16 BUS19 23 -106504 -28279 028885 3285
BUS16 BUS21 24 -79033 -21786 007988 11662
BUS16 BUS24 25 -094316 -30262 000444 004057
BUS17 BUS18 26 46012 064426 002338 018941
BUS17 BUS27 27 07065 -001089 000102 -019408
BUS21 BUS22 28 -144177 -60454 02571 42727
BUS22 BUS23 29 090684 49468 001558 007174
BUS23 BUS24 30 84057 39679 021112 30663
BUS25 BUS26 31 16131 24983 003604 -004873
BUS26 BUS27 32 59739 2273 008058 068314
BUS26 BUS28 33 -32701 -010726 006433 013216
BUS26 BUS29 34 -4391 -001791 015431 089643
BUS28 BUS29 35 -81721 -088757 012378 11369
BUS02 BUS30 36 -5993 -71751 0 1973
BUS06 BUS31 37 -67594 -2422 0 64646
BUS06 BUS31 38 -67594 -2422 0 64646
BUS10 BUS32 39 -155818 -64515 0 123103
BUS12 BUS11 40 -008249 -098751 000391 010623
BUS12 BUS13 41 -011712 -1079 000469 012744
BUS19 BUS20 42 39856 -11624 001542 030405
BUS19 BUS33 43 -149249 -49505 022544 45733
155
BUS20 BUS34 44 -119985 -38853 017926 35853
BUS22 BUS35 45 -155816 -15265 0 13477
BUS23 BUS36 46 -133266 -10795 009776 53183
BUS25 BUS37 47 -128261 -18513 011877 45923
BUS29 BUS38 48 -194987 -35705 039812 77634
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 30966 -19537 005128 -003514
BUS39 BUS01 2 -15167 072488 000595 -023441
BUS39 BUS01 3 -15167 072488 000595 -023441
BUS03 BUS02 4 -83548 -50713 019364 20591
BUS25 BUS02 5 59528 -17554 030072 02429
BUS04 BUS03 6 -16034 -40887 005583 079567
BUS18 BUS03 7 086747 -024965 000137 -011907
BUS05 BUS04 8 4128 003621 003086 043458
BUS14 BUS04 9 61082 16479 006702 10172
BUS06 BUS05 10 114633 2321 005995 075982
BUS08 BUS05 11 -71723 -058609 010307 13807
BUS07 BUS06 12 -96578 -14135 014314 21465
BUS11 BUS06 13 78389 20668 009353 10297
BUS08 BUS07 14 -41497 073145 00177 017236
BUS09 BUS08 15 10425 57301 010612 14517
BUS39 BUS09 16 10798 55637 003733 -016642
BUS11 BUS10 17 -79253 -31605 005898 059683
BUS13 BUS10 18 -75483 -22027 004921 049144
156
BUS14 BUS13 19 -73257 005086 010083 10471
BUS15 BUS14 20 -12022 16953 001532 -000336
BUS16 BUS15 21 64229 63376 011043 10493
BUS17 BUS16 22 -53077 -063336 003081 030328
BUS19 BUS16 23 109393 61129 028885 3285
BUS21 BUS16 24 79832 33448 007988 11662
BUS24 BUS16 25 09476 30668 000444 004057
BUS18 BUS17 26 -45779 -045485 002338 018941
BUS27 BUS17 27 -070548 -018318 000102 -019408
BUS22 BUS21 28 146748 103181 02571 42727
BUS23 BUS22 29 -089126 -48751 001558 007174
BUS24 BUS23 30 -81946 -090159 021112 30663
BUS26 BUS25 31 -1577 -2547 003604 -004873
BUS27 BUS26 32 -58934 -15898 008058 068314
BUS28 BUS26 33 33345 023942 006433 013216
BUS29 BUS26 34 45453 091434 015431 089643
BUS29 BUS28 35 82958 20245 012378 11369
BUS30 BUS02 36 5993 9148 0 1973
BUS31 BUS06 37 67594 88866 0 64646
BUS31 BUS06 38 67594 88866 0 64646
BUS32 BUS10 39 155818 187617 0 123103
BUS11 BUS12 40 00864 10937 000391 010623
BUS13 BUS12 41 012181 12065 000469 012744
BUS20 BUS19 42 -39702 14665 001542 030405
BUS33 BUS19 43 151503 95238 022544 45733
BUS34 BUS20 44 121778 74705 017926 35853
BUS35 BUS22 45 155816 166126 0 13477
BUS36 BUS23 46 134243 63977 009776 53183
BUS37 BUS25 47 129449 64436 011877 45923
157
BUS38 BUS29 48 198968 113339 039812 77634
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1484574
REACTIVE POWER [pu] 1164575
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1444346
REACTIVE POWER [pu] 326439
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 40229
REACTIVE POWER [pu] 838136
Annexe B3 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du
SSSC agrave la linge 45 (Zone 3)
I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques 20
I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du
Maghreb Arabe
21
I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique 22
I61) Qualiteacute de la tension 22
I611) Amplitude 22
I612) Freacutequence 23
I613) Forme Drsquoonde 23
I614) Symeacutetrie 23
I62) Qualiteacute du courant 23
I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique 24
I71) Classification des perturbations eacutelectriques 24
I711) Creux de tension et coupures 24
a) Origines de creux de tension et coupures 25
I712) Harmonique 26
a) Inters harmoniques 26
b) Infra-harmoniques 26
c) Conseacutequences des harmoniques 26
d) Les principales sources drsquoharmoniques 26
I713) Surtensions 27
a) Origine ou causes des surtensions 28
I714) Variations et fluctuations de tension 28
a) Origines des variations et fluctuations de tension 28
I715) Deacuteseacutequilibres 29
a) Origines de Deacuteseacutequilibres 29
I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations 29
I72) Le system de protection 30
I8) La Stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31
I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31
I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 31
I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire) 32
I8211) Stabiliteacute Angulaire Aux Petites Perturbations 33
I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
transitoire
34
I822) Stabiliteacute de la freacutequence 35
I823) Stabiliteacute de tension 35
I8231) Instabiliteacute de la tension 35
I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension 36
I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites
perturbations
36
I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes
perturbations
36
I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension 36
I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation 37
I92) Charge appeleacutee trop importante 37
I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport 37
I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 38
I11) Conclusion 40
Le concept des FACTS
II1) Introduction 42
II2) Le concept FACTS 42
II21) Fonctionnement des FACTS
II22) Contexte algeacuterien
44
45
II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS 47
II3) Les dispositifs FACTS 47
II4) Classification des dispositifs FACTS 48
II41) Classification selon la geacuteneacuteration 48
II411) Geacuteneacuteration I 48
II412) Geacuteneacuteration II 48
II413) Geacuteneacuteration III 48
II42) Classification selon la cateacutegorie 48
II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS 49
a) Dispositifs FACTS Shunt 49
Compensateur statique de puissance reacuteactive (SVC) 49
Compensateur statique synchrone ( STATCOM) 49
Geacuteneacuterateur statique synchrone (SSG) 49
Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (SVG) 50
Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (SVS) 50
Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (TCBR) 50
b) Dispositifs FACTS seacuteries 51
Controcircleur de transit de puissance entre lignes (IPFC) 51
Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (TCSC) 51
Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (TSSC) 51
Chapitre II
Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (TCSR) 51
Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (TSSR) 52
Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (SSSC) 52
c) Dispositifs FACTS hybrides 52
Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (UPFC) 52
Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (TCPST) 52
Reacutegulateur de puissance interphases (IPC) 52
d) Autres dispositifs FACTS 53
Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVL) 53
Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVR) 53
II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors 54
Compensateur synchrone statique(STATCOM) 54
Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC) 58
II6) Coucirct des dispositifs FACTS 62
II7) Synthegravese des dispositifs FACTS 63
II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie des
dispositifs FACTS
63
II9) Conclusion 64
Modeacutelisation du systegraveme eacutetudieacute de la charge au reacuteseau complet
III1) Introduction 67
III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS 67
III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs 67
III22) Modegraveles des charges 69
III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt 69
III24) Modegraveles de la ligne 70
Chapitre III
III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques 71
III26) Modegraveles du transformateur 72
III27) Modeacutelisation de la machine synchrone 73
III28) Modeacutelisation du STATCOM 74
III29) Modeacutelisation du SSSC 75
III3) Conclusion 78
IV1) Introduction 80
IV2) Outils de simulation 81
IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 82
IV31) Facteur de charger et les directions de puissance 83
IV32) Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance 84
IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE39 nœuds 87
IV41) Preacutesentation du reacuteseau 87
IV5) Emplacement du STATCOM 91
IV51) Impact du STATCOM 92
IV511) Profils des tensions et les pertes de puissance dans le
systegraveme
94
IV512) Synthegravese 98
IV6) Emplacement du SSSC 99
IV61) Impact du SSSC 100
IV611) SSSC inseacutereacute sur la linge 45 103
IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 104
IV613) Synthegravese 106
IV7) Conclusion 107
Chapitre IV
Ameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau de transport par les FACTS
Conclusion geacuteneacuterale 109
Bibliographies 112
Annexes 116
Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique 14
Figure I2 Reacuteseaux publique 15
Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique 17
Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial 19
Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute 19
Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute 20
Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension 24
Figure I8 Paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12) 25
Figure I9 Harmoniques 27
Figure I10 Exemple de surtension 27
Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension 28
Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension 29
Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques 30
Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique 32
Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps 34
Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 39
Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif 43
Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar 46
Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie 47
Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie 48
Figure II5 Classification des dispositifs FACTS 54
Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM 55
Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM 56
Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM 57
Liste des figures
Figure II9 Scheacutema de base du SSSC 58
Figure II10
Figure II11
Figure II12
Figure II13
Caracteacuteristique statiques du SSSC
Principe de fonctionnement de SSSC
Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple
Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du
SSSC
59
60
61
61
Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur 68
Figure III2 Modegravele des charges 69
Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt 70
Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport 70
Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur 72
Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone 73
Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM 74
Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation 76
Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT 82
Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink 82
Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas preacutedicteur) 85
Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas correcteur) 86
Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas correcteur obtenu
par les moyens de la parameacutetrisation locale
87
Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds 88
Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds 89
Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS 90
Figure IV9 Profile de tension du reacuteseau IEEE 39-nœuds 91
Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone 91
Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1 du systegraveme (eacutetat de base) 92
Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme (eacutetat de base) 92
Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de base 92
Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8 94
Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8 94
Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 8 95
Figure IV17 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 8 95
Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM 95
Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 03 96
Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 15 96
Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 15 97
Figure IV23 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV24 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV25 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 15 98
Figure IV26 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 15 98
Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents
emplacements du STATCOM
98
Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du
STATCOM
99
Figure IV29 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement 100
Figure IV30 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement 100
Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge15 102
Figure IV35 Profils de pertes de puissance actives avec SSSC sur la ligne 15 102
Figure IV36 Profils de pertes de puissance reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15 102
Figure IV37 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103
Figure IV38 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103
Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge 45 104
Figure IV41 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV42 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge48 105
Figure IV45 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV46 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC 106
Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents emplacements du
SSSC
106
Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS 62
Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS 63
Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme 72
Liste des tableaux
kV Kilovolt
Hz Hertz
THT Tregraves haute tension
UHT Ultra haute tension
Km Kilomegravetre
HTB Haute tension
RTE Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute
HTA Moyenne tension
BT Basse tension
SDO Socieacuteteacute de distribution de lrsquoouest
UMA Union du Maghreb Arabe
ONE Office National Marocain de lrsquoElectriciteacute
STEG Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz
Comelec Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute
IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Eacutelectriciteacute et en Eacutelectronique
CEI Commission eacutelectrotechnique internationale
119880119903119890119891 Tension de reacutefeacuterence
ms Mili-seconde
rms Root means square
pu Systegraveme de valeur relative (Per unit )
CPF Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance
GW Geacutegawatts
PSAT Power System Analysis Toolbox
AC Alternative Current (Courant altenatif)
IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Electriciteacute et en Electronique
Liste des acronymes
∆U Diffeacuterence de tension
∆T Diffeacuterence de temps
FACTS Flexible Alternating Current Transmission System
STATCOM Compensateur Statique Synchrone
SSSC
GTO
Compensateur Statique seacuterie synchrone
Gate Turn Off
119881119904 Tension de la source
119881119903 Tension de la charge
119868119898119886119909 Courant maximal
119868119898119894119899 Courant minimal
MLI Modulation par largeur dimpulsion
119881119904ℎ Tension (shunt) injecteacutee par le STATCOM
119876119904ℎ Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le STATCOM
119876119903 Puissance reacuteactive demandeacutee par la charge
119868119904ℎ Courant (shunt) injecteacute par le STATCOM
119881119904119890 Tension (seacuterie) injecteacute par le SSSC
119883119897 Reacuteactance de la ligne de transport
X Reacuteactance totale du reacuteseau
119883119890119891119891 Reacuteactance effective
V Tension de source
B Susceptance
119883119886 Reacuteactance seacuterie limitant les transitoires
119868119902 Composante du courant de la ligne sur lrsquoaxe q
119868prime119902 Composante du courant fourni par le compensateur shunt sur lrsquoaxe q
119881119904119902 Composante de la tension de la source sur lrsquoaxe q
119883119894 Angle de commutation
119868119897 Courant de ligne
λ Facteur de charge
Liste des symboles
Introduction geacuteneacuterale
INTRODUCTION GENERALE
9
Aujourdrsquohui la consommation de leacutenergie eacutelectrique et le sceacutenario des systegravemes
dalimentation est hautement complexe et interconnecteacute il y a un grand besoin
dameacuteliorer lutilisation deacutenergie eacutelectrique tout en conservant sa fiabiliteacute et sa seacutecuriteacute
Lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecoulement de puissance et la stabiliteacute dans le langage du systegraveme
eacutelectrique est la solution de leacutetat deacutequilibre des reacuteseaux Habituellement une centrale nest
pas situeacutee agrave proximiteacute du centre de charge mais elle peut ecirctre loin du centre de distribution
en raison de circonstances diverses Pour reacutepondre agrave la demande de puissance sans
cesse croissante les services publics preacutefegraverent sappuyer sur la production de
leacutelectriciteacute deacutejagrave existante au lieu de construire de nouvelles lignes de transmission qui
sont limiteacutees par des contraintes diverses
Les reacuteseaux eacutelectriques jusquagrave ces derniegraveres anneacutees sont controcircleacutes
meacutecaniquement malgreacute lutilisation de la microeacutelectronique des ordinateurs et des
moyens rapides de teacuteleacutecommunication dans le controcircle des reacuteseaux la derniegravere action dans
ces systegravemes de commande est prise avec des dispositifs meacutecaniques ayant un temps
de reacuteponse plus au moins long et avec lesquels laction damorccedilage et de reacuteamorccedilage
ne peut ecirctre reacutepeacutetitivement exeacutecuteacute agrave une freacutequence eacuteleveacutee
Les eacuteleacutements proposeacutes qui permettent drsquoameacuteliorer les systegravemes sont les dispositifs
FACTS laquo Flexible Alternating Current Transmission System raquo Les dispositifs FACTS font
en geacuteneacuteral appel agrave leacutelectronique de puissance des microprocesseurs de lautomatique des
teacuteleacutecommunications et des logiciels pour parvenir agrave controcircler les systegravemes de puissance Ce
sont des eacuteleacutements de reacuteponse rapide Ils donnent en principe un controcircle plus souple
de leacutecoulement de puissance Ils donnent aussi la possibiliteacute de charger les lignes de transit
agrave des valeurs pregraves de leur limite thermique et augmentent la capaciteacute de transfegravere de la
puissance dune reacutegion agrave une autre Ils Limitent aussi les effets des deacutefauts et
des deacutefaillances de leacutequipement et stabilisent le comportement du reacuteseau eacutelectrique
Lrsquoeacutetude du comportement de la tension dans les reacuteseaux eacutelectriques est devenue une
preacuteoccupation majeure des exploitants et planificateurs de ces systegravemes En fait plusieurs
incidents geacuteneacuteraliseacutes survenus dans le monde ont eacuteteacute associeacutes agrave des instabiliteacutes de tension Ce
mode drsquoinstabiliteacute nrsquoest pas encore bien maicirctriseacute compareacute au mode drsquoinstabiliteacute angulaire
(dynamique et transitoire) En effet le meacutecanisme causant lrsquoinstabiliteacute de tension semble lrsquoun
des plus importants problegravemes agrave clarifier Aujourdrsquohui encore il nrsquoy a pas une theacuteorie
INTRODUCTION GENERALE
10
disponible et largement accepteacutee pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension Les problegravemes lieacutes agrave
ce type drsquoinstabiliteacute constituent alors dans plusieurs pays un axe de recherche tregraves important
Des releveacutes sur les incidents survenus durant les derniegraveres deacutecennies ont montreacute que
lrsquoeffondrement de tension intervient geacuteneacuteralement suite agrave une perturbation majeure ou agrave une
augmentation importante de la charge sur un reacuteseau eacutelectrique soumis agrave de fortes contraintes
Ce reacuteseau srsquoaffaiblit et sa consommation reacuteactive srsquoaccroicirct Le pheacutenomegravene est alors
caracteacuteriseacute par une baisse progressive de la tension dans une ou plusieurs reacutegions
consommatrices et qui va en srsquoacceacuteleacuterant au bout de quelques minutes La deacutegradation de la
tension au niveau des charges est alors telle qursquoelle entraicircne des interruptions de service dont
les causes directes peuvent ecirctre
- Manque de tension
- Augmentation des pertes reacuteactive du reacuteseau
La deacutefaillance du reacuteglage de la tension au niveau des bornes des groupes a pour
conseacutequence une acceacuteleacuteration de la deacutegradation du plan de la tension qui peut aller jusqursquoagrave
des deacuteclenchements en cascade de groupes et de lignes et un effondrement geacuteneacuteral du reacuteseau
Dans cette situation les moyens classiques de controcircle des reacuteseaux (transformateur agrave
prises reacuteglables en charge transformateurs deacutephaseurs compensateurs seacuterie ou parallegravele
commuteacutes par disjoncteurs modification des consignes de production changement de
topologie du reacuteseau et action sur lexcitation des geacuteneacuterateurs) pourraient dans lavenir saveacuterer
trop lents et insuffisants pour reacutepondre efficacement aux problegravemes drsquoinstabiliteacute du reacuteseau
compte tenu notamment des nouvelles contraintes Il faudra donc compleacuteter leur action en
mettant en œuvre des dispositifs eacutelectroniques de puissance ayant des temps de reacuteponse
courts qui sont les FACTS
Le maintien de lrsquoeacutequilibre entre la production et la consommation neacutecessite alors une
surveillance permanente du systegraveme afin drsquoassurer la qualiteacute du service (problegraveme de
conduite) garantir sa seacutecuriteacute (problegraveme de protection) et sa stabiliteacute (problegraveme de reacuteglage)
Ainsi le premier chapitre de ce meacutemoire est consacreacute agrave une introduction geacuteneacuterale aux
problegravemes que rencontrent actuellement les reacuteseaux eacutelectriques Nous preacutesenterons ensuite La
INTRODUCTION GENERALE
11
stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
Dans le deuxiegraveme chapitre nous preacutesenterons le concept FACTS et plus
particuliegraverement le contexte Algeacuterien ainsi la conception et le principe de fonctionnement de
deux systegravemes FACTS qui seront retenus pour la suite de cette eacutetude
Dans le troisiegraveme chapitre nous preacutesenterons la modeacutelisation de deux systegravemes FACTS
qui sont retenus pour la simulation La modeacutelisation des eacuteleacutements des reacuteseaux sera eacutegalement
eacutevoqueacutee
Le chapitre quatre preacutesentera les reacutesultats des simulations lors de lrsquoeffondrement de
tension Ces tests concernent lrsquoimpact des dispositifs FACTS sur le pheacutenomegravene de
lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de
puissance (CPF) Nous utiliserons pour cela le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds
Lorsque tout ce qui preacutecegravede aura eacuteteacute exposeacute il ne nous restera plus qursquoagrave conclure et agrave
proposer des perspectives drsquoeacutetudes futures permettant de compleacuteter le travail reacutealiseacute tout au
long de ce meacutemoire
12
Chapitre 1
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
13
CHAPITRE I
I1) Introduction
Lrsquoeacutenergie eacutelectrique est la forme drsquoeacutenergie la plus largement reacutepandue car elle est
facilement transportable avec un rendement eacuteleveacute et un coucirct raisonnable Un reacuteseau eacutelectrique
est un ensemble dinfrastructures dont le but est dacheminer de leacutenergie eacutelectrique agrave partir de
centres de production vers les consommateurs deacutelectriciteacute (charge) Le premier reacuteseau
eacutelectrique a vu le jour aux Etats Unis en 1882 et a eacuteteacute conccedilu par Thomas
Edison Crsquoeacutetait un reacuteseau local agrave courant continu et servait agrave assurer lrsquoeacuteclairage de la reacutegion de
Manhattan La distribution de lrsquoeacutenergie eacutetait assureacutee par des cacircbles souterrains
Avec lrsquoinvention du transformateur par William Stanley en 1885 et celle du moteur agrave
courant alternatif par Nikola Tesla en 1888 les reacuteseaux agrave courant alternatif commencegraverent agrave
prendre le pas sur les reacuteseaux agrave courant continu du fait qursquoil eacutetait devenu possible drsquoacheminer
plus de puissance sur de plus grandes distances gracircce agrave des niveaux de tension plus eacuteleveacutes
Un autre avantage non neacutegligeable du courant alternatif est la suppression du collecteur
donc des problegravemes de commutation dans les alternateurs ce qui a permis de construire des
alternateurs de grande puissance agrave moyenne tension Les reacuteseaux eacutetaient drsquoabord monophaseacutes
puis triphaseacutes (23 kV en 1893) et agrave diffeacuterentes freacutequences (28Hz agrave 133Hz) Progressivement
la neacutecessiteacute de mise en fonctionnement en parallegravele et drsquointerconnexion des diffeacuterents reacuteseaux
a conduit agrave la standardisation de la freacutequence
60 Hz aux Etats Unis et au Canada
50 Hz pour la majoriteacute des pays en Afrique Asie et Europe
Les niveaux de tensions ont eux aussi eacutevolueacute graduellement jusqursquoagrave atteindre
aujourdrsquohui lrsquoUltra Haute tension 765 kV en service aux Etats Unis et ce depuis 1969Le
transport drsquoeacutenergie eacutelectrique sur de tregraves grandes distances est devenu plus avantageux en
courant continu qursquoen alternatif et ce gracircce au deacuteveloppement de lrsquoeacutelectronique de puissance
Ainsi il est plus eacuteconomique de convertir la THT ou UHT de lrsquoalternatif au continu de
transporter lrsquoeacutenergie eacutelectrique agrave lrsquoaide de deux lignes et de la reconvertir agrave lrsquoautre extreacutemiteacute
Des eacutetudes ont montreacute qursquoil eacutetait avantageux de recourir au courant continu lorsqursquoil
srsquoagissait de transporter de lrsquoeacutenergie eacutelectrique sur des distances supeacuterieures ou eacutegales agrave 500
km
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
14
CHAPITRE I
Lrsquoaccroissement eacutenorme de la demande de lrsquoeacutenergie eacutelectrique et les contraintes
eacuteconomiques de construire de nouveaux ouvrages conduisent agrave lrsquoexploitation des reacuteseaux
eacutelectriques preacutes de leurs limites de stabiliteacute et de seacutecuriteacute En effet lrsquoinstabiliteacute des reacuteseaux
eacutelectriques preacutesente un problegraveme majeur dans le bon fonctionnement de ces derniers autour du
monde Les perturbations ineacutevitables telles que les courts circuits les indisponibiliteacutes
momentaneacutees des lignes de transmission des geacuteneacuterateurs les transformateurs ainsi que les
pertes dans les lignes peuvent affecter le reacuteseau eacutelectrique agrave tout instant et lrsquoamener en dehors
de sa zone de stabiliteacute La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique est donc la proprieacuteteacute qui lui permet
de rester dans un eacutetat drsquoeacutequilibre pour des conditions de fonctionnement normales et de
retrouver un eacutetat drsquoeacutequilibre acceptable suite agrave une perturbation
I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique
Les reacuteseaux eacutelectriques (transport et distribution) ont pour rocircle drsquoacheminer lrsquoeacutenergie
des sites de production vers les lieux de consommation avec des eacutetapes de baisse du niveau
de tension dans des postes de transformation
Les reacuteseaux eacutelectriques ont pour fonction dinterconnecter les centres
de production tels que les centrales hydrauliques thermiquesetc avec les centres de
consommation (villes usines) [1]
I21) De la centrale aux abonneacutes
La tension agrave la sortie des grandes centrales est porteacutee agrave 400 000 volts (ou 400 kV) pour
limiter les pertes drsquoeacutenergies sous forme de chaleur dans les cacircbles des lignes eacutelectriques de
transport (ce sont les pertes par laquo effets de joule raquo) Ensuite la tension est progressivement
reacuteduite au plus preacutes de la consommation pour arriver aux diffeacuterents niveaux de tension
auxquels sont raccordeacutes les consommateurs (figure I1)
Centrale
De
Production
Poste de
Transformation
THT HT
Poste de
Transformation
MT BT
Poste de
Transformation
HT HT
Abonneacutes HT Abonneacutes BT Abonneacutes MT
Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique
Poste de
Transformation
HTMT
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
15
CHAPITRE I
Les reacuteseaux publics drsquoeacutelectriciteacute (figure I2) sont constitueacutes drsquoun ensemble de
conducteurs et de postes eacutelectriques permettant drsquoacheminer lrsquoeacutenergie depuis les installations
de production jusqursquoaux installations de consommation
Les conducteurs sont les lignes aeacuteriennes ou les cacircbles souterrains (ou les cacircblages
courant en faccedilades drsquoimmeubles) desservant le territoire selon un scheacutema mailleacute ou
arborescent Pour des raisons tenant agrave des calculs technico-eacuteconomiques ils sont exploiteacutes agrave
diffeacuterents niveaux de tension
Les postes eacutelectriques sont situeacutes aux nœuds du maillage ou de lrsquoarborescence des
conducteurs Ils accueillent les transformateurs (pour le changement de niveau de tension) les
organes drsquoaiguillage et de manœuvre des flux et les eacutequipements de surveillance et de seacutecuriteacute
du reacuteseau [2]
Le but premier dun reacuteseau deacutenergie est de pouvoir alimenter la demande des
consommateurs Comme on ne peut encore stocker eacuteconomiquement et en grande quantiteacute
leacutenergie eacutelectrique il faut pouvoir maintenir en permanence leacutegaliteacute [3]
(I1)
Figure I2 Reacuteseaux publiques
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
16
CHAPITRE I
Le reacuteseau eacutelectrique est exploiteacute de maniegravere agrave assurer trois principaux objectifs
bull La distribution drsquoeacutelectriciteacute doit pouvoir ecirctre garantie et ce malgreacute les aleacuteas du reacuteseau
En effet celle-ci est un enjeu agrave la fois financier et de seacutecuriteacute pour les biens mateacuteriels
et des personnes Ainsi lrsquoopeacuterateur du reacuteseau doit ecirctre capable de faire face agrave ces aleacuteas
et drsquoeacuteviter les deacutegacircts potentiels ainsi que leurs propagations Cet enjeu de sucircreteacute de
fonctionnement en reacutegime normal et en reacutegime perturbeacute est un des premiers objectifs
bull Lrsquoonde de tension fait lrsquoobjet drsquoengagement contractuel que lrsquoopeacuterateur se doit de
ternir en respectant une regravegle drsquoeacutegaliteacute cest-agrave-dire une impartialiteacute entre clients en
conservant une continuiteacute de service maximale
bull Le dernier objectif drsquoexploitation est un objectif eacuteconomique lrsquoexploitation doit ecirctre
meneacutee de maniegravere optimale dans le but de reacuteduire les pertes ainsi que les coucircts de
maintenance et drsquoinvestissement Drsquoautre part lrsquoexploitation doit favoriser lrsquoouverture
du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute
I 3) Fonctionnent du reacuteseau eacutelectrique
Lrsquoeacutelectriciteacute produite par les centrales est drsquoabord achemineacutee sur de longues distances
dans des lignes agrave haute tension (HTB) geacutereacutees par RTE (Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute)
Elle est ensuite transformeacutee en eacutelectriciteacute agrave la tension HTA pour pouvoir ecirctre
achemineacutee par le reacuteseau de distribution Cette transformation intervient dans les postes
sources
Une fois sur le reacuteseau de distribution lrsquoeacutelectriciteacute haute tension HTA alimente
directement les clients industriels Pour les autres clients (particuliers commerccedilants
artisans) elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation avant
drsquoecirctre livreacutee
Au final la qualiteacute de lrsquoalimentation en eacutelectriciteacute des utilisateurs du reacuteseau est donc le
reacutesultat de la qualiteacute de tout ce parcours [4]
I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectriques
Dans les pays doteacutes drsquoun systegraveme eacutelectrique eacutelaboreacute le reacuteseau est structureacute en plusieurs
niveaux assurant des fonctions speacutecifiques propres et caracteacuteriseacutes par des tensions adapteacutees agrave
ces fonctions
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
17
CHAPITRE I
Traditionnellement les reacuteseaux eacutelectriques sont deacutecomposeacutes en trois sous-systegravemes la
geacuteneacuteration le transport et la distribution (figure I3) Chaque sous-systegraveme est relieacute par des
postes sources chargeacutes de lrsquoadeacutequation des niveaux de tension
Dans le contexte de ce paragraphe nous allons preacutesenter la structure et la topologie du
reacuteseau eacutelectrique Algeacuterien (les informations des paragraphes ci ndashdessous sont prises lors drsquoun
stage effectueacute agrave la SDO
I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie
I411) Reacuteseaux drsquoutilisation
Ces sont les reacuteseaux de basse tension (BT) qui alimentent les maisons lrsquoeacuteclairage
public les moteurs et les appareils domestiques Ce type de reacuteseau eacutelectrique doit preacutesenter
une continuiteacute de service permanente Geacuteneacuteralement la gamme de tension est de 220 volts agrave
380 volts
Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
18
CHAPITRE I
I412) Reacuteseaux de distribution
Ce sont les reacuteseaux de moyenne tension (MT) qui fournissent aux reacuteseaux
drsquoutilisation les puissances neacutecessaires demandeacutees Ils doivent observer des distances limiteacutees
de voisinage crsquoest pour cela que ces reacuteseaux se reacutealisent en souterrain dans les villes (En
Algeacuterie le niveau de tension de distribution de lrsquoeacutenergie est fixeacute agrave 10 kV)
I413) Reacuteseaux de reacutepartition
Ce sont les reacuteseaux HTMT (3010 kV) ils fournissent les puissances neacutecessaires
aux reacuteseaux de distribution relieacutes entre eux ils facilitent le secours mutuel entre reacutegions
I414) Reacuteseaux de transport
Ils assurent lrsquoalimentation de lrsquoensemble du territoire national gracircce agrave des
transits de puissances importantes et de tensions qui sont de 60 220 et 400 kV
I42) Topologie des reacuteseaux
Les reacuteseaux doivent assurer le transit de lrsquoeacutenergie eacutelectrique avec une seacutecuriteacute
suffisante cette seacutecuriteacute drsquoalimentation est augmenteacutee soit
Par les lignes aux appareillages plus solides
Par des circuits plus nombreux
I421) Reacuteseaux radiaux
Le principe de fonctionnement de reacuteseau radial est agrave une seule voie drsquoalimentation Ceci
signifie que tout point de consommation sur une telle structure ne peut ecirctre alimenteacute que par
un seul chemin eacutelectrique possible Il est de type arborescent Cette arborescence se deacuteroule agrave
partir des points drsquoalimentation qui sont constitueacutes par les postes de distribution publique
HTBHTA ou HTAHTA (reacutepartition) Ce scheacutema (figure I4) est particuliegraverement utiliseacute pour
la distribution de la MT en milieu rural En effet il permet facilement et agrave un moindre coucirct
drsquoacceacuteder agrave des points de consommation de faible densiteacute de charge (gtgt10 kVA) et largement
reacutepartis geacuteographiquement (gtgt 100 km2)
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
19
CHAPITRE I
I422) Reacuteseaux boucleacutes
Cette topologie (Figure I5) est surtout utiliseacutee dans les reacuteseaux de reacutepartition et
distribution MT Les postes de reacutepartition HT ou MT alimenteacutes agrave partir du reacuteseau THT sont
relieacutes entre eux pour former des boucles ceci dans le but drsquoaugmenter la disponibiliteacute
Cependant il faut noter que les reacuteseaux MT ne sont pas forcement boucleacutes [23]
1 Source
2 Poste MTHT
3 Poste MTBT
4 Consommateur
Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute
Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
20
CHAPITRE I
I423) Reacuteseaux mailleacutes
Cette topologie (Figure I6) est presque la norme pour les reacuteseaux de transport Tous les
centres de production sont lieacutes entre eux par des lignes THT au niveau des postes
drsquointerconnexion ce qui forme un maillage Cette structure permet une meilleure fiabiliteacute
mais neacutecessite une surveillance agrave lrsquoeacutechelle nationale voire continentale
On obtient ainsi une meilleure seacutecuriteacute mais agrave un prix plus chers [5]
I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques [6]
Lrsquointerconnexion entre les reacuteseaux de transport drsquoeacutelectriciteacute sert agrave faire passer lrsquoeacutenergie
drsquoun pays agrave un autre Leur rocircle premier est de permettre drsquoassurer la distribution drsquoeacutelectriciteacute
en cas de deacutefaillance soudaine sur le reacuteseau national en faisant appel agrave lrsquoeacutenergie produite et
transporteacutee par les pays voisins
Lrsquointerconnexion des reacuteseaux permet de rendre solidaires les pays voisins et de
diversifier les sources de production Ce foisonnement renforce la seacutecuriteacute
drsquoapprovisionnement et diminue le risque de panne geacuteneacuteraliseacutee
Les infrastructures existantes doivent ecirctre adapteacutees afin drsquoacheminer lrsquoeacutenergie
produite par les nouvelles sources renouvelables
Les infrastructures eacutenergeacutetiques doivent permettre en augmentant les eacutechanges
interreacutegionaux de favoriser la concurrence et drsquoameacuteliorer le fonctionnement du marcheacute
Source 1 Source 2 Source 3 Source 4
Source 5 Source 6
Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
21
CHAPITRE I
I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du Maghreb Arabe
Degraves le mois de juin 1974 bien avant la constitution de lrsquoUnion du Maghreb Arabe
(UMA) en 1989 les entreprises publiques drsquoeacutelectriciteacute des trois pays lrsquoOffice National
Marocain de lrsquoElectriciteacute (ONE) la Socieacuteteacute Nationale Algeacuterienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz
(SONELGAZ) la Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz (STEG) ont deacutecideacute la creacuteation
du Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute (Comelec) immeacutediatement enteacuterineacutee par le Conseil
Permanent Consultatif Maghreacutebin (CPCM) qui regroupe les ministres de lrsquoEconomie des trois
pays
Les compagnies des deux autres pays ont rejoint le Comiteacute Sonelec (Mauritanie) en
1975 et Gecol (Libye) en 1989 apregraves la constitution de lrsquoUMA formant ainsi le groupe
speacutecialiseacute le plus ancien de lrsquoUnion dont les missions consistent agrave promouvoir et coordonner
agrave lrsquoeacutechelle maghreacutebine et vis agrave vis des institutions internationales les relations sur le plan
technique eacuteconomique commercial industriel du management de la formation et des
relations sociales Dans ce cadre des actions concregravetes et efficaces ont eacuteteacute conduites en
commun
bull Renforcement des lignes drsquointerconnexion et deacuteveloppement des eacutechanges eacutelectriques
avec pour finaliteacute drsquoassurer une solidariteacute des reacuteseaux tout en eacutevitant les risques de
propagation drsquoincidents graves
bull Programmes drsquoeacutequipement et eacutetude de projets communs diffusion drsquoun scheacutema
directeur agrave long terme du reacuteseau maghreacutebin projets de station de pompage ou mecircme de
centrale nucleacuteaire
bull Elaboration et mise agrave jour permanente drsquoune carte du reacuteseau eacutelectrique maghreacutebin y
compris le reacuteseau de distribution impliquant lrsquoalimentation des villages frontaliers agrave partir du
reacuteseau le plus proche et dans les conditions technico - eacuteconomiques les plus favorables la
premiegravere action et probablement la plus symbolique a eacuteteacute lrsquoalimentation du village tunisien
martyre de Sakiet Sidi Youcef agrave partir du reacuteseau algeacuterien ou du village marocain de Figuig agrave
partir du reacuteseau algeacuterien agrave Beni Ounif
bull Utilisation commune des structures de formation eacutelectriques et gaziegraveres
bull Promotion de lrsquointeacutegration industrielle maghreacutebine de lrsquointervention des bureaux
drsquoeacutetudes et entreprises de travaux et de fabrication de mateacuteriel eacutelectrique du Maghreb agrave
travers notamment le renforcement de la fonction engineering [7]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
22
CHAPITRE I
I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique
La qualiteacute de cette eacutenergie deacutepend de celle de la tension aux points de raccordement
toutefois cette tension subit geacuteneacuteralement beaucoup de perturbations de deux origines
distinctes drsquoune part les perturbations de courant causeacutees par le passage dans les reacuteseaux
eacutelectriques des courants perturbateurs comme les courants harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et
reacuteactifs et drsquoautre part les perturbations de tension causeacutees par des tensions perturbatrices
comme les tensions harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et les creux de tension [8]
La qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique est consideacutereacutee comme une combinaison de la qualiteacute
de la tension et de la qualiteacute du courant Nous allons donc deacutefinir ces deux notions dans la
suite de ce paragraphe
I61) Qualiteacute de la tension
Dans la pratique lrsquoeacutenergie eacutelectrique distribueacutee se preacutesente sous la forme drsquoun ensemble
de tensions constituant un systegraveme alternatif triphaseacute qui possegravede quatre caracteacuteristiques
principales amplitude freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie [9]
I611) Amplitude
Lrsquoamplitude de la tension est un facteur crucial pour la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute Elle
constitue en geacuteneacuteral le premier engagement contractuel du distributeur drsquoeacutenergie
Habituellement lrsquoamplitude de la tension doit ecirctre maintenue dans un intervalle de plusmn 10
autour de la valeur nominale
Dans le cas ideacuteal les trois tensions ont la mecircme amplitude qui est une constante
Cependant plusieurs pheacutenomegravenes perturbateurs peuvent affecter lrsquoamplitude des tensions En
fonction de la variation de lrsquoamplitude on distingue deux grandes familles de perturbations
- Les creux de tension coupures et surtensions Ces perturbations se caracteacuterisent par des
variations importantes de lrsquoamplitude Elles ont pour principale origine des courts-circuits et
peuvent avoir des conseacutequences importantes pour les eacutequipements eacutelectriques
- Les variations de tension Ces perturbations se caracteacuterisent par des variations de
lrsquoamplitude de la tension infeacuterieure agrave 10 de sa valeur nominale Elles sont geacuteneacuteralement
dues agrave des charges fluctuantes ou des modifications de la configuration du reacuteseau
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
23
CHAPITRE I
I612) Freacutequence
Dans le cas ideacuteal les trois tensions sont alternatives et sinusoiumldales drsquoune freacutequence
constante de 50 ou 60 Hz selon le pays Des variations de freacutequence peuvent ecirctre provoqueacutees
par des pertes importantes de production de lrsquoicirclotage drsquoun groupe sur ses auxiliaires ou son
passage en reacuteseau seacutepareacute ou drsquoun deacutefaut dont la chute de tension reacutesultante entraicircne une
reacuteduction de la charge [9]
I613) Forme drsquoonde
La forme drsquoonde des trois tensions formant un systegraveme triphaseacute doit ecirctre la plus proche
possible drsquoune sinusoiumlde En cas de perturbations au niveau de la forme drsquoonde la tension
nrsquoest plus sinusoiumldale et peut en geacuteneacuteral ecirctre consideacutereacutee comme une onde fondamentale agrave
50Hz associeacutee agrave des ondes de freacutequences supeacuterieures ou infeacuterieures agrave 50 Hz appeleacutees
eacutegalement harmoniques Les tensions peuvent eacutegalement contenir des signaux permanents
mais non-peacuteriodiques alors deacutenommeacutes bruits
I614) Symeacutetrie
La symeacutetrie drsquoun systegraveme triphaseacute se caracteacuterise par lrsquoeacutegaliteacute des modules des trois
tensions et celle de leurs deacutephasages relatifs La dissymeacutetrie de tels systegravemes est
communeacutement appeleacute deacuteseacutequilibre [9]
I62) Qualiteacute du courant
La qualiteacute du courant est relative agrave une deacuterive des courants de leur forme ideacuteale et se
caracteacuterise de la mecircme maniegravere que pour les tensions par quatre paramegravetres amplitude
freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie Dans le cas ideacuteal les trois courants sont drsquoamplitude et
de freacutequence constantes deacutephaseacutes de 2π3 radians entre eux et de forme purement
sinusoiumldale
Le terme laquo qualiteacute du courant raquo est rarement utiliseacute car la qualiteacute du courant est
eacutetroitement lieacutee agrave la qualiteacute de la tension et la nature des charges Pour cette raison laquo la
qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique raquo est souvent reacuteduite agrave laquo la qualiteacute de la tension raquo [10]
Crsquoest lrsquoobjectif de ce meacutemoire ougrave le terme de laquo qualiteacute de lrsquoeacutenergie raquo srsquoapplique
uniquement agrave celle de la tension [13]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
24
CHAPITRE I
I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique
Le reacuteseau eacutelectrique peut ecirctre soumis agrave de multiples perturbations Ces deacutefauts qui
peuvent ecirctre mesureacutes gracircce agrave lrsquoutilisation de centrales de mesure peuvent endommager les
machines et fragiliser toutes les installations eacutelectriques
Il existe diffeacuterents types de perturbations les creux de tension les surtensions
passagegraveres les pheacutenomegravenes transitoires les deacuteseacutequilibres les distensions harmoniques ou
encore les entailles de commutations [11]
I71) Classification des perturbations eacutelectriques
I711) Creux de tension et coupures
Un creux de tension (figure I7) est une baisse brutale de la tension en un point drsquoun
reacuteseau drsquoeacutenergie eacutelectrique agrave une valeur comprise (par convention) entre 90 et 1 (CEI
61000-2-1 CENELEC EN 50160) ou entre 90 et 10 (IEEE 1159) drsquoune tension de
reacutefeacuterence (119880119903119890119891) suivie drsquoun reacutetablissement de la tension apregraves un court laps de temps compris
entre la demi-peacuteriode fondamentale du reacuteseau (10 ms agrave 50 Hz) et une minute
La tension de reacutefeacuterence est geacuteneacuteralement la tension nominale pour les reacuteseaux BT et la
tension deacuteclareacutee pour les reacuteseaux MT et HT
Une tension de reacutefeacuterence glissante eacutegale agrave la tension avant perturbation peut aussi ecirctre
utiliseacutee sur les reacuteseaux MT et HT eacutequipeacutes de systegraveme de reacuteglage (reacutegleur en charge) de la
tension en fonction de la charge Ceci permet drsquoeacutetudier (agrave lrsquoaide de mesures simultaneacutees dans
Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
25
CHAPITRE I
chaque reacuteseau) le transfert des creux entre les diffeacuterents niveaux de tension La meacutethode
habituellement utiliseacutee pour deacutetecter et caracteacuteriser un creux de tension est le calcul de la
valeur efficace laquo rms (12) raquo du signal sur une peacuteriode du fondamental toutes les demi-
peacuteriodes (recouvrement drsquoune demi-peacuteriode)
La figure (I8) montre les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension qui sont donc
bull sa profondeur ∆U (ou son amplitude U)
bull sa dureacutee ∆T deacutefinie comme le laps de temps
a) Origines des creux de tension et coupures
Les creux de tension et les coupures bregraveves sont principalement causeacutes par des
pheacutenomegravenes conduisant agrave des courants eacuteleveacutes qui provoquent agrave travers les impeacutedances des
eacuteleacutements du reacuteseau une chute de tension drsquoamplitude drsquoautant plus faible que le point
drsquoobservation est eacutelectriquement eacuteloigneacute de la source de la perturbation
Les creux de tension et les coupures bregraveves ont diffeacuterentes causes
bull des deacutefauts sur le reacuteseau de transport (HT) de distribution (BT et MT) ou sur
lrsquoinstallation elle-mecircme [9]
Les creux de tension et les coupures bregraveves sont causeacutes par des pheacutenomegravenes aleacuteatoires
Ces pheacutenomegravenes concernent soit le reacuteseau du distributeur soit le reacuteseau de lrsquoutilisateur [12]
Figure I8 Les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12)
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
26
CHAPITRE I
I712) Harmonique
Une harmonique (figure I9) est une composante sinusoiumldale drsquoune onde peacuteriodique ou
drsquoune quantiteacute posseacutedant une freacutequence qui est multiple entier de la freacutequence fondamentale
a) Inters harmoniques
Les inter-harmoniques sont des signaux de freacutequence non multiple de la freacutequence
fondamentale
b) Infra-harmoniques
Les infra harmoniques sont des signaux de freacutequence infeacuterieure agrave celle du fondamentale
c) Conseacutequences des harmoniques
Les courants harmoniques qui se propagent dans les reacuteseaux eacutelectriques deacuteforment
lrsquoallure du courant de la source et polluent les consommateurs alimenteacutes par les mecircmes
reacuteseaux On peut classer les effets engendreacutes par les harmoniques en deux types [8]
les effets instantaneacutes
les effets agrave terme
d) Les principales sources drsquoharmoniques
Ce sont des charges qursquoil est possible de distinguer selon leurs domaines industrielles
ou domestiques
Les charges industrielles
Eacutequipements drsquoeacutelectroniques de puissance variateurs de vitesse redresseurs agrave
diodes ou agrave thyristors onduleurs alimentations agrave deacutecoupage
Charges utilisant lrsquoarc eacutelectrique fours agrave arc machines agrave souder eacuteclairage
(lampes agrave deacutecharge tubes fluorescents) Les deacutemarrages de moteurs par
deacutemarreurs eacutelectroniques et les enclenchements de transformateurs de puissance
sont aussi geacuteneacuterateurs drsquoharmoniques (temporaires) [9]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
27
CHAPITRE I
I713) Surtensions
Ce pheacutenomegravene (figure I10) se produit lorsqursquoun composant eacutelectrique posseacutedant deux
bornes reccediloit une tension supeacuterieure agrave celle de la tension normale du circuit [13]
Les surtensions sont de trois natures
bull Temporaires (agrave freacutequence industrielle)
bull De manœuvre
bull Drsquoorigine atmospheacuterique (foudre)
Elles peuvent apparaicirctre
bull en mode diffeacuterentiel (entre conducteurs actifs phph ndash phneutre)
bull en mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) [10]
Figure I9 Harmoniques
Figure I10 Exemple de surtension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
28
CHAPITRE I
a) Origine ou causes des surtensions
Les orages sont des eacuteveacutenements tregraves habituels et aussi tregraves dangereux On estime que
sur notre planegravete se produisent simultaneacutement quelques 2000 orages et quenviron 100 coups
de foudre se deacutechargent sur la terre chaque seconde Au total cela repreacutesente environ 4000
orages quotidiens et 9 millions de deacutecharges atmospheacuteriques chaque jour
Au moment de lrsquoimpact la foudre provoque une impulsion de courant qui arrive agrave
atteindre des dizaines de milliers drsquoampegraveres Cette deacutecharge geacutenegravere une surtension dans le
systegraveme eacutelectrique qui peut provoquer des incendies la destruction de machines et la mort de
personnes [14]
I714) Variations et fluctuations de tension
Des variations rapides de tension reacutepeacutetitives ou aleacuteatoires (figure I11) sont provoqueacutees
par des variations rapides de puissance absorbeacutee ou produite par des installations telles que les
soudeuses fours agrave arc eacuteoliennes etc [15]
Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations
cycliques ou aleacuteatoires de lrsquoenveloppe drsquoune tension dont les caracteacuteristiques sont la
freacutequence de la variation et lrsquoamplitude
a) Origines des variations et fluctuations de tension
bull Les variations lentes de tension sont causeacutees par la variation lente des charges
connecteacutees au reacuteseau
bull Les fluctuations de tension sont principalement dues agrave des charges industrielles
rapidement variables comme les machines agrave souder les fours agrave arc les laminoirs
Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
29
CHAPITRE I
I715) Deacuteseacutequilibres
Dans un reacuteseau triphaseacute on a ideacutealement des amplitudes eacutegales de la tension et du
courant respectivement sur chacune des trois phases et un angle de phase de 120 degreacutes
Lorsque les tensions ou les courants preacutesentent une diffeacuterence drsquoamplitude il y a deacuteseacutequilibre
(figure I12) et cela peut causer des problegravemes pour les eacutequipements triphaseacutes brancheacutes au
reacuteseau Lrsquoimpact le plus courant du deacuteseacutequilibre est la surchauffe des eacutequipements et par
conseacutequent la deacutegradation de lrsquoisolation eacutelectrique et la reacuteduction de la dureacutee de vie
a) Origines de deacuteseacutequilibres
Les deacuteseacutequilibres de tension surviennent habituellement en preacutesence drsquoun deacuteseacutequilibre
des charges et de leurs appels de courant En effet toute charge triphaseacutee doit appeler un
courant identique sur chaque phase Quant aux charges monophaseacutees brancheacutees agrave un reacuteseau
triphaseacute on doit les reacutepartir le plus uniformeacutement possible entre les trois phases
De plus certains deacuteseacutequilibres de tension reacutesultent de lrsquoexploitation et de la nature des
eacutequipements du reacuteseau eacutelectrique [16]
I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations
La figure (I13) preacutesente une classification possible des diffeacuterents types de
perturbations Il est agrave noter qursquoaucune classification ne fait actuellement reacutefeacuterence et drsquoautres
notions peuvent ecirctre parfois utiliseacutees variations rapides de tension surtensions temporaires
etc Il faut noter eacutegalement que lrsquoimpact agrave long terme de ces diffeacuterents types de perturbations
sur la dureacutee de vie des appareils eacutelectriques reste aujourdrsquohui assez meacuteconnu Preacutecisons enfin
qursquoen langage courant le terme tension fait le plus souvent reacutefeacuterence agrave la valeur efficace de
Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
30
CHAPITRE I
lrsquoonde de tension ou agrave une moyenne de la valeur efficace sur une certaine dureacutee (pour une
onde imparfaitement peacuteriodique la valeur efficace nrsquoa de sens que localement pour un
intervalle de temps suffisamment court) et non agrave la valeur instantaneacutee de la tension (qui
oscille autour de 0 V avec une peacuteriode de 20 ms)
I72) Le systegraveme de protection
A lrsquoinstar des alternateurs des transformateurs et des lignes drsquoautres dispositifs
existent pour assurer non seulement un fonctionnement normal mais aussi la protection des
eacutequipements et du personnel drsquoexploitation du reacuteseau Cela englobe les transformateurs de
mesures les disjoncteurs les interrupteurs les sectionneurs les fusibles les eacuteclateurs et sont
directement relieacutes au reacuteseau Ces dispositifs permettent drsquointerrompre volontairement et agrave
Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
31
CHAPITRE I
tout moment la fourniture drsquoeacutenergie eacutelectrique mais aussi automatiquement agrave la survenance
drsquoune quelconque perturbation (deacutefaut) Les eacutequipements de controcircle associeacutes agrave ces dispositifs
ainsi que les relais de protection sont installeacutes dans des salles de controcircle [17]
I8) La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique de HT est une proprieacuteteacute dun systegraveme de puissance
qui lui permet de rester dans un eacutetat deacutequilibre dans des conditions normales de
fonctionnement et de retrouver un eacutetat acceptable deacutequilibre apregraves avoir eacuteteacute soumis agrave
une perturbation [18]
Une perturbation sur un reacuteseau peut ecirctre une manœuvre preacutevue comme lenclenchement
dune inductance shunt ou non preacutevue comme un court-circuit causeacute par la foudre entre une
phase et la terre par exemple Lors de la perturbation lamplitude de la tension aux diffeacuterents
jeux de barres du reacuteseau peut varier ainsi que la freacutequence La variation de la freacutequence est
due aux variations de la vitesse des rotors des alternateurs [19]
I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques
La stabiliteacute peut ecirctre eacutetudieacutee en consideacuterant la topologie du reacuteseau sous
diffeacuterents angles Lrsquoeacutetat de fonctionnement drsquoun reacuteseau eacutelectrique est deacutecrit selon des
grandeurs physiques telles que lamplitude et langle de phase de la tension agrave chaque bus et la
puissance active reacuteactive circulant dans chaque ligne et la vitesse de rotation de la
geacuteneacuteratrice synchrone Si elles ne sont pas constantes le reacuteseau eacutelectrique est consideacutereacute
comme eacutetant en perturbations [16]
La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee selon la nature de la perturbation
Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor
Stabiliteacute de la freacutequence
Stabiliteacute de la tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
32
CHAPITRE I
La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee en petite et grande amplitude de perturbation en
fonction de lrsquoorigine et de lampleur du deacutefaut Par rapport au temps deacutevaluation la
stabiliteacute peut ecirctre agrave courte ou agrave longue dureacutee tel qursquoil est deacutecrit dans la figure (I14)
I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire)
Dans un reacuteseau eacutelectrique la stabiliteacute de lrsquoangle du rotor est deacutefinie comme la capaciteacute
drsquoun ensemble de geacuteneacuteratrices synchrones interconnecteacutees de conserver le synchronisme
dans des conditions de fonctionnement normales ou apregraves une perturbation Un systegraveme
est instable si la diffeacuterence entre les angles rotoriques des geacuteneacuterateurs augmente
indeacutefiniment ou si loscillation transitoire provoqueacutee par une perturbation nest pas
suffisamment amortie dans le temps deacutevaluation
Lrsquoinstabiliteacute angulaire se manifeste sous forme drsquoun eacutecart croissant entre les angles
rotorique Une machine qui a perdu le synchronisme sera deacutebrancheacutee par une protection de
survitesse ou par une protection de perte de synchronisme ce qui met en danger lrsquoeacutequilibre
production consommation du systegraveme
Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique [18]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
33
CHAPITRE I
I8211) Stabiliteacute angulaire aux petites perturbations
Elle concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir le synchronisme en preacutesence
de petites perturbations comme une petite variation de la charge ou de geacuteneacuteration manœuvre
drsquoeacutequipement etc Lrsquoeacutevaluation de ce type de perturbation prend quelques secondes
a) La stabiliteacute statique
Apregraves le reacutegime transitoire ducirc agrave la perturbation le systegraveme entre dans le reacutegime
permanent Dans ce cas pour eacutetudier le systegraveme il faut eacutevaluer la stabiliteacute statique du reacuteseau
Le systegraveme nest pas stable si les contraintes de fonctionnement ne sont pas respecteacutees
Cet eacutetat est appeleacute lrsquoeacutetat instable ou leacutetat durgence
Dans un reacuteseau qui est dans leacutetat durgence les opeacuterateurs du centre de controcircle ont
suffisamment de temps pour ramener le systegraveme agrave leacutetat stable ou au reacutegime normal en
apportant des modifications suppleacutementaires [20]
b) Stabiliteacute dynamique
Si une perturbation mineure est effectueacutee sur le reacuteseau agrave partir dun reacutegime permanent
stable et que le reacuteseau retrouve son mode de fonctionnement normal en reacutegime permanent le
reacuteseau est dit dynamiquement stable Pour un reacuteseau deacutenergie eacutelectrique on entend par
perturbation mineure des manœuvres ou des opeacuterations normales sur le reacuteseau comme
lenclenchement dune inductance shunt ou des variations mineures de la charge
c) Stabiliteacute transitoire
Lorsquil y a une perturbation majeure sur le reacuteseau et que le reacuteseau retrouve son mode
de fonctionnement normal apregraves la perturbation alors le reacuteseau est dit transitoirement stable
Les perturbations majeures sont les courts-circuits les pertes de lignes les bris deacutequipements
majeurs comme les transformateurs de puissance et les alternateurs peuvent ecirctre tregraves graves
pouvant mecircme conduire agrave lrsquoeffondrement total du reacuteseau Si lrsquoinstabiliteacute se manifeste
directement suite agrave la perturbation (plus preacuteciseacutement dans la premiegravere La stabiliteacute transitoire
deacutepend de la relation non-lineacuteaire couples- angles Le pheacutenomegravene de la stabiliteacute transitoire
concerne les grandes perturbations telles que [15]
Les courts-circuits affectant un eacuteleacutement du reacuteseau notamment aux bornes des
machines
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
34
CHAPITRE I
La perte drsquoun ouvrage (eg une ligne de transmissionhellip)
La perte drsquoun groupe de production
Les conseacutequences de ces deacutefauts seconde qui suit lrsquoeacutelimination du deacutefaut) elle est
appeleacutee instabiliteacute de premiegravere oscillation (en anglais First Swing Instability) (cas 1 figure
I15) et elle srsquoeacutetend sur 3 agrave 5 secondes Elle peut reacutesulter de la superposition des effets de
plusieurs modes drsquooscillation lents exciteacutes par la perturbation provoquant ainsi une variation
importante de lrsquoangle de rotor au-delagrave de la premiegravere oscillation (instabiliteacute de multi
oscillations) (cas 2 figure I15) La gamme de temps associeacutee srsquoeacutetend de 10 agrave 20 secondes
[25]
I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire
En vue de son importance dans la planification la conception et lrsquoexploitation des
reacuteseaux drsquoeacutenergie eacutelectrique lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire reste un deacutefit majeur
pour les ingeacutenieurs pour eacuteviter tous eacuteveacutenement qui peut conduire vers un black out Les
solutions envisageables drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire se basent sur [8]
bull Augmentation de la constante drsquoinertie des geacuteneacuterateurs
bull Augmentation de la puissance active
bull Installation des protections et des appareils de coupure rapides
bull Implantation des valves rapides des turbines agrave gaz
bull Installation des reacutesistances drsquoamortissement
bull Utilisation des PSS
bull Controcircle rapide et flexible de lrsquoeacutecoulement de puissance
a- Stable
b- instable
Cas 1 instabiliteacute de premiegravere oscillation Cas 2 instabiliteacute de plusieurs oscillations
Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
35
CHAPITRE I
I822) Stabiliteacute de la freacutequence
La stabiliteacute de freacutequence concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir sa freacutequence
proche de la valeur nominale suite agrave un incident seacutevegravere ayant ou non conduit agrave un
morcellement du systegraveme La stabiliteacute de freacutequence est eacutetroitement lieacutee agrave lrsquoeacutequilibre global
entre la puissance active produite et consommeacutee [20]
I823) Stabiliteacute de tension
Dans des conditions de fonctionnement normales ou suite agrave une perturbation La
stabiliteacute de tension concerne la capaciteacute dun systegraveme de puissance agrave maintenir des tensions
acceptables en tous ses nœuds En fonctionnement normal lorsque nous connectons des
eacutequipements consommateurs agrave un reacuteseau eacutelectrique la tension au point de raccordement
tombe leacutegegraverement et la puissance totale consommeacutee augmente
Selon lrsquoamplitude de la perturbation on distingue la stabiliteacute de tension de
petites perturbations et celle de grandes perturbations [20]
Lrsquoinstabiliteacute reacutesultante peut se produire sous forme de chute progressive ou eacuteleacutevation de
la tension de quelques jeux de barres Les reacutesultats possibles de lrsquoinstabiliteacute de tension sont la
perte de la charge dans un secteur ou deacuteclenchement des lignes de transmission et mecircme
drsquoautres eacuteleacutements par leurs systegravemes de protection agrave des pannes en cascades Il est deacutemontreacute
que la majoriteacute des blackouts sont causeacutes par lrsquoinstabiliteacute de tension [8]
I8231) Instabiliteacute de la tension
On deacutefinit la stabiliteacute de la tension comme la capaciteacute de maintenir une tension de barre
constamment acceptable agrave chaque nœud du reacuteseau dans des conditions normales de
fonctionnement apregraves avoir subi une perturbation Leacutetat du reacuteseau est dit instable en tension
lorsquune perturbation un accroissement de la charge ou une modification de la condition du
reacuteseau entraicircne une chute de tension progressive et incontrocirclable de la tension aboutissent en
un effondrement geacuteneacuteraliseacute de la tension [16]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
36
CHAPITRE I
I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension
Les problegravemes drsquoapparition du pheacutenomegravene drsquoeacutecroulement de tension sont toujours lieacutes agrave
la difficulteacute de reacutegler la tension au dessus drsquoune certaine valeur appeleacutee tension critique
Geacuteneacuteralement lrsquoeffondrement de tension se produit dans les reacuteseaux eacutelectriques qui sont
fortement chargeacutes court-circuiteacutes etou ont un manque de puissance reacuteactive
I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites perturbations
La stabiliteacute de tension de petites perturbations concernes la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique
agrave maintenir la tension dans les limites permise en preacutesence de perturbations telles que une
variation faible de la charge de la production etc [18]
I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes perturbations
Elle est deacutefinie comme la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique agrave maintenir les tensions des
nœuds dans les limites de fonctionnement permise en preacutesence des grandes perturbations agrave
savoir la perte drsquoun eacutequipement de transport ou de production le court circuithellipetc [18]
Dans ce meacutemoire nous nous inteacuteressons seulement agrave la stabiliteacute de tension Une eacutetude
deacutetailleacutee sera preacutesenteacutee dans la section suivante
I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension
La plupart de ces changements ont des effets significatifs sur la production la
consommation et la transmission de puissance reacuteactive ainsi sur la stabiliteacute de tension Par
conseacutequent des mesures peuvent ecirctre utiliseacutees pour ameacuteliorer la stabiliteacute de tension tels que
- Un controcircle automatique des condensateurs shunts
- Un blocage des reacutegleurs en charge automatique
- Une nouvelle reacutepartition de la geacuteneacuteration
- Une replanification du fonctionnement des geacuteneacuterateurs et des nœuds de commande
- Une reacutegulation de tension secondaire
- Un plan de deacutelestage
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
37
CHAPITRE I
I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation
Dans la plupart du temps les sources drsquoeacutenergie eacutelectrique se trouvent loin des zones de
consommation Cette situation rend le transport de lrsquoeacutenergie reacuteactive tregraves difficile agrave cause des
pertes reacuteactives tregraves eacuteleveacutees Cette difficulteacute de transport drsquoeacutenergie reacuteactive augmente la
probabiliteacute drsquoapparition drsquoune instabiliteacute ou drsquoun effondrement de tension
I92) Charge appeleacutee trop importante
Lrsquoune des causes de lrsquoinstabiliteacute de tension correspond agrave une charge eacuteleveacutee Elle est
ducirce agrave lrsquoaugmentation croissante de la demande et agrave un large transfert drsquoeacutenergie entre
compagnies Une instabiliteacute de tension peut se produire en particulier lorsque la charge eacuteleveacutee
est plus importante que celle preacutevue et le risque est drsquoautant plus grand que la consommation
reacuteactive est eacutegalement plus grande que preacutevue [18]
I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport
Les planificateurs sont de plus en plus conscients des limites dutilisation des reacuteseaux de
transport et dinterconnexion La situation actuelle dans beaucoup de pays au monde est
caracteacuteriseacutee par les tendances suivantes
1 Augmentation de la consommation deacutelectriciteacute due agrave lindustrialisation agrave
lurbanisation et agrave la croissance de la population Avec laugmentation des transits
de puissance les reacuteseaux deviennent plus compliqueacutes agrave geacuterer subissent de grandes
variations de puissance et de grandes pertes Ceci fait que leur niveau de seacutecuriteacute
diminue
2 Contraintes eacutecologiques et administratives Le respect de lenvironnement joue un
rocircle important dans la socieacuteteacute actuelle et cest principalement pourquoi il est de
plus en plus difficile dobtenir des permis de construire pour de nouvelles lignes ou
pour limplantation de nouvelles centrales Dans laffirmative cela demande
plusieurs anneacutees
3 Contraintes opeacuterationnelles La demande de puissance a une croissance constante
mais geacuteographiquement irreacuteguliegravere Les centrales qui geacutenegraverent leacutenergie sont
souvent eacuteloigneacutees des charges importantes et la localisation des nouvelles centrales
deacutepend essentiellement dautorisations administratives et du respect de
lenvironnement
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
38
CHAPITRE I
Pour satisfaire la demande deacutenergie sous ces conditions contradictoires les services
publics font de plus en plus appel pour des problegravemes eacuteconomiques et dameacutelioration de la
seacutecuriteacute aux eacutechanges internationaux de puissance ce qui demande une interconnexion entre
des systegravemes preacutevus indeacutependants au deacutepart
Laugmentation du maillage associeacute au mode de transit libre de puissance agrave travers les
reacuteseaux deacuteveloppe des boucles de puissance et des lignes en parallegravele ce qui surcharge
certaines lignes avec pour conseacutequence de deacuteteacuteriorer le profil de tension et de diminuer la
stabiliteacute du reacuteseau Consideacuterant que les reacuteseaux de transport eacutelectrique repreacutesentent une
grande valeur eacuteconomique il faut essayer daller dans les directions suivantes
Ameacuteliorer lutilisation des eacutequipements existants en augmentant leur capaciteacute de
transfert de puissance Dun point de vue financier cela peut se reacuteveacuteler avantageux
Ameacuteliorer la flexibiliteacute des reacuteseaux car pouvoir changer rapidement leur
configuration permet une meilleure reacutepartition de la puissance particuliegraverement en cas de
perturbations ou de transferts de puissance impreacutevus [21]
I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Le transport de la puissance reacuteactive par les lignes eacutelectriques cause des pertes une
diminution de la stabiliteacute du reacuteseau et une chute de tension agrave son extreacutemiteacute Afin deacuteviter cela
de la compensation de puissance reacuteactive seacuterie ou shunt selon les cas est utiliseacute pour limiter
ce transport de puissance reacuteactive
Diffeacuterents appareils eacutelectriques peuvent servir agrave reacutealiser cette compensation (figure I16)
machines synchrones batteries de condensateurs inductance ou FACTS [22]
La compensation est une technique de la gestion drsquoeacutenergie reacuteactive afin drsquoameacuteliorer la
qualiteacute eacutenergeacutetique dans les reacuteseaux eacutelectriques agrave courant alternatif Elle peut se reacutealiser de
plusieurs maniegraveres ayant pour buts
La correction du facteur de puissance
Ameacutelioration de la reacutegulation de la tension
Equilibre des charges
Lrsquoaide au retour agrave la stabiliteacute en cas de perturbation [19]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
39
CHAPITRE I
En installant des dispositifs controcirclables comme le transport drsquoeacutenergie en courant
continu (High Voltage Direct Current HVDC) et les dispositifs FACTS (Flexible Alternating
Current Transmission System) Malgreacute le coucirct eacuteleveacute de cette solution mais vu lrsquoeacutevolution
reacutecente des reacuteseaux eacutelectriques et leurs contraintes cette solution est tregraves efficace
Lrsquoune des meacutethodes drsquoameacuteliorer la capaciteacute drsquoun systegraveme eacutelectrique agrave reacutesister contre les
grands incidents est drsquointeacutegrer des dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance (FACTS)
dans le reacuteseau de transport Lrsquoeacutetude lrsquoapport et lrsquoutilisation de ces dispositifs font lrsquoobjet de
ce meacutemoire
Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Compensation
traditionnelles
Les dispositifs FACTS
Compensateurs
synchrones Batteries de
condensateurs
Batteries de
condensateurs
HT et MT
Les inductances
les PSS (Power
System Stabiliser)
1er
geacuteneacuteration
2eme
geacuteneacuteration
3eme
geacuteneacuteratio
n
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
40
CHAPITRE I
I11) Conclusion
Ce chapitre nous a permis drsquoexposer des geacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriques en
mentionnant la structure et la topologie du reacuteseau ensuite on a parleacute sur lrsquointerconnexion entre
les pays du Maghreb et le reacuteseau Algeacuterien
Dans ce chapitre nous avons aussi preacutesenteacute les deacutefinitions et les caracteacuteristiques des
diffeacuterents types de stabiliteacute drsquoun systegraveme de puissance Le concept geacuteneacuteral de la stabiliteacute est
syntheacutetiseacute en trois groupes (stabiliteacute de lrsquoangle de rotor de la tension et de la freacutequence)
Les dispositifs FACTS sont capables de remplir diverses fonctions comme le maintien
de tension le controcircle des flux de puissance et aussi lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau
etc
Dans le chapitre suivant nous allons exposer le concept des FACTS le contexte
algeacuterien concernant ses dispositifs sera aussi abordeacute
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
41
CHAPITRE I
Chapitre 2
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
42
II1) Introduction
Avec le deacuteveloppement technologique et industriel que vie le monde entier la demande
en eacutenergie eacutelectrique est en augmentation continue et sans cesse Pour satisfaire ces besoins et
acheminer cette eacutenergie aux points de consommation disperseacutes sur un large espace
geacuteographique les reacuteseaux eacutelectriques ayant des capaciteacutes de transit limiteacute agrave cause des limites
thermique des lignes doivent seacutelargir et de nouvelles lignes dextension seront ajouteacutees Face
agrave ce problegraveme et devant les contraintes environnementale eacutecologique et eacuteconomique de
reconstructions de nouvelles lignes la compagnie ameacutericaine EPRI (Electric Power Research
Institue) a lanceacute en 1988 un projet drsquoeacutetude des systegravemes FACTS afin de mieux maicirctriser le
transit de puissance dans les lignes eacutelectriques et daugmenter leurs capaciteacutes de transfert Le
concept FACTS regroupe tous les dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance qui
permettent drsquoameacuteliorer lrsquoexploitation du reacuteseau eacutelectrique
Aussi ces reacuteseaux eacutelectriques de taille importantes seront confronteacutes par divers
problegravemes de fonctionnement agrave cause du controcircle traditionnel utilisant des systegravemes de
commande eacutelectromeacutecaniques de temps de reacuteponse lent par rapport agrave ces nouveaux systegravemes
FACTS agrave base dinterrupteurs statiques et de court temps de reacuteponse (moins dune seconde)
Aujourdhui cette technologie FACTS simpose pour les systegravemes eacutenergeacutetiques en
augmentant leurs capaciteacutes de transport en ameacuteliorant le controcircle des paramegravetres de ces
derniers donc leur assurer une flexibiliteacute du transfert de leacutenergie et ameacuteliorer sa stabiliteacute
Le concept FACTS (Flexible AC Transmission System) est neacute pour reacutepondre aux
diffeacuterentes difficulteacutes croissantes de transmission dans les reacuteseaux et surtout la maicirctrise de
transit de puissance (compensateur de puissance reacuteactive variateur de charge universelhellip)
ces dispositifs peuvent ameacuteliorer le comportement dynamique des reacuteseaux eacutelectriques [25]
II2) Le concept FACTS
Les problegravemes des reacuteseaux eacutenonceacutes ci ndashdessus devenant plus preacutesents drsquoanneacutee en
anneacutee EPRI (Electric Power Research Institute) qui repreacutesente un consortium deacutedieacute agrave la
recherche dans les reacuteseaux eacutelectriques et regroupant des compagnies drsquoeacutelectriciteacute ameacutericaines
a lanceacute en 1988 le concept FACTS (Flexible AC Transmission Systems) qui est un projet agrave
long terme La technologie FACTS utilise lrsquoeacutelectronique de puissance et plus particuliegraverement
des systegravemes agrave thyristors qui permettent drsquoobtenir des vitesses de commande nettement
supeacuterieures agrave celles des systegravemes meacutecaniques qui sont encore largement utiliseacutes et un niveau
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
43
de maintenance bien infeacuterieur car les systegravemes meacutecaniques srsquousent beaucoup plus rapidement
que les systegravemes statiques Parmi les systegravemes FACTS on cite [26]
Compensateur synchrone statique (lsquoSTATCOMrsquo Static Synchronous Compensator)
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
Le controcircleur de transit de puissance entre ligne IPFC (Interline Power Flow
Controller)
Face agrave la saturation des reacuteseaux de puissance les compagnies de distribution drsquoeacutenergie
eacutelectrique exploitent de plus en plus leurs reacuteseaux pregraves des limites de seacutecuriteacute (conduite aux
limites) Cette situation engendre des problegravemes drsquoexploitation notamment pour le controcircle
des flux de puissance le maintien drsquoun profil de tension acceptable la surveillance des reports
de chargehellipetc Agrave cet effet lrsquoaspect seacutecuriteacute prend une grande importance et des recherches
sont entreprises dans diffeacuterents pays pour trouver des moyens susceptibles drsquoameacuteliorer la
seacutecuriteacute et rendre lrsquoexploitation des reacuteseaux plus flexible
Ainsi plusieurs eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees pour connaitre les avantages lieacutes agrave lrsquoutilisation
des dispositifs FACTS dans les reacuteseaux pour
le support du profil de la tension
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute statique et dynamique
lrsquoamortissement des oscillations subsynchrones
Ces avantages deacutecoulent principalement de lrsquoaugmentation des capaciteacutes de transit des
lignes existantes par un controcircle rigoureux des diffeacuterents variables du reacuteseau Pour fixer les
ideacutees nous pouvons prendre un exemple simple
Consideacuterons le transit de puissance sur une ligne agrave courant alternatif Cette ligne est
repreacutesenteacutee sur la figure (II1) les pertes eacutetant supposeacutees nulles la puissance transmise P est
fonction des amplitudes des tensions E1 et E2 aux extreacutemiteacutes de la ligne du deacutephasage 12057512
entre ces deux tensions et de lrsquoimpeacutedance x de la ligne comme le montre lrsquoeacutequation (II1)
1
Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif
x
p
1 2
119916120783
2 119916120784
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
44
119823 = 119812120783119812120784
119831 119852119842119847120517120783120784
Cette eacutequation montre que la puissance transmissible par une ligne est limiteacutee par les
paramegravetres eacutenonceacutes ci-dessus et pas forceacutement par sa limite thermique De plus il deacutecoule de
cette eacutequation que si lrsquoon peut reacutegler un deux ou les trois paramegravetres on controcircle alors le
transit de puissance dans la ligne [26]
Elle montre aussi quil est possible daugmenter la puissance transiteacutee entre deux
reacuteseaux soit en maintenant la tension des systegravemes soit en augmentant langle de transport
entre les deux systegravemes soit en reacuteduisant artificiellement limpeacutedance de la liaison En jouant
sur un ou plusieurs de ses paramegravetres les FACTS permettent un controcircle preacutecis des transits de
puissance reacuteactive une optimisation des transit de puissance active sur les installations
existantes et une ameacutelioration de la stabiliteacute dynamique du reacuteseau Ils permettent aussi aux
consommateurs industriels de reacuteduire les deacuteseacutequilibres de charges et de controcircler les
fluctuations de tensions creacuteeacutees par des variations rapides de la demande de puissance reacuteactive
et ainsi daugmenter les productions de reacuteduire les coucircts et dallonger la dureacutee de vie des
eacutequipements [27]
En effet les FACTS permettent de
ne pas transporter drsquoeacutenergie reacuteactive en la fournissant lagrave ougrave elle est demandeacutee
augmenter les puissances maximales transmissibles et donc les transferts de
puissance active
controcircler les flux de puissance pour la surcharge des lignes et le risque de
deacuteclenchement en cascade [26]
II21) Fonctionnement des FACTS
Un FACTS agit geacuteneacuteralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de
la puissance reacuteactive sur le reacuteseau Ceci a pour effet de modifier lamplitude de la tension agrave
son point de connexion et par conseacutequent la puissance active maximale transmissible
Les FACTS sont utiliseacutes aussi pour le filtrage des courants harmoniques et la
stabilisation de la tension Lordre de grandeur de la puissance dun FACTS va de
quelques MVA (Meacutega Volts Ampegraveres) agrave quelques centaines de MVA Ils sappliquent dans
deux secteurs principaux
(II1)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
45
Grand reacuteseaux de transmission
Pour ameacuteliorer le controcircle augmenter les capaciteacutes de transfert de puissance et assister
la reacutecupeacuteration du reacuteseau conseacutecutive agrave un deacutefaut dans les systegravemes de transmission AC
(Alternative Current)
Reacuteseaux Industriels
Pour ameacuteliorer la qualiteacute de la puissance fournie en un point preacutecis du reacuteseau AC en
preacutesence de fluctuations de charge eg compensation du flicker pour les fours agrave arc Gamme
de puissance infeacuterieure agrave celle dun reacuteseau de transmission
II22) Contexte algeacuterien
Depuis les anneacutees 2000 le deacuteveloppement du reacuteseau de transport drsquoeacutelectriciteacute fait partie
des prioriteacutes de lrsquoAlgeacuterie [26]
Le reacuteseau de transport algeacuterien est en phase drsquoexpansion car il doit reacutepondre agrave la forte
augmentation de la demande en eacutelectriciteacute (+ 5 agrave 7 par an) Les principaux besoins en
eacutelectriciteacute sont domestiques lieacutes
bull agrave lrsquoaccroissement de la population (celle-ci a plus que tripleacute en 50 ans et son
taux de croissance est actuellement estimeacute agrave 12 par an)
bull au changement des habitudes de consommation avec lrsquousage des appareils En
outre dans les anneacutees 90 peu drsquoinvestissements ont eacuteteacute entrepris sur le reacuteseau
eacutelectrique et celui-ci srsquoest deacutegradeacute
Au total depuis 2005 pregraves de 15 000 km de nouvelles lignes HT et THT ont eacuteteacute
reacutealiseacutes ou restent agrave construire
Le deacuteveloppement du reacuteseau de transport concerne agrave la fois le deacuteveloppement des
reacuteseaux hauts tension (60 et 220 000 Volts) et la creacuteation drsquoun reacuteseau agrave tregraves haute tension
(400 000 Volts)
Le deacuteveloppement du reacuteseau 400 000 Volts est mis en œuvre agrave la fois dans lrsquoaxe
bull Est-Ouest (interconnexions internationales avec le Maroc et la Tunisie)
bull Nord-Sud (raccordement des reacuteseaux du Sud jusqursquoalors le point trop isoleacute du reacuteseau
national)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
46
En 2002 un total de trois SVC (static var compensator) a eacuteteacute introduit dans le reacuteseau
national de la Sonelgaz un dispositif agrave la sous station de Naama et deux agrave Beacutechar (figure
II2)
Les trois SVC ont une classe identique -10+40Mvar agrave la tension 220 kV (figure II3) et
lrsquoune des plates- formes de ses trois SVC est montreacutee par la figure (II2) Le reacuteseau est
constitueacute drsquoune ligne de 500km sous une tension de 220kv Un seul circuit aeacuterien de la ligne
de transmission pour lrsquoalimentation de la charge eacuteloigneacutee dans la partie ouest du pays
Des productions locales de diesel et des turbines agrave gaz alimentent les charges locales de
Beacutechar depuis le deacutebut des anneacutees quatre vingt dix et elles ont eacuteteacute fermeacutees pendant lrsquoanneacutee
2002
Deux sous stations 22060 kV une intermeacutediaire (Naama) et une agrave la fin de la ligne
(Beacutechar) ont eacuteteacute eacutequipeacutees avec des SVC (figure II3) pour les objectifs suivants
bull Pour fournir au systegraveme de transmission le support en eacutenergie reacuteactive afin de
maintenir une tension stable pendant le fonctionnement normal et quotidien
bull Pour le rendement dynamique au cours du controcircle de la ligne 220 kV mise sous
tension ainsi pour le maintien drsquoune tension stable dans le systegraveme sous diverses
conditions drsquoexploitation En particulier pour preacutevenir lrsquoeffondrement de tension
(voltage collapse) et lrsquoinstabiliteacute du systegraveme pendant le transitoire et lrsquoeacutevolution
rapide des conditions de tension dans le systegraveme Les charges prisent hors reacuteseau
220 kV sont de lrsquoordre de 12 MVA agrave Naama et 35 MVA agrave Beacutechar
Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar [26]
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
47
II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS
La compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive au niveau des lignes de transmission permet la
reacutegulation du profil de la tension le long de ces lignes avec un bon controcircle de la puissance
active transmise Il est reconnu que la stabiliteacute peut ecirctre ameacutelioreacutee quelque soit son type si la
compensation reacuteactive du systegraveme de transmission varie rapidement Les meacutethodes de
compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive classiques se basent sur les batteries de condensateurs ou
les bobines fixes ou commandeacutees meacutecaniquement Ces meacutethodes sont non efficaces dans le
controcircle du reacuteseau eacutelectrique quand il est seacutevegraverement perturbeacute
Gracircce aux avanceacutees reacutecentes dans la technologie des IGBT et GTO le temps de reacuteaction
de ces dispositifs a diminueacute agrave quelques milli secondes Il est possible donc de reacutepondre agrave la
demande par lrsquoutilisation drsquoune compensation rapide en utilisant les dispositifs FACTS [31]
II3) Les dispositifs FACTS
Selon lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) la deacutefinition du terme
FACTS est la suivante Systegravemes de Transmission en Courant Alternatif comprenant des
dispositifs baseacutes sur leacutelectronique de puissance et dautres dispositifs statique utiliseacutes pour
accroicirctre la controcirclabiliteacute et augmenter la capaciteacute de transfert de puissance du reacuteseau
Avec leurs aptitudes agrave modifier les caracteacuteristiques apparentes des lignes les FACTS
sont capables daccroicirctre la capaciteacute du reacuteseau dans son ensemble en controcirclant les transits de
puissances Les dispositifs FACTS ne remplacent pas la construction de nouvelles lignes Ils
sont un moyen de diffeacuterer les investissements en permettant une utilisation plus efficace du
reacuteseau existant [28]
Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie [26]
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
48
II4) Classification des dispositifs FACTS
II41) Classification selon la geacuteneacuteration
Depuis les premiers compensateurs trois geacuteneacuterations de dispositifs FACTS ont vu le
jour Elles se distinguent par la technologie des semi-conducteurs et des eacuteleacutements de
puissance utiliseacutes
II411) Geacuteneacuteration I
Baseacutee sur les thyristors classiques Ceux-ci sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour enclencher
ou deacuteclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance reacuteactive dans les
transformateurs de reacuteglage
II412) Geacuteneacuteration II
Dite avanceacutee est neacutee avec lavegravenement des semi-conducteurs de puissance commander
agrave la fermeture et agrave louverture comme le thyristor GTO Ces eacuteleacutements sont assembleacutes pour
former les convertisseurs de tension ou de courant afin drsquoabsorber ou dinjecter des courants
(tensions) controcirclables dans le reacuteseau
II413) Geacuteneacuteration III
FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adapteacutee agrave chaque cas
Contrairement aux deux premiegraveres geacuteneacuterations celle-ci nutilisent pas des dispositifs
auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le reacuteseau
II42) Classification selon la cateacutegorie
Les dispositifs FACTS peuvent ecirctre classeacutes en trois cateacutegories figure (II4)
Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie
Dispositifs FACTS
Compensateurs shunt
Compensateurs seacuteries
Compensateurs hybrides
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
49
II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS
Le but de cette section est de donner une description bregraveve et de deacutefinir diffeacuterent shunt
seacuterie et combineacutes seacuterie-shunt dispositifs FACTS nous allons utiliser les termes et les
deacutefinitions drsquoIEEE [26]
a) Dispositifs FACTS Shunt
Compensateur statique de puissance reacuteactive (Static Var Compensator- SVC)
Un geacuteneacuterateur (ou absorbeur) statique drsquoeacutenergie reacuteactive shunt dont la sortie est ajusteacutee
en courant capacitif ou inductif afin de controcircler des paramegravetres speacutecifiques du reacuteseau
eacutelectrique typiquement la tension des nœuds Les sous-ensembles du SVC sont
Inductance Controleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Reactor-
TCR)
Une inductance placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele La valeur de
lrsquoinductance est continuellement changeacutee par lrsquoamorccedilage des thyristors
Condensateur Commuteacute par Thyristors (Thyristor-Switched
Capacitor- TSC)
Un condensateur placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele Les
thyristors fonctionnent en pleine conduction
Inductance Commuteacutee par Thyristors (Thyristor-Switched Reactor-
TSR)
Une inductance commuteacutee par thyristors dans le TSR les thyristors fonctionnent en
pleine conduction
Compensateur Statique Synchrone (Static Synchronous Compensator-
STATCOM)
Un geacuteneacuterateur synchrone fonctionnant comme un compensateur parallegravele de lrsquoeacutenergie
reacuteactive dont le courant capacitif ou inductif geacuteneacutereacute peut ecirctre controcircleacute seacutepareacutement de la
tension du systegraveme agrave courant alternatif
Geacuteneacuterateur Statique Synchrone (Static Synchronous Generator- SSG)
Un convertisseur de puissance statique agrave interrupteurs auto commuteacutes alimenteacute par une
source deacutenergie eacutelectrique approprieacutee et exploiteacute pour produire un ensemble ajustables de
tensions de sortie multi phases qui peut ecirctre coupleacute agrave un systegraveme de puissance alternatif dans
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
50
le but deacutechanger indeacutependamment la puissance controcirclable active et reacuteactive
Toutefois deux dispositifs particuliers peuvent ecirctre mis en eacutevidence
Systegraveme de Stockage par Batterie (Battery Energy Storage System-
BESS)
Un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie drsquoune source de nature chimique la conversion de la
tension de source est capable drsquoajuster rapidement lrsquoeacutenergie amont qui est fournit ou absorber
drsquoun systegraveme alternatif
Systegraveme de Stockage drsquoEacutenergie par Aimant Supraconducteur
(Superconducting Magnetic Energy Storage- SMES)
Un dispositif contenant des convertisseurs eacutelectroniques que rapidement injectent et ou
absorbent la puissance active et ou reacuteactive Le SMES sert principalement au controcircle
dynamique du flux de puissance dans les systegravemes eacutelectriques
Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var Generator
or Absorber- SVG)
Un dispositif eacutelectrique statique un eacutequipement ou un systegraveme qui est capable de tracer
un courant controcircleacute capacitif et ou inductif agrave partir dun systegraveme de puissance eacutelectrique et
ainsi geacuteneacuterer ou absorber la puissance reacuteactive Geacuteneacuteralement consideacutereacute pour consister en
connexion shunt Inductance controcircleacutee par thyristors etou condensateur commuteacute par
thyristors
Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var System- SVS)
Une combinaison de diffeacuterent compensateurs de puissance reacuteactive statiques et
meacutecaniquement commuteacutes dont les sorties sont coordonneacutes
Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Braking
Resistor- TCBR)
Une reacutesistance commuteacutee par thyristors et connecteacutee en parallegravele qui est controcircleacutee pour
aider le systegraveme de puissance agrave se stabiliser ou de minimiser lacceacuteleacuteration des puissances
drsquoune uniteacute geacuteneacuteratrice lors dune perturbation
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
51
b) Dispositifs FACTS seacuteries
La compensation seacuterie peut ecirctre utiliseacutee dans les systegravemes eacutenergeacutetiques pour la
commande du flux drsquoeacutenergie en reacutegime permanent En cas de lignes de transport avec une
capaciteacute thermique suffisante la compensation peut soulager des surcharges eacuteventuelles
sur drsquoautres lignes parallegraveles
Controcircleur de transit de puissance entre lignes (Interline Power Flow Controller-
IPFC)
Une combinaison de deux ou plusieurs compensateurs statiques seacuterie synchrone qui sont
relieacute entre eux via une liaison commune agrave courant continu pour faciliter lrsquoeacutecoulement
bidirectionnel de la puissance active entre les bornes alternatives des SSSC et sont controcircleacutes
pour fournir une compensation reacuteactive indeacutependante pour lrsquoeacutecoulement de puissance ajusteacute
dans chaque ligne et maintenir la distribution de lrsquoeacutecoulement de puissance reacuteactive deacutesireacute
entre les lignes
Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (Thyristor Controlled Series
Capacitor- TCSC)
Un compensateur agrave reacuteactance capacitif qui consiste en une seacuterie de condensateurs en
parallegravele avec des inductances commandeacutees par thyristor afin de pouvoir assurer une variation
homogegravene de la reacuteactance capacitive
Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (Thyristor Switched Series
Capacitor- TSSC)
Compensateur agrave reacuteactance capacitive qui est constitueacute drsquoun banc de capaciteacute seacuterie
shunteacute par une inductance commuteacutee par thyristor pour fournir un controcircle pas agrave pas de la
reacuteactance capacitive seacuterie
Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Series
Reactor- TCSR)
Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute de lrsquoinductance seacuterie shunteacute par
une inductance commandeacutee par thyristor afin de fournir une reacuteactance inductive seacuterie
leacutegegraverement variable
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
52
Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (Thyristor Switched Series Reactor-
TSSR)
Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute drsquoune inductance seacuterie shunteacutee par
une inductance commuteacutee par thyristor afin de fournir un controcircle pas agrave pas de la reacuteactance
inductive seacuterie
Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (Static Synchronous Series
Compensator- SSSC)
Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par
lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur Le SSSC agit sur le courant de ligne en inseacuterant une
tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou inductive Un
SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une ligne voire drsquoen
inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun condensateur ou
drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait que la tension
injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC preacutesente lrsquoavantage
de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante indeacutependamment du courant
c) Dispositifs FACTS hybrides (seacuterie ndashparallegravele)
Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (Unified Power Flow Controller- UPFC)
Une combinaison entre un STATCOM et un SSSC coupleacutes via une liaison agrave courant
continu pour permettre un eacutecoulement bidirectionnel de la puissance active entre la sortie du
SSSC et celle du STATCOM
Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Phase
Shifting Transformer- TCPST)
Transformateur deacutephaseur ajusteacute par un thyristor afin de fournir un angle de phase
rapidement variable Ce dispositif est eacutegalement appeleacute reacutegulateur drsquoangle de phase
commandeacute par thyristor (TCPAR -Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)
Reacutegulateur de puissance interphases (Interphase Power Controller- IPC)
Un controcircleur de la puissance active et reacuteactive connecteacute en seacuterie et comprenant dans
chaque phase des branches inductives et capacitives soumises agrave des tensions deacutephaseacutees
seacutepareacutement Les puissances active et reacuteactive peuvent ecirctre reacutegleacute indeacutependamment en ajustant
les deacutecalages de phase et ou les impeacutedances de branche agrave laide des commutateurs
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
53
meacutecaniques ou eacutelectroniques Dans le cas particulier ougrave lrsquoimpeacutedance inductive et capacitive
forment une paire conjugueacutee chaque terminal de lIPFC est une source passive de courant
deacutependant de la tension agrave lautre borne
d) Autres dispositifs FACTS
Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled voltage
Limiter- TCVL)
Une varistance agrave oxyde meacutetallique commuteacutee par thyristor utiliseacutee pour limiter la
tension agrave ses bornes durant les conditions transitoires
Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Voltage
Regulator- TCVR)
Un Transformateur commandeacute par thyristor qui peut fournir une tension variable dans
une phase avec un control continu
La figure (II5) preacutesente les diffeacuterents dispositifs qui peuvent controcircler certains variables
du systegraveme eacutelectrique
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
54
Dans la section qui suit nous allons deacutevelopper la preacutesentation du STATCOM et du
SSSC Il srsquoagit des dispositifs FACTS qui nous inteacuteresse particuliegraverement dans cette eacutetude et
que nous devons traiter pour une meilleure compreacutehension de la suite de ce meacutemoire
II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors
a) Dispositifs FACTS Shunt
Compensateur synchrone statique(STATCOM)
Un compensateur synchrone statique est constitueacute drsquoun convertisseur agrave source de
tension drsquoun transformateur de couplage et de la commande Dans cette application la source
drsquoeacutenergie agrave courant continue peut ecirctre remplaceacutee par un condensateur agrave courant
FACTS
Shunt
Thyristors GTO
Series
Thyristors GTO
Hybrides
Serie-Shunt
Autres FACTS
TCSC
TSSSC
GCSC
TCSR
IPFC
TSSR
SSSC
STATCOM
SSG
BESS
SMES SVC
TCR
TSC
TCBR
SVS
TSR
UPFC
TCPST
IPC
TCVR
TCPAR
TCPSR
TCVL
Figure II5 Classification des dispositifs FACTS
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
55
continue de sorte que lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie en reacutegime permanent entre le compensateur
statique et le systegraveme ca peut ecirctre uniquement reacuteactif comme illustreacute par la figure (II6)
119868119902 (est le courant de sortie du convertisseur) perpendiculaire agrave la tension du convertisseur
119881119894 (Lrsquoamplitude de la tension du convertisseur) et donc la sortie reacuteactive du convertisseur
sont reacuteglables [27]
Le convertisseur STATCOM
Produit les ondes rectangulaires de tension triphaseacutee eacutequilibreacutee Un compensateur
statique pouvant geacuteneacuterer ou absorber une puissance reacuteactive Il sagit du STATCOM
(Compensateur Statique) qui a connu jusqursquoagrave preacutesent sous diffeacuterents appellations
1 ASVC (Advanced Static Var Compensator)
2 STATCON (Static Condenser)
3 SVG (Static Var Generator)
4 SVC light (ABB)
5 SVC plus (SIEMENS)
Le principe de ce type de compensateur est connu depuis la fin des anneacutees 70 mais ce
nrsquoest que dans les anneacutees 90 que ce type de compensateur a connu un essor important gracircce
aux deacuteveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [27]
Le STATCOM possegravede plusieurs avantages par rapport aux compensateurs
conventionnels
La vitesse de reacuteaction la reacuteponse en moins drsquoun cycle agrave des variations de la
tension
Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
56
Lorsque la tension est basse il peut produire plus de puissance reacuteactive
notamment au moment ougrave lrsquoon a besoin drsquoune puissance reacuteactive consideacuterable
pour empecirccher la chute tension
Cependant le STATCOM de base engendre de nombreux harmoniques Il faut donc
utiliser pour reacutesoudre ce problegraveme des compensateurs multi-niveaux agrave commande MLI ou
encore installer des filtres
Le rocircle du STATCOM est drsquoeacutechanger de lrsquoeacutenergie reacuteactive avec le reacuteseau Pour ce
faire lrsquoonduleur est coupleacute au reacuteseau par lrsquointermeacutediaire drsquoune inductance qui est en geacuteneacuteral
lrsquoinductance de fuite du transformateur de couplage
Lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie reacuteactive se fait par le controcircle de la tension de sortie de
lrsquoonduleur 119881119904ℎ dont laquelle est en phase avec la tension du reacuteseau (Figure II7) Le
fonctionnement peut ecirctre deacutecrit de la faccedilon suivante
Si la tension 119881119904ℎ est infeacuterieure agrave la tension V le courant circulant dans lrsquoinductance est
deacutephaseacute de-π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant inductif (figure
II7a)
Si la tension119881119904ℎ est supeacuterieur agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est deacutephaseacute
de +π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant capacitif (figure II7b)
Si la tension 119881119904ℎ est eacutegale agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est nul et par
conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutechange drsquoeacutenergie
Lrsquoavantage de ce dispositif est de pouvoir eacutechanger de lrsquoeacutenergie de nature inductive ou
capacitive uniquement agrave lrsquoaide drsquoune inductance Contrairement au SVC il nrsquoy a pas
drsquoeacuteleacutement capacitif qui puisse provoquer des reacutesonances avec des eacuteleacutements inductifs du
119881119904ℎ
119881119904ℎ
119868119904ℎ V
V
a) Courant inductif b) Courant capacitif
Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM
119868119904ℎ
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
57
reacuteseau La caracteacuteristique statique de ce convertisseur est donneacutee par la figure (II8) Ce
dispositif a lrsquoavantage contrairement au SVC de pouvoir fournir un courant constant
important mecircme lorsque la tension V diminue
Le STATCOM permet le mecircme controcircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce
dispositif est capable de deacutelivrer la puissance reacuteactive mecircme si la tension au jeu de barres
(nœud de connexion) est tregraves faible dapregraves sa caracteacuteristique on constate que le courant
maximal du STATCOM est indeacutependant de la tension du nœud
Pour un STATCOM ideacuteal nayant pas des pertes actives leacutequation (II2) deacutecrit le
transfert de puissance reacuteactive dans le reacuteseau eacutelectrique [5]
119876119904ℎ =|⋁ 2
119896 |
Xshminus
|Vk||Vsh|
Xshcos( 120579119896 minus 120579119904ℎ) =
|⋁ 2119896 |minus
Xsh
|Vk||Vsh|
Xsh
Si |119881119896| gt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne positive et le STATCOM absorbe la puissance reacuteactive
Si |119881119896| lt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne neacutegative et le STATCOM fournie la puissance reacuteactive
Deacutepassement
transitoire en
fonctionnement
Deacutepassement
transitoire en
fonctionnement
Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM
119868119904ℎ
119868119898119886119909 119868119898119894119899
Capacitif Inductif
V
(II2)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
58
b) Dispositifs FACTS Seacuteries
Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC)
Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par
lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur (figure II9) Le SSSC agit sur le courant de ligne en
inseacuterant une tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou
inductive Un SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une
ligne voire drsquoen inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun
condensateur ou drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait
que la tension injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC
preacutesente lrsquoavantage de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante
indeacutependamment du courant [26]
Ce type de compensateur seacuterie (Compensateur Synchrone Statique Seacuterie) est le plus
important dispositif de cette famille Il est constitueacute drsquoun onduleur triphaseacute coupleacute en seacuterie
avec la ligne eacutelectrique agrave laide dun transformateur Ce dispositif possegravede des avantages si
lrsquoon compare avec le TCSC
Elimination des composants passifs (inductance et capaciteacutes)
Une aptitude symeacutetrique dans les deux modes (inductif et capacitif)
Son rocircle est drsquointroduire une tension triphaseacutee agrave la freacutequence du reacuteseau en seacuterie avec la
ligne de transport
Figure II9 Scheacutema de base du SSSC
Transformateur
seacuterie
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
59
Nous pouvons dans ce cas reacutegler continuellement la valeur apparente de la capaciteacute ou
de lrsquoinductance ainsi introduite dans la ligne Lrsquoavantage de ce dispositif est de ne pas
introduire physiquement un condensateur ou une inductance mais de simuler leurs fonctions
Cela eacutevite lapparition des oscillations dues agrave la reacutesonance avec les eacuteleacutements inductifs du
reacuteseau La caracteacuteristique statique drsquoun Compensateur Synchrone Statique Seacuterie est preacutesenteacutee
par la figure (II10)
Si lon utilise un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie le SSSC peut agrave ce moment lagrave eacutechanger
de la puissance active avec la ligne eacutelectrique Ceci peut contribuer agrave ameacuteliorer la stabiliteacute du
reacuteseau Dans ce cas la tension 119881119887 nrsquoest pas obligatoirement en quadrature avec le courant de
ligne
Principe de fonctionnement de SSSC
Le SSSC injecte en seacuterie une tension alternative avec une amplitude et un angle de
phase reacuteglable dans la ligne de transport agrave lrsquoaide drsquoun transformateur seacuterie Le SSSC peut
produire ougrave absorber de la puissance reacuteactive suivant la commande de convertisseur statique
il permet drsquoassurer une compensation shunt indeacutependante agrave la ligne de transport Il fourni ou
absorbe la puissance reacuteactive neacutecessaire localement et produit de la puissance active comme
reacutesultat de lrsquoinjection en seacuterie drsquoune tension [21]
Le principe de fonctionnement peut ecirctre expliqueacute par la figure (II11)
Figure II10 Caracteacuteristique statiques du SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
60
Le SSSC deacutelivre une tension triphaseacutee 119881119904119890 agrave la freacutequence du reacuteseau en quadrature (
90 ) avec le courant de la ligne et controcirclable afin daugmenter ou diminuer la tension agrave
travers la ligne repreacutesenteacutee par sa reacuteactance 119883119897 selon le mode de compensation capacitif ou
inductif respectivement (figure II12) mais comme la reacuteactance de la ligne ne varie pas
reacuteellement cest le courant dans la ligne qui sera affecter par cette variation et par
conseacutequence les puissances correspondante
Ideacutealement la tension 119881119904119890 est agrave 90 du courant de la ligne ce qui fait quaucun eacutechange
de la puissance active nrsquoest entre le reacuteseau et le SSSC Pratiquement il y a toujours une petite
composante de cette tension 119881119904119890 en phase avec le courant 119868119897 qui geacutenegravere une petite quantiteacute de
la puissance active pour couvrir les pertes dans le convertisseur
On peut expliquer les diffeacuterents modes de compensation capacitive et inductive en ce
reacutefeacuterant aux diagrammes vectoriels de la figure (II13) qui suit en admettant le scheacutema
eacutequivalent dun SSSC installeacute dans un reacuteseau eacutelectrique simple repreacutesenteacute sur la figure (II12)
Figure II11 Principe de fonctionnement de SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
61
bull
Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du
reacuteseau
Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du
reacuteseau (eacutetat deacutequilibre) la tension au borne de la reacuteactance effective 119881119909119890119891119891
est eacutegale agrave la tension aux bornes de la ligne de transport sans compensation
la ougrave le degreacute de compensation K est nul K = 119881119902
119881119894 x 100 avec 119883119902 =
119881119902
119868119894
Dans le mode de compensation inductif le courant de la ligne 119868119897 diminue en
augmentant le degreacute de compensation K de 0 agrave 100 Du diagramme (b)
on voit que pour maintenir 119881119904 119881119903 et constants la variation dans
lamplitude de 119881119904119890 se reacutepercute directement sur la tension 119881119897 et chaque
Figure II12 Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple
Figure II13 Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
62
augmentation dans 119881119904119890 entraicircne une diminution dans 119881119897 et par conseacutequence
dans le courant 119868119897
En mode capacitif le courant dans la ligne augmente avec laugmentation du
niveau de compensation la tension 119881119904119890 injecteacutee en anti-phase avec la tension
119881119897 (- 90deg en arriegravere du courant 119868119897 ) force la tension 119881119897 agrave augmenter pour
garder langle de charge constant ainsi que les tensions aux extreacutemiteacutes de la
ligne (figure II12c) [37]
II6) Coucirct des dispositifs FACTS [29]
Mis agrave part les avantages techniques apporteacutes par les FACTS drsquoautres critegraveres lieacutes au
coucirct doivent ecirctres pris en consideacuteration dans la deacutecision drsquoinstaller un dispositif Sur le plan
eacuteconomique le critegravere geacuteneacuteralement adopteacute dans lrsquoeacutevaluation des beacuteneacutefices obtenus par un
FACTS est que lrsquoaccroissement des revenues doit exceacuteder les coucircts drsquoexploitations de
maintenance et drsquoamortissement de lrsquoinstallation
Le coucirct drsquoune installation FACTS deacutepend principalement des facteurs tels que
Les performances requises
La puissance de lrsquoinstallation
Le niveau de tension du systegraveme
La technologie du semi-conducteur utiliseacute
Controcircleurs FACTS Coucirct (US$)
Condensateur Shunt 8$Kvar
Condensateur Seacuterie 20$ Kvar
SVC 40$Kvar
TCSC 40$Kvar
STATCOM 50$Kvar
UPFC Partie Seacuterie 50$Kvar
UPFC Partie Shunt 50$Kvar
Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
63
II7) Synthegravese des dispositifs FACTS
Les diffeacuterents dispositifs FACTS preacutesenteacutes dans ce chapitre possegravedent tous leurs propres
caracteacuteristiques tant en reacutegime permanent quen reacutegime transitoire Chaque type de dispositif
sera donc utiliseacute pour reacutepondre agrave des objectifs bien deacutefinis Des consideacuterations eacuteconomiques
entreront eacutegalement dans le choix du type dinstallation agrave utiliser Le tableau (II2) syntheacutetise
les principaux beacuteneacutefices techniques des nouvelles technologies de FACTS Le nombre +
est proportionnel agrave lefficaciteacute du dispositif
II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie
des dispositifs FACTS [29]
A Les avantages des dispositifs FACTS
Controcircle le transit de la puissance active
Augmente la seacutecuriteacute des systegravemes eacutenergeacutetiques (augmentation de la limite de la
stabiliteacute transitoire amortissement des oscillations hellip)
Reacuteduit le transit de lrsquoeacutenergie reacuteactive
Optimise les puissances geacuteneacutereacutees donc reacuteduit le coucirct de production de lrsquoeacutenergie
Agir comme filtre actif
Ameacutelioreacutee lrsquointerconnexion et lrsquoeacutechange eacutenergeacutetique
Dispositif
Controcircle du
transit de
puissance
Controcircle
de la
tension
Stabiliteacute
transitoire
Stabiliteacute
statique
STATCOM + +++ ++ ++
SSSC ++ + +++ ++
IPFC +++ ++ +++ ++
Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS [14]
+ Petite ++ Moyenne +++Forte
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
64
B Les inconveacutenients
Lrsquointroduction des harmoniques du reacuteseau eacutelectrique ce qui le rend pollueacute cest-agrave- dire le
signal sera tendu et non sinusoiumldale Il rend le reacuteseau vulneacuterable agrave la surtension ducirce aux
commutations reacutepeacutetitives
C Les contraintes des dispositifs FACTS
Les dispositifs FACTS sont consideacutereacutes comme des solutions pour aider les systegravemes
eacutelectriques mais ils preacutesentent des inconveacutenients en plus qursquoils ne sont pas une solution
universelle ils existent plusieurs contraintes pour que ces dispositifs soient efficaces et
rentables [30]
o Le choix du FACTS
o Le choix du modegravele du FACTS
o Choix de la localisation des FACTS
o Protection pour les FACTS et pour le reacuteseau
o Interactions entre les dispositifs FACTS et les autres eacuteleacutements
Nous avons deacutecideacute pour la suite de notre travail de ne pas eacutetudier lrsquoimpact de chaque
cateacutegorie des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique Notre choix srsquoest porteacute sur lrsquoeacutetude du
Compensateur Statique Synchrone (STATCOM) et du Conpensateur statique seacuterie
synchrone (SSSC)Il nous a sembleacute raisonnable drsquoessayer drsquoanalyser lrsquoimpact de la
compensation shunt et de la compensation seacuterie de faccedilon seacutepareacutee avant de regrouper lrsquoeacutetude
de ces concepts FACTS agrave lrsquoaide de la compensation hybride
II9) Conclusion
Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre en premier lieu le concept FACTS ainsi nous
avons donneacute une bregraveve description et des deacutefinitions des divers types de dispositifs FACTS
Cette description est adopteacutee comme classification universelle des systegravemes FACTS La
plupart dentre eux sont deacutejagrave en service dans la pratique Si aujourdhui les FACTS sont encore
peu utiliseacutes par rapport agrave leur potentiel les eacutevolutions techniques de leacutelectronique de
puissance vont rendre les solutions FACTS de plus en plus compeacutetitives face aux
renforcements des reacuteseaux le contexte algeacuterien a eacuteteacute abordeacute ainsi que la conception et le
fonctionnement des 2 dispositifs retenus pour cette eacutetude
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
65
Nous avons choisi deacutetudier le STATCOM et le SSSC comme dispositifs FACTS pour
controcircler et ameacuteliorer la tension et la puissance reacuteactive Le chapitre suivant (chapitre III) sera
deacutedieacute agrave la modeacutelisation des systegravemes FACTS
66
Chapitre 3
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
67
Dans le but drsquoeacutetudier lrsquoimpact des FACTS sur lrsquoameacutelioration de tension des reacuteseaux
eacutelectriques des modegraveles approprieacutes sont neacutecessaires agrave deacutevelopper Nous tenons agrave mentionner
que plusieurs logiciels incorporent ces modegraveles Dans ce chapitre nous allons preacutesenter les
modegraveles matheacutematiques du STATCOM et du SSSC retenus au chapitre II
III1) Introduction
Pour pouvoir observer limpact des dispositifs FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique il est
neacutecessaire de les repreacutesenter par des modegraveles Ceux-ci sont ensuite inteacutegreacutes dans des
programmes de calcul permettant de simuler leurs effets sur lensemble du systegraveme
Plusieurs modegraveles de FACTS ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes tant pour des reacutegimes de
fonctionnement stationnaire que dynamique Certains modegraveles sont speacutecifiques agrave un type de
dispositif alors que dautres plus geacuteneacuteraux sont utiliseacutes pour repreacutesenter plusieurs FACTS
Dans le cadre de ce meacutemoire et plus preacuteciseacutement le chapitre quatre cest lrsquoimpact des
dispositifs FACTS sur le reacuteseau de transport qui est eacutetudieacute Dans ce contexte nous nous
restreignons agrave leacutetude de lrsquoeffondrement de tension et plus particuliegraverement aux effets des
FACTS sur la stabiliteacute des tensions
La modeacutelisation des FACTS est effectueacutee sur la base des eacuteleacutements utiliseacutes dans les
calculs de lrsquoeacutecoulement de puissance Ce sont plus particuliegraverement les geacuteneacuterateurs les
charges les eacuteleacutements shunt ainsi que les lignes et les transformateurs
III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS [26]
III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs
Les geacuteneacuterateurs sont des eacuteleacutements qui permettent la conversion de leacutenergie (meacutecanique
photonique chimique) vers une forme eacutelectrique Ils peuvent fournir ou consommer de
leacutenergie active ou reacuteactive et ils peuvent maintenir un niveau de tension deacutesireacutee
Un geacuteneacuterateur peut ecirctre consideacutereacute comme une source de puissance active et reacuteactive qui
peut maintenir une tension de consigne Agrave cause de facteurs comme la limite thermique du
rotor celle du stator et la limite de stabiliteacute au reacutegime permanent le fonctionnement dun
geacuteneacuterateur est limiteacute en puissance active ainsi quen puissance reacuteactive Ainsi un geacuteneacuterateur
peut ecirctre modeacuteliseacute dans le calcul drsquoeacutecoulement de puissance par le scheacutema de la figure (III1)
Dans lrsquoanalyse de lrsquoeacutecoulement de puissance les geacuteneacuterateurs sont modeacuteliseacutes comme des
injecteurs de courants La puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur est reacutegleacutee agrave travers le
controcircle de la turbine qui doit ecirctre dans les limites de la capaciteacute du systegraveme turbine
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
68
geacuteneacuterateur La tension est lieacutee principalement agrave lrsquoinjection de la puissance reacuteactive au jeu de
barres de production et comme le geacuteneacuterateur doit fonctionner dans les limites de sa courbe de
capaciteacute reacuteactive il nrsquoest pas possible de reacutegler la tension en dehors de certaines limites
admissibles
Avec
Si Puissance apparente complexe
PGi Puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i
QGi Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i
V i Tension complexe au nœud i
δi Deacutephasage de la tension au nœud i
Les limites de production des geacuteneacuterateurs sont deacutefinies par
PGimin le PGi le PGimax
QGimin le QGi le QGimax
Dans les calculs de transit de puissance la puissance PGi est prise constante et la
tension V i peut ecirctre maintenue en module agrave une valeur consigne constante La phase δi et la
puissance reacuteactive quand agrave elles deacutependent de leacutetat du reacuteseau Lorsque QGi deacutepasse une de ces
limites sa valeur est fixeacutee agrave cette valeur limite et la tension ne peut plus ecirctre controcircleacutee Le
nœud nest plus consideacutereacute comme geacuteneacuterateur mais comme une charge
120575119894
119878119894 i 119881 119894
119875119866119894 119876119866119894
119876119866119894
Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur
(III1)
(III2)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
69
III22) Modegraveles des charges [26]
Les charges repreacutesentent les consommateurs connecteacutes au reacuteseau (figure III2) Elles
correspondent agrave des injections neacutegatives aux nœuds Les charges sont modeacuteliseacutees par des
puissances constantes indeacutependantes de la tension nodale
SLi = PLi + j QLi
Ougrave
SLi La puissance complexe de la charge
PLi La puissance active
QLi La puissance reacuteactive
La puissance reacuteactive QLi peut ecirctre positive ou neacutegative selon que la charge est de nature
inductive ou capacitive respectivement
III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt [26]
Dans la plupart des cas les eacuteleacutements shunt sont des dispositifs destineacutes agrave la
compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive et la tenue de la tension chaque eacuteleacutement connecteacute au
reacuteseau sera modeacuteliseacute par des admittances 1199101198940 de la forme
1199101198940 = 1198921198940 + 1198951198871198940
Le symbole geacuteneacuteral repreacutesentant un eacuteleacutement shunt est donneacute agrave la figure III3a La
susceptance 1198871198940 peut ecirctre inductive ou capacitive Dans le premier cas leacuteleacutement consomme de
la puissance reacuteactive (fig III3b) alors quil en fournit au systegraveme dans le second (fig III3c)
Les modegraveles des dispositifs FACTS preacutesenteacute dans la section suivante sont baseacutes sur une
(III3)
Figure III2 Modegravele des charges
PLi QLi
i
(III4)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
70
simple modification des eacuteleacutements approprieacutes de 119884
III24) Modegraveles de la ligne [26]
Les lignes sont deacutefinies par leur scheacutema en 120587 (figure III4) qui caracteacuterise en geacuteneacuteral les
lignes moyennes dont les paramegravetres sont la reacutesistance r la reacuteactance 119909 = 119871 ω et la
susceptance b =119862120596 Dans le cas des lignes longues on peut toujours se ramener agrave un scheacutema
eacutequivalent en 120587 Les lignes de transport sont modeacuteliseacutees par leur scheacutema en 120587 classique dans
lequel la conductance transversale est neacutegligeacutee
La matrice dadmittance nodale dune ligne reliant un nœud i agrave un nœud k est donneacute par
lrsquoeacutequation (III5)
Y = (
yik+
yik0
2
minusyik
minusyik yik + yik0
2
)
Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt a) symbole b) eacuteleacutement
inductif c) eacuteleacutement capacitif
c) eacuteleacutement capacitif
(III5)
i 119909119894119896 119903119894119896 k
119887119894119896119900
2
119887119894119896119900
2
Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
71
Ougrave ladmittance longitudinale yik vaut
yik = 1
rik + j 120013ik
Avec
rik Reacutesistance longitudinale de la ligne
120013ik Reacuteactance longitudinale de la ligne
Ladmittance transversale correspondant aux effets capacitifs seacutecrit
yik0 = j119887ik0
Avec
119887ik0 Sousceptance transversale de la ligne
III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques [32]
Chaque nœud est caracteacuteriseacute par quatre variables Pi Qi Vi θi Si on connaicirct deux des
quatre variables nous permettent de deacuteterminer les deux autres agrave partir des eacutequations
principales de leacutecoulement de puissance En pratique le problegraveme se pose autrement Pour
cela il faut classifier les nœuds du systegraveme comme suit (Tableau III1)
Nœud de charge (P-Q) Pour ce type de nœuds on associe geacuteneacuteralement les charges
Ces derniegraveres sont caracteacuteriseacutees par la consommation des puissances active et reacuteactive
On peut aussi associer des geacuteneacuterateurs avec des puissances active et reacuteactive fixeacutees
Les variables agrave deacuteterminer sont le module et la phase de la tension
Nœud geacuteneacuterateur (P-V) Pour ce type de nœuds on associe les centrales de
production On speacutecifie la puissance active et le module de la tension Les variables agrave
deacuteterminer sont la phase de la tension et la puissance reacuteactive
Nœud bilan (slack bus) Pour ce type de nœud on associe la centrale de production la
plus puissante Dans un nœud k (nœud de reacutefeacuterence ou slack bus) on speacutecifie la phase
et le module de la tension Les valeurs agrave deacuteterminer sont les puissances actives et
reacuteactives
(III6)
(III7)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
72
III26) Modegraveles du transformateur
Les transformateurs sont repreacutesenteacutes par leur impeacutedance connecteacutee en seacuterie avec un
transformateur ideacuteal (figure III5) Le rapport de transformation est reacuteel pour un
transformateur classique alors quil est complexe dans le cas dun transformateur deacutephaseur
De maniegravere geacuteneacuterale le rapport de transformation complexe μik
est deacutefini par
μik
=Ui
Um
avec
Ui Tension complexe au nœud i
Um Tension complexe au nœud m
III27) Modegraveles de la machine synchrone
Nœuds Puissances actives Puissances reacuteactives Module de Tension Lrsquoangle de phase
Nœud (PQ) Connue Connue Inconnue Inconnue
Nœud (PV) Connue Inconnue Connue Inconnue
Nœud (slack
bus)
Inconnue Inconnue Connue Connue
Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme
(III8)
Si i
Ii Im
Um
119898
119903119894119896 Ik
Uk
119909119894119896
Ui μik 1
119896
Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
73
(III10)
La fem de la machine synchrone est donneacutee par la relation suivante
Ersquo = 119881119904+119903119886119868119904+j119883119889119868119904
Ersquo fem transitoire de la machine synchrone
119881119904 Tension aux bornes de la machine
119868119904 courant de la machine
119903119886 Reacutesistance statorique de la machine
119883119889 Reacuteactance transitoire de la machine
La repreacutesentation de la machine synchrone utiliseacutee pour la solution du reacuteseau et le diagramme
de phase sont scheacutematiseacutes dans la figure suivante
Les composantes de la tension 119881119904 aux bornes de la machine suivant les axes d-q sont
119881119889 = 119864prime119889 minus 119903119868119889 minus 119883prime
119902 119868prime119902
119881119902 = 119864prime119902 minus 119903119868119902 + 119883prime119889 119868prime119889
III28) Modeacutelisation du STATCOM
(III9)
Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone
(III11)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
74
(III12)
(III13)
Le STATCOM appartient agrave la deuxiegraveme geacuteneacuteration des dispositifs FACTS Selon
lIEEE Le STATCOM est un moyen de compensation dynamique connecteacute en parallegravele au
systegraveme eacutelectrique il est baseacute sur lrsquoinjection drsquoun courant AC controcircleacute agrave travers un
transformateur de couplage La structure de base drsquoun STATCOM ayant le scheacutema qui est
montreacute par la figure (III7) [33]
En geacuteneacuteral la tension du STATCOM 119881119904ℎest injecteacutee en phase avec la tension 119881119903 de la
ligne et dans ce cas il n y a pas deacutechange de leacutenergie active avec le reacuteseau mais seulement la
puissance reacuteactive qui sera injecteacutee (ou absorbeacutee) par le STATCOM Le STATCOM a le
mecircme rocircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce dispositif capable de deacutelivrer la
puissance reacuteactive mecircme si la tension de jeu de barre de connexion est faible Avec
lhypothegravese dun STATCOM ideacuteal (convertisseur sans pertes) la contrainte de fonctionnement
que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas eacutechanger la puissance active avec le reacuteseau
La tension du STATCOM est donneacute par
119864119904ℎ = 119881119904ℎ(119888119900119904120575119904ℎ + 119895119904119894119899120575119904ℎ)
Le courant injecteacutee par le STATCOM est donneacute par
119868119904ℎ =119881119904ℎ minus 119881119894
119895119883119894
Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
75
(III14)
(III15)
(III16)
(III17)
La puissance de transmission entre les deux systegravemes peut ecirctre repreacutesenteacutee par
La puissance active transmis
119875 = 119881119894119881119904ℎ
119883 119904119894119899(120575119894minus120575119904ℎ)
La puissance reacuteactive transmis
119876 =119881119894
2
119883minus
119881119894119881119904ℎ
119883 cos (120575119894120575119904ℎ)
Ougrave 119881119894119881119904ℎ est la tension aux nœuds (120575119894120575119904ℎ) lrsquoangle entre la tension et X impeacutedance de la
ligne Apregraves lrsquoexeacutecution de quelques opeacuterations complexes les eacutequations de puissance active
et reacuteactive sont obtenues comme suit
119875119904ℎ = 1198811198942119892119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ) + 119887119904ℎ119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ))
119876119904ℎ = minus1198811198942119887119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ) minus 119887119904ℎ119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ))
Avec 119892119904ℎ + 119895119887119904ℎ = 1119885119904ℎ
frasl
119892119904ℎ Conductance eacutequivalente du STATCOM
119887119904ℎ Susceptance eacutequivalente du STATCOM
119885119904ℎ Impedance eacutequivalente du STATCOM
III29) Modeacutelisation du SSSC
Le SSSC peut acqueacuterir un eacuteleacutement de stockage drsquoeacutenergie pour une compensation de la
puissance active momentaneacutement qui reacutesulte dans un maintien efficace de la stabiliteacute du
reacuteseau eacutelectrique Un SSSC est donc modeacuteliseacute comme une source de tension en seacuterie la figure
(III8) montre un SSSC inseacutereacute dans un reacuteseau agrave deux machines et son diagramme vectoriel des
tensions [33]
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
76
(III18)
(III19)
(III20)
(III21)
(III22)
(III23)
A partir du diagramme vectoriel on peut voir que la tension injecteacutee en seacuterie controcircle
directement la tension agrave travers lrsquoinductance X de la ligne qui en la augmentant reacutesulte en
une augmentation dans la valeur du courant et par conseacutequence une augmentation dans la
puissance transmissible agrave travers la ligne Ce fonctionnement est similaire agrave une compensation
seacuterie par un condensateur Si on eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant
de la ligne on obtient le mecircme reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un
condensateur
119880= -j119883119862 119868
Avec 119883119862 qui repreacutesente la reacuteactance capacitive du condensateur Mais comme le SSSC
est une source de tension il peut alors maintenir une tension constante puisque il controcircle
indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC peut augmenter ou diminuer le
flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant la tension injecteacutee en seacuterie agrave la
ligne Comme le SSSC est une source reacuteactive la tension geacuteneacutereacutee est perpendiculaire au
courant de la ligne ce courant est
119868 =1198801minus119880119902minus1198802
119895119883
119920 =120783
119947119935(( 119880120783 minus 119880120784) minus 119880119954
(119880120783minus119880120784)
|119880120783minus119880120784|)
119920 =119947(119880120783minus119880120784)
119935(120783 minus
119880119954
|119880120783minus119880120784|)
Cette eacutequation montre qursquoagrave lrsquoabsence du SSSC la chute de tension agrave travers X
est ( 1198801
minus 1198802
) Si on prend 1198802 Comme reacutefeacuterence du SSSC
1198802
= U2
et
Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
77
(III24)
(III25)
1198801=1198801(119888119900119904120575 + 119895119904119894119899120575)
Si on prend par consideacuteration que
|119880120783
minus 119880120784
| = radic119880120783120784 + 119932120784
120784 minus 120784119932120783119932120784119940119952119956120633
Ce qui nous donne la puissance agrave travers la ligne
P = 11988011198802119904119894119899120575
119883(1 minus
119880119902
radic11988012+1198802
2minus211988011198802119888119900119904120575
)
Par conseacutequent la puissance transmise P est une fonction de la tension injecteacutee La
puissance transmise en fonction de lrsquoangle δ
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
78
III3) Conclusion
Dans ce chapitre nous avons modeacuteliseacute les diffeacuterents composants du reacuteseau eacutelectrique agrave
savoir les lignes de transport les transformateurs et les charge les machines
synchroneshellipetc
Des modegraveles simplifieacutes de deux diffeacuterents types de FACTS agrave savoir le STATCOM et le
SSSC baseacute sur la modification de la matrice admittance 119884 et suitable pour lrsquoeacutetude du controcircle
du power flow et la reacutegulation de la tension ont eacuteteacute deacutemontreacutees dans ce chapitre Les deux
modegraveles ont eacuteteacute observeacutes dans la litteacuterature Agrave cet effet une bregraveve preacutesentation des approches
existantes agrave des modegraveles de ces deux dispositifs FACTS ont eacuteteacute fournis Les modegraveles
seacutelectionneacutes sont faciles agrave impleacutementer dans les logiciels du power flow comme le PSAT Au
chapitre suivant crsquoest lrsquoimpact du STATCOM et du SSSC sur lrsquoeffondrement de tension qui
sera analyseacute
79
Chapitre 4
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
80
IV1) Introduction
Le transfert de puissance au travers drsquoun reacuteseau eacutelectrique srsquoaccompagne de chutes de
tension entre les points de production et ceux de consommation Dans des conditions
normales de fonctionnement ces chutes de tension sont de lrsquoordre de quelque pour cents de la
tension nominale Une des preacuteoccupations des planificateurs et des exploitants est de srsquoassurer
que les tensions aux diffeacuterents jeux de barres du reacuteseau demeurent malgreacute tout dans des
limites prescrites speacutecialement dans des conditions de forte charge etou suite agrave des incidents
plausibles Dans certaines circonstances cependant dans les secondes ou dans les minutes qui
suivent lrsquoapparition drsquoune perturbation les tensions peuvent deacutecroitre de maniegravere
catastrophique agrave tel point que la puissance ne peut plus ecirctre achemineacutee correctement aux
consommateurs et que lrsquointeacutegriteacute du systegraveme peut ecirctre mise en danger
Le meacutecanisme qui sous-tend cet affaissement des tensions est lrsquoinstabiliteacute de tension et
la catastrophe qui en reacutesulte est lrsquoeffondrement de tension [34]
En termes simples lrsquoinstabiliteacute de la tension provient drsquoun comportement des charges
qui tend agrave ramener la consommation de puissance de celles-ci au-delagrave de ce que peuvent
fournir ensemble le reacuteseau de transport et les geacuteneacuterateurs
Dans de nombreux reacuteseaux agrave travers le monde lrsquoinstabiliteacute de tension est consideacutereacutee
comme une source majeure de deacutefaillance au moins aussi importante que les surcharges
thermiques drsquoeacutequipements (et le risque associeacute de deacuteclenchements en cascade) ou lrsquoinstabiliteacute
angulaire (perte de synchronisme entre geacuteneacuterateurs) connues depuis plus longtemps
Plusieurs facteurs contribuent agrave cet eacutetat de fait
- comme on le sait la construction de nouvelles lignes eacutelectriques est de
plus en plus difficile souvent retardeacutee et parfois impossible
- la concentration de la production dans ces centrales de plus en plus
puissantes a diminueacute le nombre de points tenus en tension dans le reacuteseau et
augmenteacute les distances eacutelectriques entre centres de production et de consommation
Certes lrsquoeacutemergence de la production deacutecentraliseacutee va quelque peu inverser cette
tendance en rapprochant producteurs et consommateurs Encore faut ndashil que ces
sources drsquoeacutenergie fournissent les services auxiliaires que sont la reacutegulation de
tension et la mise agrave disposition drsquoune reacuteserve de puissance reacuteactive
- lrsquousage massif de condensateurs shunt pour soutenir le profil de tension
permet de transporter de plus grandes quantiteacutes de puissance mais rapproche le point
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
81
drsquoinstabiliteacute des plages de fonctionnement normal
- lrsquoinstabiliteacute de tension est souvent deacuteclencheacutee par la perte
drsquoeacutequipements de transport et ou de production incidents dont la probabiliteacute
drsquoapparition est relativement eacuteleveacutee (compareacutee par exemple agrave celle du court-circuit
triphaseacute consideacutereacute en stabiliteacute transitoire angulaire)
- lrsquoouverture du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute incite agrave faire fonctionner les
reacuteseaux plus pregraves de leurs limites physiques pour des raisons de rentabiliteacute
eacuteconomique Plus encore que par le passeacute il est donc neacutecessaire drsquoeacutevaluer ces
limites en particulier vis ndashagrave vis du risque drsquoinstabiliteacute de tension
IV2) Outils de simulation
Plusieurs outils de simulation ont eacuteteacute utiliseacutes dans lrsquoanalyse et lrsquoeacutetude des reacuteseaux
eacutelectriques tels que (Matlab EMTP Etap PowerWorld PSAThellip etc) Ces logiciels
permettent de nous renseigner sur les diffeacuterents facteurs drsquoun reacuteseau eacutelectrique et agrave simuler les
diffeacuterents cas pour avoir les paramegravetres du reacuteseau Ces derniers utilisent les mecircmes
concepts Dans ce meacutemoire le logiciel PSAT est utiliseacute pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de
tension drsquoun reacuteseau de transport
PSAT est un logiciel librement distribueacutes conccedilu par Federico Milano baseacute sur
MATLAB pour lanalyse et lrsquooptimisation des reacuteseaux eacutelectriques Lrsquointerface graphique
interactive du PSAT permet agrave lrsquoutilisateur drsquoeffectuer les fonctions statiques et dynamiques
suivantes [35]
Calcul drsquoeacutecoulement de puissance (Power Flow- PF)
Calcul drsquoeacutecoulement de puissance Optimal (Optimal Power Flow- OPF)
Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation Power Flow- CPF)
Analyse de la stabiliteacute de petites perturbations (Small Signal Stability Analysis-
SSSA)
Simulation temporelle (Time Domaine Simulation- TDS)
Analyse transitoire drsquoeacutelectromagneacutetique (Electro Magnetic Transient Analysis-
EMT)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
82
Interface graphique (Graphical User Interface- GUI)
Eacutediteur de reacuteseau graphique (Graphical Network Editor- GNE)
Toutes les opeacuterations de PSAT peuvent ecirctre reacuteparties en deux genres drsquoanalyse
- La premiegravere analyse est de reacutesoudre les problegravemes de lrsquoeacutecoulement de puissance
Cette application srsquoeffectue dans une page de commande ou un eacutediteur comme
montre la figure (IV1)
- La seconde analyse est drsquoimplanter le reacuteseau agrave eacutetudier en utilisant une bibliothegraveque
de Simulink qui contient de nombreux modegraveles pour lrsquoimplantation des systegravemes
eacutelectriques comme montreacute dans la figure (IV2)
IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques
La deacutefinition et les types de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques sont repreacutesenteacutes dans le
chapitre I
Durant les derniegraveres deacutecennies la stabiliteacute de tension dans les systegravemes dalimentation
est devenue un vaste champ de recherches Les pheacutenomegravenes dinstabiliteacute en tension peuvent
srsquoeacutetendre dans une plage de temps allant de quelques secondes agrave quelques heures et ont eacuteteacute
eacutetudieacutes en utilisant une varieacuteteacute de modegraveles statiques et dynamiques y compris les reacutegulateurs
et les dispositifs eacutelectroniques de puissance
Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
83
Les sujets pertinents pour le marcheacute de leacutelectriciteacute et pour les techniques optimales
deacutecoulement de puissance sont geacuteneacuteralement les pheacutenomegravenes drsquoeffondrement de tension
reacutesultant des variations de charge et des opeacuterations de commutation Lrsquoeffondrement de
tension est geacuteneacuteralement la conseacutequence de laugmentation de la charge dans les systegravemes
caracteacuteriseacutes par des conditions de chargement lourd et ou lorsque survient une modification
dans le systegraveme comme une ligne hors service Le reacutesultat est geacuteneacuteralement que le point de
fonctionnement actuel qui est stable laquodisparaicirctraquo et le systegraveme transitoire suivant conduit agrave
une rapide irreacutecupeacuterable baisse de tension
IV31) Facteur de charge et les directions de puissance [34]
Loutil analytique le plus accepteacute pour lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes de lrsquoeffondrement de
tension est la theacuteorie de la bifurcation qui est une theacuteorie matheacutematique geacuteneacuterale capable de
classer les instabiliteacutes drsquoeacutetudier le comportement du systegraveme dans le voisinage
drsquoeffondrement ou des points instables et de donner une information quantitative sur les
actions correctives pour eacuteviter les conditions critiques
Dans la theacuteorie de la bifurcation il est supposeacute que les eacutequations du systegraveme deacutependent
dun ensemble de paramegravetres avec des variables deacutetat comme suit
0 = 119891 (120013 λ)
avec
119891 Eacutequation de lrsquoeacutecoulement de puissance
120013 Variables deacutependantes
120582 Facteur de charge
Alors les proprieacuteteacutes de la stabiliteacute instabiliteacute sont eacutevalueacutees en variant lsquolsquolentementrsquorsquo les
paramegravetres Dans ce meacutemoire le paramegravetre utiliseacute pour eacutetudier la proximiteacute du systegraveme de
lrsquoeffondrement de tension est le soi-disant facteur de charge 120582 (120582 isin ℛ) ce qui modifie les
puissances du geacuteneacuterateur et la charge comme suit
(IV1)
1198751198661 = (1 + 120582)(1198751198660 + 119875119878)
1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)
1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)
(IV2)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
84
Avec
1198751198660 Puissance active du geacuteneacuterateur
1198751198710 Puissance active de la charge
119875119878 Fourniture de lrsquooffre (Supply bids)
119875119863 Demande drsquooffre (Demand bids)
Les puissances qui multiplient λ sont appeleacutees les puissances de direction Les eacutequations
(IV2) diffegraverent du modegravele geacuteneacuteralement utiliseacute dans lanalyse du calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) cest-agrave-dire
Ougrave le facteur de charge touche uniquement les variables puissances PS et PD Dans les
diagrammes typiques de bifurcation les tensions sont traceacutees en fonction de λ cest agrave dire la
mesure de la capaciteacute de charge du systegraveme obtenant ainsi les courbes V(p)
Les indices 0 1 et 2 deacutenotent le cas de base le premier point et le deuxiegraveme point de
directions des puissances respectivement
IV 32) Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation
power flow- CPF) [34]
Les techniques du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance sont largement
reconnues comme un outil preacutecieux pour deacuteterminer les courbes V(P) du systegraveme de
puissance et permettent destimer les conditions de chargement maximal et des solutions
laquocritiquesraquo (par exemple saddle-node et limites induites de points de bifurcation) Malgreacute que
les grands systegravemes neacutecessitent un calcul numeacuterique exigeant le CPF nest pas affecteacutee par
des instabiliteacutes numeacuteriques En fait il est capable de deacuteterminer la partie stable et instable des
courbes V(p) et peut fournir des informations suppleacutementaires telles que les facteurs de
sensibiliteacute de la solution actuelle agrave leacutegard des paramegravetres pertinents
Dun point de vue matheacutematique le CPF est une technique dhomotopie et permet
dexplorer la stabiliteacute des eacutequations du systegraveme eacutelectrique en faisant varier un paramegravetre du
systegraveme qui dans les eacutetudes de stabiliteacute statique et dynamique typique de tension est le
paramegravetre de charge λ De maniegravere geacuteneacuterale le CPF consiste en un pas preacutedicteur reacutealiseacute par
le calcul du vecteur tangent et un pas correcteur qui peut ecirctre obtenu soit par lintermeacutediaire
PG2 = (PG0 + λPS)
PL2 = (PL0 + λPD)
PL2 = (PL0 + λPD)
(IV3)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
85
dun parameacutetrage local ou agrave une intersection perpendiculaire
a) Pas preacutedicteur
Au point deacutequilibre geacuteneacuterique p la relation suivante sapplique
Et le vecteur tangent peut ecirctre approximeacute par
Agrave partir de lrsquoeacutequation (IV4) et (IV5) on a
Agrave ce point un pas de grandeur k de controcircle doit ecirctre choisi pour deacuteterminer la quantiteacute Δ120013119901
et Δ120582119901 avec une normalisation afin deacuteviter de grands pas quand 120591119901 est grand
Δ120582119901 ≜ 119896
120591119901 Δ120013119901 ≜
119896 120591119901
120591119901
Ougrave ∙ est la norme euclidienne et 119896 = plusmn1 Le signe de k deacutetermine lrsquoaugmentation ou la
diminution de 120582 La figure (IV3) preacutesente une repreacutesentation graphique du pas preacutedicteur
119891(120013 p λp) = 0 rArr d119891
dλ|
p= D120013 119891|p
d120013
dλ|
p+
d119891
dλ|
p= 0 (IV4)
120591p = d120013
dλ|
p asymp
Δ 120013 p
∆λp
(IV5)
120591119901 = minus D120013 119891|pminus1
part119891
partλ|
p
∆120013p = 120591119901 ∆λp
(IV6)
(IV7)
(120013119901 120582119901)
120591119901
119891(120013 120582) = 0
(120013119875 + ∆120013119875 120582119875 + ∆120582119875)
Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance
pas preacutedicteur obtenu par les moyens de la tangente
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
86
b) Pas correcteur
Pour le pas correcteur lrsquoensemble des eacutequations n+1 est reacutesolu
119891(120013 λ) = 0
120578(120013 λ) = 0
Ougrave la solution de 119891 doit ecirctre dans le collecteur de bifurcation et 120578 est une eacutequation
additionnelle pour garantir un ensemble non singulier au point de bifurcation Pour le choix de
120578 il yrsquoa deux options lrsquointersection perpendiculaire et la parameacutetrisation locale
Dans le cas de lrsquointersection perpendiculaire dont la repreacutesentation est donneacutee par la figure
(IV2) lrsquoexpression de 120578 devient (eacutequation IV9)
Tandis que pour la parameacutetrisation locale soit le paramegravetre 120582 soit la variable 120013119894 est forceacutee
drsquoecirctre une valeur fixe
(120013119901 120582119901)
119891(120013 120582) = 0
(120013119888 120582119888)
(120013119888 minus (120013119875 + ∆120013119875 ) 120582119888 minus (120582119875 + Δ120582119901 ) )
120578 (120013 λ) = [Δ120013p
Δλp]
T
[120013c minus (120013p + Δ120013p)
λc minus (λp minus Δλp)] = 0
ppcx )(
(IV8)
(IV9)
(IV10)
Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas
correcteur obtenu par les moyens dintersection perpendiculaire
P
900
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
87
Ou
pipici xxxx )(
Le choix pour que la variable soit fixe deacutepend du collecteur de bifurcation de 119891 comme
crsquoest preacutesenteacute agrave la figure (IV5)
IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE 39 nœuds
IV41) Preacutesentation du reacuteseau
Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds est un reacuteseau de transport standard IEEE New England
39 nœuds sera utiliseacute pour les diffeacuterents sceacutenarios de nos simulations Ce reacuteseau repreacutesente
une simplification du reacuteseau de transport de la reacutegion Nouvelle Angleterre (nord-est des Etats-
Unis) Il srsquoagit donc drsquoune partie drsquoun reacuteseau reacuteel ameacutericain Ce reacuteseau fonctionne agrave 100
kV et comporte 10 geacuteneacuterateurs (119875119866119905119900119905119886119897119890= 619 Gw 119876119866119905119900119905119886119897119890= 113 Gvar) et 39 nœuds dont
19 nœuds de charge et 48 lignes Un scheacutema complet de ce reacuteseau est preacutesenteacute par la figure
IV6) [36]
Les donneacutees des jeux de barres ainsi que les caracteacuteristiques des branches sont
indiqueacutees dans lrsquoannexe A1
Le reacuteseau de transport IEEE-39 nœuds est constitueacute de 3 reacutegions (figure IV7) Chaque
reacutegion contient des nœuds PV et des nœuds PQ ainsi des geacuteneacuterateurs synchrones
(IV11)
Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas
correcteur obtenu par les moyens de la parameacutetrisation locale
λ
Correcteur
Correcteur
x
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
88
En utilisant la technique du CPF la stabiliteacute de tension est eacutetudieacutee Le comportement du
systegraveme test consideacutereacute avec et sans les dispositifs FACTS sous diffeacuterentes conditions de
charge est eacutetudieacute Lrsquoemplacement des FACTS est deacutetermineacute agrave travers le CPF
Un modegravele classique PQ est utiliseacute pour les charges Les limites des geacuteneacuterateurs sont
ignoreacutees Lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension est effectueacutee en commenccedilant agrave partir dun point
de fonctionnement stable initiale et en augmentant ensuite les charges par le facteur 120582 jusqursquoagrave
atteindre le point de singulariteacute de la lineacutearisation de lrsquoeacutecoulement de puissance
Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
89
Lorganigramme de la stabiliteacute de tension avec les FACTS en utilisant la meacutethode CPF
est illustreacute par la figure (IV8)
De la figure (IV8) on peut observer que les eacutequations des dispositifs FACTS sont
ajouteacutees dans les eacutequations de lrsquoeacutecoulement de puissance Les nouvelles eacutequations de
lrsquoeacutecoulement de puissance sont ensuite utiliseacutees dans le pas correcteur du processus CPF
Zone I
Noeuds (PQ) 4 5 6
7 8 910 11 12 13
14
Noeuds (PV) 31 32 39
Zone II
Noeuds(PQ) 1 2 3 17 18 25 26
27
Noeuds(PV) 3037
Zone III
Noeuds (PQ) 15 16 19 20 21 22 23 24
28 29
Noeuds (PV) 3334353638
Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds
Reacuteseau IEEE 39-nœuds
Geacuteneacuterateurs synchrones
30 31323334353637
3839
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
90
IV5) Emplacement du STATCOM
Fixer le nombre des points du CPF
Reacutesoudre les eacutequations de
lrsquoeacutecoulement de puissance de
charge avec les FACTS
Reacutesoudre les eacutequations de
lrsquoeacutecroulement de charge avec les
FACTS
Nombres des points de CPF
Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS
Lire les donneacutees
Pas preacutedicteur dans la meacutethode
CPF
Creacuteer les eacutequations de lrsquoeacutecoulement
de puissance avec les eacutequations du
FACTS
La courbe PV
complegravete
Fin
Deacutebut
Pas correcteur dans la meacutethode
CPF
Non
Oui
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
91
IV5) Emplacement du STATCOM
Drsquoapregraves le profil de tension (figure IV9) ainsi une preacutesentation des nœuds critiques sur
la figure (IV10) et leurs courbes V(p) obtenues par la meacutethode du CPF illustreacutee aux figures
(IV11 IV12 IV13) nous implanterons le STATCOM sur le nœud de charge le plus fragile
du reacuteseau de transport Le point de chargement maximal ou le point de bifurcation quand la
matrice jacobienne est singuliegravere survient agrave 120640=22806 pu
Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone
Reacuteseau IEEE 39-nœuds
Zone I
Les noeuds fragiles
875641214
le noeud le plus critique 8
Zone II
Les noeuds fragiles
3181727
le noeud le plus critique 3
Zone III
Les noeuds fragiles
1516242128
le noeud le plus critique 15
Figure IV9 Profil des tensions du reacuteseau IEEE 39-nœuds
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
92
Le calcul du CPF sur le reacuteseau seul (crsquoest ndash agrave dire sans y inseacuterer le STATCOM) a
montreacute que le nœud concerneacute est le nœud 8 de la zone 1
IV51) Impact du STATCOM
Apregraves la deacutetermination du nœud fragile du reacuteseau consideacutereacute et qui a besoin drsquoecirctre
soutenus les valeurs nominales (the ratings) du STATCOM doivent ecirctre choisies il est agrave
Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de
base)
0 05 1 15 2 25
065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
X 228
Y 07822
Lambda(pu)
Tensio
ns(pu)
Zone 3
V15
V16
V21
V24
V28
Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme
(eacutetat de base)
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
115
12
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu
)
Zone 2
V3
V17
V18
V27
Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1
du systegraveme (eacutetat de base)
0 05 1 15 2 250
02
04
06
08
1
12
14
X 228
Y 06766
Lambda (pu)
Tensio
ns(p
u)
Zone 1
V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
93
preacutevoir que par lintroduction du STATCOM aux nœuds critiques le profil de tension sera
plat et le facteur de charge du systegraveme va augmenter
Les gestionnaires des reacuteseaux eacutelectriques imposent une toleacuterance de plusmn 5 sur la tension
du reacuteseau de transport pour garantir une qualiteacute de distribution de lrsquoeacutelectriciteacute Nous
prendrons donc 119880119898119894119899 = 095pu et 119880119898119886119909 = 105 pu (soit respectivement 95KV et 105 KV
pour notre reacuteseau de transport de 100KV nominal) On obtient les valeurs nominales de la
puissance reacuteactive du STATCOM par [21]
119876119898119886119909 = 119868119871119898119886119909 lowast 119880119898119886119909
Et
119876119898119898119894119899 = 119868119888119898119886119909 lowast 119880119898119894119899
Drsquoougrave 119883119878119871 = 119880max minus 119880119898119894119899
119868119871119898119886119909minus 119868119888119898119886119909
Avec
119868119871119898119886119909 Courant inductif maximum
119868119888119898119886119909 Courant capacitif maximum
119880119898119886119909 119880119898119894119899 tension limites en reacutegulation
119883119878119871 ∶ Pente de la caracteacuteristique statique dans la zone de fonctionnement en reacutegulation
Quand le STATCOM est connecteacute au nœud 8 on observe drsquoapregraves la figure (IV14) que
les nœuds les plus fragiles de la zone 1 ont un profil de tension plus plat que lrsquoeacutetat de base et
introduire le STATCOM va augmenter le facteur de charge agrave la valeur maximale Comme
attendu le point de bifurcation pour le STATCOM placeacute au nœud 8 survient agrave une valeur de
charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 231 pu Sa puissance reacuteactive capacitive calculeacutee drsquoapregraves les
eacutequations IV12 et IV13 est de ndash 380 Mvar + 420 Mvar pour une puissance de base de
100MVA
(IV12)
(IV13)
(IV14)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
94
IV511) Profils des tensions et les pertes de puissances dans le
systegraveme
Les profils des tensions du cas de base et du systegraveme avec le STATCOM sont illustreacutes
agrave la figure (IV15) Il est eacutevident agrave partir de cette figure que le STATCOM fournit un meilleur
profil de tension au point drsquoeffondrement de tension compareacute agrave lrsquoeacutetat de base Cela est ducirc au
fait que le STATCOM est installeacute au nœud le plus faible
Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV16)
et la figure (IV17) respectivement Lrsquoaugmentation des pertes au voisinage du point
drsquoeffondrement est faible dans le cas du STATCOM placeacute au nœud 8
Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Ten
sion
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 8
Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
X 2315
Y 07441
Lambda(pu)
Tensio
ns(p
u
Zone STATCOM au 8
V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
95
La figure (IV18) illustre le paramegravetre de charge pour diffeacuterents emplacements du
STATCOM sur les nœuds les plus critiques des 3 zones selon les courbes V(p) des figures
(IV11 IV12 et IV13)
Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives
avec STATCOM au nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Zone 1 avec STATCOM au noeud 8
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 8
Figure IV17 Profils de pertes de
puissances reacuteactives avec STATCOM au
nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 1 avec STATCOM au noeud 8
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 8
Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM
[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
225
226
227
228
229
23
231
232
233
234
Base STATACOM aunœud 08
STATACOM aunœud 03
STATACOM aunœud 15
22806
23164232
234
Paramegravetre de charge(pu)
Paramegravetre decharge(pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
96
Puisque notre but agrave travers la recherche de lrsquoemplacement ideacuteal du dispositif
STATCOM est drsquoaugmenter la stabiliteacute de tension c-agrave-d maximiser le facteur de charge 120582 du
systegraveme tous en controcirclant la tension et minimisant les pertes des puissances actives et
reacuteactives nous placcedilons le mecircme STATCOM sur ces diffeacuterents nœuds fragiles et nous
observons lrsquoimpact qursquoil peut apporter
Le STATCOM placeacute sur le nœud 3 de la zone 2 et le nœud 15 de la zone 3 offre le
maximum du facteur de charge (voir figure IV18)
Les courbes V(p) avec le STATCOM sur les nœuds 3 et 15 sont illustreacutes sur les figures
(IV19) et (IV20) ainsi leurs profils des tensions sont illustreacutes sur les figures (IV21) et
(IV22)
Drsquoapregraves ces figures on constate une leacutegegravere ameacutelioration de tension sur les nœuds 2 3 et
4 pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3
Pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 15 on remarque sur les profils des
tensions une leacutegegravere baisse de tension sur les nœuds 5 6 7 8 9 11 et 13 et une ameacutelioration
pour les nœuds 15 16 17 18 et 20
Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au
nœud 03
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
115
12
Lambda(pu)
Tensio
n (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
X 2325
Y 08385
V3
V17
V18
V27
Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au
nœud 15
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
X 234
Y 07461
Lambda(pu)
Tensio
ns(p
u)
Zone 3 avec STATCOM au noeud 15
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
97
Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV23)
et la figure (IV24) respectivement pour le STATCOM au nœud 3 et les figures (IV25) et
(IV26) pour le STATCOM au nœud 15 Lrsquoaugmentation des pertes actives et reacuteactives au
voisinage du point drsquoeffondrement est grande dans le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3
et 15 presque pour tous les nœuds
Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme
avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 3
Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme
avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns(p
u)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 15
Figure IV23 Profils de pertes de puissances
actives avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 03
Figure IV24 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 03
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
98
IV512) Synthegravese
Les diffeacuterents emplacements du STATCOM preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE
39 nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV27) et
(IV28) syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du STATCOM Notre choix du nœud 8
comme un nœud fragile qui avait besoin drsquoecirctre soutenu est raisonnable vu lrsquoapport qursquoil a
fourni (figure IV28)
Figure IV25 Profils de pertes de puissance actives
avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 15
Figure IV26 Profils de pertes de puissance
reacuteactives avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 3 avec STATCOM au noeud 15
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 15
Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les
diffeacuterents emplacements du STATCOM [Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
0
20
40
60
80
100
Base STATCOMau 08
STATCOMau 03
STATCOMau 15
404 354 418 415
895298
738
9261 9249
Pertes de puissancesactives (pu)
Pertes de puissancesreacuteactives (pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
99
IV6) Emplacement du SSSC
Comme nous lrsquoavons deacutejagrave signaleacute dans le chapitre 2 Un SSSC fonctionne sans la
preacutesence drsquoune source de tension externe Il opegravere comme une source de tension en seacuterie agrave la
ligne Cette source geacutenegravere une tension en quadrature avec et controcircleacutee seacutepareacutement du courant
qui passe agrave travers la ligne dont le but drsquoaugmenter ou de diminuer la tension injecteacute en seacuterie
dans la ligne et par conseacutequence controcircler le flux de puissance qui passe agrave travers la ligne
Son fonctionnement est similaire agrave une compensation seacuterie par un condensateur Si on
eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant de la ligne on obtient le mecircme
reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un condensateur
119880119902 = minus119895 119883119888119868
Avec
119883119888 Reacuteactance capacitive du condensateur
(IV15)
Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du STATCOM
[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
07846081614
073999
0
02
04
06
08
1
12
1 5 10 15 20 25 30 35
Zone 1 (08)
Zone 2 (03)
Zone 3 (15)
Base
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
100
Mais comme le SSSC est une source de tension il peut alors maintenir une tension
constante puisque il la controcircle indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC
peut augmenter ou diminuer le flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant
la tension injecteacutee en seacuterie agrave la ligne
Dans nos simulations nous avons reacutegleacute la tension injecteacutee entre ses limites ainsi le taux de
compensation du SSSC
IV61) Impact du SSSC
Drsquoapregraves la figure (IV6) et la figure (IV9) le nœud 8 le plus fragile est alimenteacute par trois
lignes 8-5 8-7 et 8-9 Donc pour seacutelectionner lrsquoemplacement du SSSC nous allons nous baser
sur lrsquoaugmentation maximale de la puissance au point de lrsquoeffondrement [34] Les figures
(IV29) et (IV30) montrent clairement que les puissances actives et reacuteactives sur la ligne 15
(8-9) sont maximales au point de lrsquoeffondrement de tension
Apregraves lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 15 les figures (IV31) (IV32) et (IV33)
montrent les courbes V(p) des 3 zones le point de bifurcation pour le SSSC inseacutereacutee sur la
ligne 15 survient agrave une valeur de charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 239 pu Nous pouvons
remarquer que les courbes V(p) gardent toujours la partie infeacuterieure (partie instable) de la
courbe
Figure IV29 Puissances actives
maximales au point drsquoeffondrement
0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Lambda (pu)
Puis
sance a
ctives (
pu
X 228
Y -08897
X 228
Y 4079
X 228
Y 7041
PBUS05 BUS08
PBUS07 BUS08
PBUS08 BUS09
Figure IV30 Puissances reacuteactives
maximales au point drsquoeffondrement
0 05 1 15 2-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
Lambda (pu)
Puis
sances r
eacuteactives(p
u)
X 228
Y 1762
X 228
Y -05669
X 228
Y -4221
QBUS05 BUS08
QBUS07 BUS08
QBUS08 BUS09
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
101
Les profils des tensions des pertes actives et reacuteactives sont illustreacutes sur les figures
(IV34) (IV35) (IV36) respectivement
Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC
sur la ligne 15
0 05 1 15 2 25065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
115
X 239
Y 07389
Lambda (pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 2 avec SSSS sur la ligne 15
V3
V17
V18
V27
Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec
SSSC sur la ligne 15
0 05 1 15 2 250
02
04
06
08
1
12
14
X 239
Y 06732
Lambda(pu)
Tensio
n(p
u)
Zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15
0 05 1 15 2 2505
06
07
08
09
1
11
12
X 239
Y 06487
Lambda (pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 avec SSSC sur la ligne 15
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
102
Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tens
ions
(pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 15
Figure IV35 Profils de pertes de
puissances actives avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 15
Figure IV36 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
103
Drsquoapregraves ces reacutesultats nous pouvons conclure que le SSSC inseacutereacute sur la ligne 15 de la
zone 1 nrsquoa pas ameacutelioreacute les profils de tension les pertes actives et reacuteactives au point
drsquoeffondrement de tension
Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion pour le SSSC nous allons le placeacute dans
la zone 3 ougrave se trouve le 2egraveme nœud fragile drsquoapregraves la courbe de la figure IV9 qui est le nœud
15
Nos simulations nous en permettent de trouver 2 situations critiques lors de
lrsquoeffondrement de tension sur la ligne 45 (22- 35) et la ligne 48 (29- 38) leurs puissances
actives et reacuteactives au point drsquoeffondrement sont illustreacutees par les figures (IV37) et (IV38)
IV611) SSSC inseacutereacute sur la ligne 45
Nous avons inseacutereacute le SSSC sur la ligne 45 entre le nœud 22 et le nœud 35 la courbe
V(p) de la zone 3 (zone drsquoinsertion du SSSC) les profils de tensions les pertes actives et
reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV39) (IV40) (IV41) et (IV42) respectivement
Figure IV37 Puissances actives
maximales au point drsquoeffondrement de la
zone 3
0 05 1 15 2-20
-15
-10
-5
0
5
X 228
Y -1513
Lambda (pu)
Puis
sances a
ctives (
pu)
Zone 3 Etat de base
X 228
Y -1895
PBUS22 BUS35
PBUS29 BUS38
Figure IV38 Puissances reacuteactives
maximales au point drsquoeffondrement de la
zone 3
0 05 1 15 2-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
X 2281
Y -3841
Lambda (pu)
puis
sances r
eacuteactives (
pu)
Zone 3 Etat de base
X 2281
Y -945Q
BUS22 BUS35
QBUS29 BUS38
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
104
Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 45 les profils des tensions sont meilleurs par apport
agrave ceux du SSSC sur la ligne 15 de la zone 1
IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48
Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion du SSSC sur notre reacuteseau de transport
nous allons lrsquoinseacutereacute sur la ligne 48 entre le nœud 29 et le nœud 38 la courbe V(p) les profils
de tensions les pertes actives et reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV43) (IV44)
(IV45) et (IV46) respectivement
Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme
avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV41 Profils de pertes de puissances
actives avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV42 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec
SSSC sur la ligne 45
0 05 1 15 2 25065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
115
X 234
Y 07265
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 SSSC sur la ligne 45
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
105
Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 les profils des tensions ne sont pas meilleurs
par apport au cas du SSSC sur la ligne 45 mais pour les pertes reacuteactives lrsquoinsertion sur la
ligne 48 est meilleure que pour lrsquoinsertion sur la ligne 45
Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec
SSSC sur la ligne 48
0 05 1 15 2 25
065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
X 2306
Y 0704
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 avec SSSC sur la ligne 48
V15
V16
V21
V24
V28
Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme
avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 48
Figure IV46 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Petes reacuteactiv
es (pu)
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48
Figure IV45 Profils de pertes de puissances
actives avec SSSC sur la ligne 48
Figure (IV45) Profils de pertes de puissance
actives avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pertes activ
es (pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 48
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
106
IV613) Synthegravese
Les diffeacuterents emplacements du SSSC preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE 39
nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV47) et (IV48)
syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du SSSC
Lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 45 de la zone 3 nous a fourni des meilleurs reacutesultats au
point drsquoeffondrement
Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC
[Extrait de lrsquoannexe B1 B3]
222
224
226
228
23
232
234
236
238
24
Base SSSC agrave laligne 15
SSSC agrave laligne 45
SSSC agrave laligne 48
22806
239
234
23
Paramegravetre de charge(pu)
Paramegravetre de charge(pu)
Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents
emplacements du SSSC [Extrait de lrsquoannexe B1 B3]
0
20
40
60
80
100
120
Base SSSC agrave laligne 15
SSSC agrave laligne 45
SSSC agrave laligne 48
404 466 402 363
89529810482
8381 8211
Pertes Actives (pu)
Pertes Reactives (pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
107
IV7) Conclusion
Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre une eacutetude de lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute des
reacuteseaux eacutelectriques en y inseacuterant deux systegravemes FACTS le STATCOM (Static Synchronous
Compensator) et le SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Le reacuteseau utiliseacute pour
les simulations est le reacuteseau de transport IEEE_39 nœuds Lrsquoanalyse des performances du
reacuteseau porte sur le support du profil de tension lrsquoaugmentation de la stabiliteacute en tension et la
diminution des pertes actives et reacuteactives et ce pour lrsquoeffondrement de tension Le
programme utiliseacute est un logiciel de calcul drsquoeacutecoulement de puissance (PF) et le calcul
continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) [PSAT]
Les tests effectueacutes ont montreacute plusieurs reacutesultats inteacuteressants Tout drsquoabord le systegraveme
FACTS shunt (le STATCOM) assure une stabilisation globale du reacuteseau En effet dans tous
les cas le STATCOM tend soit agrave stabiliser tous les nœuds soit en agrave stabiliser certains sans
affecter les autres En tout eacutetat de cause ce systegraveme nrsquoa jamais deacutestabiliseacute un nœud quel qursquoil
soit En fait le STATCOM ameacuteliore les performances du reacuteseau eacutelectrique (surtout en termes
de stabiliteacute et de soutien de tension) en fournissant de la puissance reacuteactive dans la zone de
charge Ceci doit ecirctre nuanceacute en ce qui concerne le compensateur seacuterie Si celui ndashci peut avoir
un bon comportement local crsquoest-agrave-dire dans la zone ougrave il est implanteacute en augmentant le
paramegravetre de charge il peut deacutestabiliser certains nœuds du reacuteseau Cette deacutestabilisation risque
drsquoecirctre importante Pour ecirctre efficace un SSSC doit ecirctre implanteacute sur une ligne preacutesentant des
puissances maximales au point drsquoeffondrement
Les reacutesultats obtenus pour la stabiliteacute de tension restent valables pour le support du
profil de tension On peut toutefois noter que la stabiliteacute drsquoun nœud ne deacutepend pas
uniquement de son niveau de tension crsquoest-agrave-dire qursquoun nœud agrave tension eacuteleveacutee peut malgreacute
tout ecirctre instable
Gracircce agrave lrsquoinsertion de ces deux systegravemes FACTS on pourra suivant les cas eacuteviter un
effondrement de tension du reacuteseau Les FACTS ont donc un apport beacuteneacutefique en termes de
seacutecuriteacute du reacuteseau
108
Conclusion geacuteneacuterale
Conclusion geacuteneacuterale
109
Le deacuteveloppement de leacutelectronique de puissance a permet dameacuteliorer la gestion des
reacuteseaux eacutelectriques en introduisant un nouveau concept par les systegravemes de transmission de
leacutenergie agrave courant alternatif flexible appeleacutee FACTS avec lesquels le controcircle du flux de
puissance active et reacuteactive ainsi que laugmentation des capaciteacutes de charge des lignes sont
atteints et performeacutes par linjection des tension (ou courant) des convertisseur conccedilus avec des
interrupteurs statiques modernes commandeacutees en ouverture et en fermeture tels que les GTO
IGBT concernant la nouvelle geacuteneacuteration de ces systegravemes FACTS
Dans le contexte de lrsquoinsertion des systegravemes FACTS dans les reacuteseaux eacutelectriques nous
avons orienteacute nos travaux vers lrsquoeacutetude de la stabiliteacute de tension en reacutegime statique
speacutecialement lrsquoemplacement optimal des dispositifs FACTS en utilisant le calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance
Nous avons dans ce cadre choisi drsquoeacutetudier le comportement de deux dispositifs FACTS
qui sont
le Compensateur Statique Synchrone le STATCOM (Static Synchronous
Compensator)
le Conpensateur statique seacuterie synchrone le SSSC (Static Synchronous Series
Compensator
Ces dispositifs ont eacuteteacute choisis comme base de deacutepart en vue de lrsquoeacutetude ulteacuterieure de
systegravemes FACTS plus complexes
Lrsquoimpact des systegravemes FACTS sur lrsquoeffondrement de tension a eacuteteacute meneacute agrave bien agrave lrsquoaide
de deux logiciels le PSAT et le MATLAB et deux modegraveles FACTS ont eacuteteacute utiliseacutes Pour les
simulations statiques nous avons utiliseacute le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds le facteur de
charge a eacuteteacute calculeacute par la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF)
Cette technique a montreacute ses capaciteacutes agrave surmonter les problegravemes de la singulariteacute de la
matrice jacobienne rencontreacutes dans les algorithmes standards de calcul de lrsquoeacutecoulement de
puissance
Les simulations statiques ont montreacute lrsquoapport incontestable des FACTS dans
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute de tension Le systegraveme FACTS shunt le STATCOM stabilise le
reacuteseau de faccedilon globale alors que le SSSC a un meilleur comportement local Lrsquoimplantation
Conclusion geacuteneacuterale
110
du SSSC doit ecirctre faite sur une ligne preacutesentant des puissances maximales au point de
lrsquoeffondrement Ces reacutesultats sont eacutegalement valables en ce qui concerne le support du profil
de tension Les FACTS ameacuteliorent le niveau de seacutecuriteacute du reacuteseau car on pourra gracircce agrave leur
insertion et suivant les cas eacuteviter lrsquoeffondrement de tension
Nous pouvons maintenant eacutenoncer quelques perspectives ayant pour objectif de
compleacuteter ce que nous avons preacutesenteacute dans ce rapport de meacutemoire
bull Comparaison entre tous les types des FACTS et leur impact sur le pheacutenomegravene de
lrsquoeffondrement de tension
bull Lorsque les compensations shunt et seacuterie seront bien connues nous pourrons alors nous
inteacuteresser aux deacutephaseurs commandeacutes par thyristors et agrave lrsquoUPFC le compensateur
universel qui reacuteunit agrave lui seul les fonctions FACTS de compensation shunt et seacuterie et de
deacutephasage
bull Pour les besoins de la deacutetermination de lrsquoemplacement optimal des FACTS nous
proposons pour un futur travail de deacutevelopper un programme baseacute sur les meacutethodes
heuristiques qui simule lrsquoemplacement optimal des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique
bull Le raccordement des eacutenergies renouvelables aux reacuteseaux intelligents dits laquosmart
gridsraquo lrsquoun des deacutefis des eacutenergies renouvelables telles que lrsquoeacuteolien ou le solaire reacuteside
dans le risque drsquointerruption de leur production dont la stabiliteacute est menaceacutee par leur
caractegravere aleacuteatoire Les systegravemes FACTS apportent une solution agrave ce problegraveme de
capaciteacute et de stabiliteacute du reacuteseau lequel integravegre une part croissante deacutenergie
renouvelable
111
Bibliographie
112
[1] Site Internet httpsfrscribdcomdocument1602868764597291-Generalites-Sur-
Les-Reseaux-Electriques Geacutenie eacutelectrique laquo Reacuteseaux eacutelectriques raquo Geacuteneacuteraliteacutes sur
les reacuteseaux eacutelectriques chapitre 1 extraitpdf
[2] Site Internet wwwcrefrreseauxreseaux-publics laquoDescription geacuteneacuterale des
reacuteseaux drsquoeacutelectriciteacuteraquo Commission de Reacutegulation de lrsquoEnergie (CRE)
[3] Lilien J l laquoTransport et Distribution de lrsquoEnergie Electriqueraquo cours donneacute agrave
lrsquoInstitut drsquoElectriciteacute Montefiore Universiteacute de liegravege 2010
[4] Site Internet httpwwwenedisfrfonctionnement-du-reseau
[5] Noui Issam laquoReacuteduction des pertes dans les reacuteseaux eacutelectriques par la compensation
seacuterie TCSC raquo meacutemoire de Master Universiteacute Mohamed Khider Biskra 08
deacutecembre 2015
[6] K A Hamoud laquo Modeacutelisation des grands systegravemes eacutelectriques interconnecteacutes
application agrave lanalyse de seacutecuriteacute dans un environnement compeacutetitif raquo Thegravese de
Doctorat Grenoble-INP 2010
[7] Keramane Abdelnour laquoMaghreb de lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques agrave
lrsquointeacutegration eacutenergeacutetiqueraquo Article 047 octobre 2015
[8] Boukadoum Aziz laquocontribution agrave lrsquoanalyse et la reacuteduction de la pollution
harmonique dans le reacuteseau eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Magister Universiteacute Badji
Mokhtar Annaba 21 octobre 2007
[9] Site drsquointernet http wwwcrefrreseauxreseaux-publics-d-electricitequalite-de-
l-electricitesection2_1
[10] Vanya Ignatova laquoMeacutethodes drsquoanalyse de la qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique
Application aux creux de tension et agrave la pollution harmoniqueraquo Thegravese de Doctorat
Universiteacute JOSEPH FOURIER 20 Octobre 2006
[11] Site drsquointernet httpwwwsig-gechprofessionnelsimmobilierles-energiesvotre-
electricitequalite-de-l-electricite
[12] Technique de lrsquoingeacutenieur laquoProbleacutematiques communes des reacuteseaux eacutelectriques du
fonctionnement au comptage Ti302- Reacuteseaux eacutelectriques et applications Reacutef
Internet 42266 | 2e eacuteditionraquo
[13] Site drsquointernet httpwwwpagesjaunescatrucsla-surtension-quest-ce-que-cest
[14] Haimour Rachida laquoControcircle des Puissances Reacuteactives et des Tensions par les
Dispositifs FACTS dans un Reacuteseau Eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Magister ENSET ndash
ORAN -2009
Bibliographie
s
113
[15] Houari Boudjella laquoControcircle des puissances et des tensions dans un reacuteseau de
transport au moyen de dispositif FACTS (SVC) raquo Meacutemoire de Magister
Universiteacute Djillali Liabes Sidi Bel Abbes 23 janvier 2008
[16] Bulletin sur la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute laquoLe deacuteseacutequilibre de tension et de courantraquo Ndeg
G1546F Hydro Quebec 2014
[17] Site Internet https frscribdcomdocument74812348Reacuteseaux-eacutelectriques
laquoGeacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriquesraquo Chapitre 1
[18] Rabah Benahid Mohamed Boudour laquoAmeacutelioration de la stabiliteacute de tension dans
les reacuteseaux eacutelectriqueraquo Ouvrage eacutedition universitaires europeacuteennes 2014
[19] Boutaba Samira laquoAmeacutelioration de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique par lrsquoutilisation
drsquoun ASVCraquo Meacutemoire de Magister Universiteacute Hassiba Ben Bouali Chlef 09 juin
2009
[20] Bounouira Adlane laquoEtude de la stabiliteacute transitoire des reacuteseaux eacutelectriquesraquo
Meacutemoire de Master Universiteacute Constantine I 24 juin 2014
[21] Yvon Besanger laquoEtude des FACTS (Flexible AC Transmission System) et de leur
comportement dans les reacuteseaux de transport et dinterconnexionraquo Thegravese de
Doctorat Institut national polytechnique de Grenoble 05 Juillet 1996
[22] Site Internet httpsfrwikipediaorgwikicompensation_de_puissance_reacuteactive
laquoCompensation de puissance reacuteactiveraquo
[23] Farid Hamoudi laquoAchitectures des reacuteseaux eacutelectriques Power systemraquo cours UEF
10 novembre 2015
[24] Hingorani Narain G Laszlo Gyugyi laquoUnderstanding FACTS Concepts And
Technoloqy of Flexible AC Transmission Systemsraquo Ouvrage Edition 2001
[25] Larbi Boumediene laquoPlacement Des Dispositifs laquoD-FACTSraquo et controcircle des
tensions dans un reacuteseau de distribution raquo Thegravese de doctorat es-science lUSTO 04
Janvier 2010
[26] Kassou Amina Merzougui Meriem laquo Impact drsquoun dispositif FACTS (Flexible AC
Transmission Systems) sur lrsquoeacutecoulement de puissanceraquo Meacutemoire de Master
Universiteacute de Saida 28 octobre 2013
[27] Ben Hakkoum Med abdelilah Legougui Ali laquo Compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive
drsquoun reacuteseau IEEE par systegraveme FACTSraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi
Merbah Ourgla 2016
[28] Alain Innocent Leka laquo Ameacutelioration du transit de puissance par les FACTS et
simulation sur MatlabSimulink dun reacuteseau eacutelectriqueraquo Diplocircme de professeur
114
drsquoenseignement technique deuxiegraveme grade 2008
[29] Kerbaa Amel laquo Etude de lrsquoinfluence des systegravemes FACTS sur la qualiteacute de
lrsquoeacutenergie eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Master 02 Juin 2013
[30] Ay Abdelouahab laquo Modeacutelisation et Analyse drsquoun Compensateur Statique SVCraquo
Meacutemoire de Magister Universiteacute Batna 1 02 mai 2013
[31] Hamadou ZakariaM laquo Optimisation des paramegravetres drsquoun FACTS shunt pour
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire drsquoun systegraveme eacutelectriqueraquo Meacutemoire de
Magister Universiteacute Seacutetif 1 20 Juin 2012
[32] Oussama Mammeri laquoDiffeacuterentes meacutethodes de calcul de la puissance reacuteactive dans
un nœud agrave charge non lineacuteaire en preacutesence dun systegraveme de compensation de
leacutenergieraquo Universiteacute de Batna 2 Meacutemoire de Magister 2012
[33] Benras Med Amine Laroui souleymane laquo Utilisation drsquoun dispositif STATCOM
pour lrsquoameacutelioration du transit de puissance drsquoun reacuteseau de transport drsquoeacutenergie
alternatifraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi Merbah Ourgla 09 Juin 2015
[34] Bekri oum el fadhel loubaba laquoContribution agrave lrsquoeacutetude des systegravemes FACTS
(Flexible AC Transmission Systems) et leurs emplacements optimaux dans les
reacuteseaux eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat en Eacutelectrotechnique Universiteacute Djilali
Liabes de Sidi-Bel-Abbegraves 2013
[35] Federico Milano laquo Power System Analysis Toolbox Documentation for PSATraquo
version 218 Janvier 6 2013
[36] Diana Iuliana Craciun laquo Modeacutelisation des eacutequivalents dynamiques des reacuteseaux
eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat 15 Deacutecembre 2010
[37] Abdelaagraveli Alibi laquo Controcircle des Reacuteseaux Electriques par les Systegravemes FACTS
(Flexible AC Transmission Systems raquo Meacutemoire de Magister Universiteacute de Batna
13 Juin 2009
115
Annexes
116
117
A Donneacutees du reacuteseau IEEE 39 nœuds
Lines Power
rating
(MVA)
Voltage
Rating
(kV)
Frequence
rating
(Hz)
Trnasfo-
magnitude
Resistance
(pu)
Reactance
(pu)
Supstance
1-2 100 100 60 000000 000350 004110 069870
1-39 100 100 60 000000 00010 002500 075000
1-39 100 100 60 000000 000200 005000 037500
2-3 100 100 60 000000 000130 001510 025720
2-25 100 100 60 000000 000700 000860 014600
3-4 100 100 60 000000 000130 002130 022140
3-18 100 100 60 000000 000110 001330 021380
4-15 100 100 60 000000 000080 001280 013420
4-14 100 100 60 000000 000080 001290 013820
5-6 100 100 60 000000 000020 000260 004340
5-8 100 100 60 000000 000080 001120 014760
6-7 100 100 60 000000 000060 000920 011300
6-11 100 100 60 000000 000070 000820 013890
7-8 100 100 60 000000 000040 000460 007800
8-9 100 100 60 000000 000230 003630 038040
9-39 100 100 60 000000 000100 002500 120000
10-11 100 100 60 000000 000040 000430 007290
10-13 100 100 60 000000 000040 000430 007290
13-14 100 100 60 000000 000090 001010 017230
14-15 100 100 60 000000 000180 002170 036600
15-16 100 100 60 000000 000090 000940 017100
16-17 100 100 60 000000 000070 000890 013420
16-19 100 100 60 000000 000160 001950 030400
16-21 100 100 60 000000 000080 001350 025480
16-24 100 100 60 000000 000030 000590 006800
17-18 100 100 60 000000 000070 000820 013190
17-27 100 100 60 000000 000130 001730 032160
21-22 100 100 60 000000 000080 001400 025650
22-23 100 100 60 000000 000060 000960 018460
23-24 100 100 60 000000 000220 003500 036100
25-26 100 100 60 000000 000320 003230 051300
26-27 100 100 60 000000 000140 001470 023960
26-28 100 100 60 000000 000430 004740 078020
26-29 100 100 60 000000 000570 006250 102900
28-29 100 100 60 000000 000140 001510 024900
2-30 100 100 60 102500 000000 001810 000000
6-31 100 100 60 107000 000000 002500 000000
6-31 100 100 60 107000 000000 005000 000000
10-32 100 100 60 107000 000000 002000 000000
12-11 100 100 60 100600 000160 004350 000000
12-13 100 100 60 100600 000160 004350 000000
19-20 100 100 60 106000 000070 001380 000000
19-33 100 100 60 107000 000070 001420 000000
20-34 100 100 60 100900 000090 001800 000000
22-35 100 100 60 102500 000000 001430 000000
23-36 100 100 60 100000 000050 002720 000000
25-37 100 100 60 102500 000060 002320 000000
29-38 100 100 60 102500 000080 001560 000000
118
Ndeg du geacuteneacuterateur
H (sec)
119877119886 119883prime119889 119883prime119902 119883119889 119883119902 119879prime119889119900 119879prime119902119900 119883119897
1 50000 0 00006 0008 002 0019 7 07 0003
2 303 0 00697 0170 0295 0282 656 15 0035
3 353 0 00531 00876 02495 0237 57 15 00304
4 286 0 00436 0166 0262 0258 569 15 00295
5 260 0 0132 0166 067 062 54 044 0054
6 348 0 005 00814 0254 0241 73 04 00224
7 264 0 0049 0186 0295 0292 566 15 00322
8 243 0 0057 00911 02920 0280 67 041 0028
9 345 0 0057 00587 02106 0205 479 196 00298
10 420 0 0031 0008 01 0069 102 0 00125
Ndeg du geacuteneacuterateur
119870119860 119879119860 119881119877119872119868119873 119881119877119872119860119883 119870119864 119879119864 119870119865 119879119865 1198621 1198622
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 62 005 -10 10 -0633 0405 057 05 066 088
3 50 006 -10 10 -00198 05 008 10 013 034
4 50 006 -10 10 -00525 05 008 10 008 0314
5 400 002 -100 -100 -10 0785 003 10 007 091
6 50 002 -10 10 -00419 0417 00754 1246 0064 0251
7 400 002 -65 65 -10 073 003 10 053 074
8 50 002 -10 10 -0047 0528 00854 126 0072 0282
9 400 002 -105 105 -10 14 003 10 062 085
10 50 006 -10 10 -00485 025 004 1 008 026
Annexe A1 Donneacutees du reacuteseau IEEE 39-nœud
119
B Reacutesultats du power flow avec le PSAT
POWER FLOW REPORT
P S A T 219
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail federicomilanoucdie
website faraday1ucdiepsathtml
File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeb_d_Ieee39
Date 09-Jun-2017 153332
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 337
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
120
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 098837 -066635 0 0 0 0
BUS02 091007 -052232 0 0 0 0
BUS03 077924 -068701 0 0 73428 005473
BUS04 065385 -074122 0 0 114019 41959
BUS05 066496 -062088 0 0 0 -044217
BUS06 067682 -055724 0 0 0 0
BUS07 063518 -07578 0 0 53315 19155
BUS08 063731 -080455 0 0 119035 40135
BUS09 088016 -076257 0 0 0 0
BUS10 072414 -036303 0 0 0 0
BUS11 070043 -042663 0 0 0 0
BUS12 063569 -043042 0 0 019383 20067
BUS13 070204 -042245 0 0 0 0
BUS14 067659 -057193 0 0 0 0
BUS15 069422 -062942 0 0 72972 3489
BUS16 076104 -052743 0 0 75116 073656
BUS17 076356 -060644 0 0 0 0
BUS18 076264 -066831 0 0 3603 068411
BUS19 091709 -024485 0 0 0 0
BUS20 089167 -031561 0 0 155065 23488
BUS21 077199 -035331 0 0 62482 26224
BUS22 088171 -006877 0 0 0 0
BUS23 086321 -008056 0 0 56439 19292
BUS24 07756 -051796 0 0 70372 -21025
BUS25 093695 -045068 0 0 5108 10763
BUS26 083005 -050209 0 0 31697 038766
121
BUS27 077377 -062834 0 0 64079 17217
BUS28 086833 -029065 0 0 46976 062938
BUS29 090865 -013955 0 0 64649 061342
BUS30 10475 -04087 58254 95686 0 0
BUS31 098193 0 133488 175863 020979 01049
BUS32 098303 010972 151461 187014 0 0
BUS33 099716 -000678 147267 10807 0 0
BUS34 10123 -008336 118373 79733 0 0
BUS35 10492 017356 151459 157144 0 0
BUS36 10635 031043 13049 101381 0 0
BUS37 10278 -013919 125829 6659 0 0
BUS38 10265 018789 193404 113176 0 0
BUS39 103 -074024 233017 127501 251753 57009
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -07402
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 000039
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098206
e1d_Syn_2 000015
delta_Syn_3 011009
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098313
e1d_Syn_3 000028
delta_Syn_4 -00064
omega_Syn_4 1
122
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000032
delta_Syn_5 -008265
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000057
delta_Syn_6 017388
omega_Syn_6 1
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 031077
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 00003
delta_Syn_8 -013886
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000027
delta_Syn_9 018826
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000028
delta_Syn_10 -040867
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
123
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098193
vr1_Exc_2 10001
vr2_Exc_2 -1179
vf_Exc_2 098246
vm_Exc_3 098303
vr1_Exc_3 10012
vr2_Exc_3 -07868
vf_Exc_3 09835
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079795
vf_Exc_4 099744
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030385
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10492
vr1_Exc_6 10706
vr2_Exc_6 -067176
vf_Exc_6 10496
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10855
vr2_Exc_7 -031913
vf_Exc_7 10638
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073425
vf_Exc_8 1028
124
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57287
tg2_Tg_2 57287
tg3_Tg_2 43538
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
125
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
tg3_Tg_10 19
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 233017
p_Syn_1 233017
q_Syn_1 127501
vf_Syn_2 098246
pm_Syn_2 133489
p_Syn_2 133488
q_Syn_2 175863
vf_Syn_3 09835
pm_Syn_3 151461
p_Syn_3 151461
q_Syn_3 187014
vf_Syn_4 099744
pm_Syn_4 147267
p_Syn_4 147267
q_Syn_4 10807
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 118373
126
p_Syn_5 118373
q_Syn_5 79733
vf_Syn_6 10496
pm_Syn_6 151462
p_Syn_6 151459
q_Syn_6 157144
vf_Syn_7 10638
pm_Syn_7 13049
p_Syn_7 13049
q_Syn_7 101381
vf_Syn_8 1028
pm_Syn_8 125829
p_Syn_8 125829
q_Syn_8 6659
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 193404
p_Syn_9 193404
q_Syn_9 113176
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 58254
p_Syn_10 58254
q_Syn_10 95686
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
127
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -29402 20187 005093 -003257
BUS01 BUS39 2 14701 -10093 000582 -023653
BUS01 BUS39 3 14701 -10093 000582 -023653
BUS02 BUS03 4 83713 76933 020549 22022
BUS02 BUS25 5 -5537 18564 029017 023195
BUS03 BUS04 6 15723 44591 004916 069085
BUS03 BUS18 7 -07493 097723 000298 -0091
BUS04 BUS05 8 -40818 -009527 003119 044062
BUS04 BUS14 9 -57969 -033235 006305 095555
BUS05 BUS06 10 -111502 -18364 005774 073114
128
BUS05 BUS08 11 70371 17427 00953 12716
BUS06 BUS07 12 95297 33531 01339 20045
BUS06 BUS11 13 -75986 -083911 008922 097932
BUS07 BUS08 14 40642 -056691 001668 016022
BUS08 BUS09 15 -091415 -42695 010425 14208
BUS09 BUS39 16 -10184 -56903 003659 -018671
BUS10 BUS11 17 7823 34845 005605 056551
BUS10 BUS13 18 73231 32305 004896 048928
BUS13 BUS14 19 71513 16135 00984 10223
BUS14 BUS15 20 1193 -069671 000707 -008669
BUS15 BUS16 21 -61113 -4099 010049 095887
BUS16 BUS17 22 51209 -045295 00319 032762
BUS16 BUS19 23 -102938 -39142 033316 38445
BUS16 BUS21 24 -75106 041206 007824 11706
BUS16 BUS24 25 -10399 -18394 000228 00046
BUS17 BUS18 26 43783 -019098 002304 019313
BUS17 BUS27 27 071071 -058958 000167 -016774
BUS21 BUS22 28 -13837 -3381 027167 4578
BUS22 BUS23 29 10372 15681 000291 -009404
BUS23 BUS24 30 83187 33043 023923 35628
BUS25 BUS26 31 15326 27558 004095 001147
BUS26 BUS27 32 57848 2892 008598 07485
BUS26 BUS28 33 -3195 -031065 006372 013951
BUS26 BUS29 34 -42678 -022476 015083 087458
BUS28 BUS29 35 -79563 -10795 011934 10905
BUS02 BUS30 36 -58254 -74984 0 20702
BUS06 BUS31 37 -65695 -25408 0 61999
BUS06 BUS31 38 -65695 -25408 0 61999
BUS10 BUS32 39 -151461 -6715 0 119864
129
BUS12 BUS11 40 -007516 -099262 000397 010795
BUS12 BUS13 41 -011868 -10141 000418 011357
BUS19 BUS20 42 38649 -17168 001672 032972
BUS19 BUS33 43 -144918 -60419 02349 47652
BUS20 BUS34 44 -116584 -43953 01789 3578
BUS22 BUS35 45 -151459 -95271 0 61873
BUS23 BUS36 46 -129283 -35713 012071 65668
BUS25 BUS37 47 -124678 -22077 011512 44514
BUS29 BUS38 48 -189592 -38828 038127 74347
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 29911 -20513 005093 -003257
BUS39 BUS01 2 -14643 077281 000582 -023653
BUS39 BUS01 3 -14643 077281 000582 -023653
BUS03 BUS02 4 -81658 -54911 020549 22022
BUS25 BUS02 5 58272 -16244 029017 023195
BUS04 BUS03 6 -15231 -37683 004916 069085
BUS18 BUS03 7 075229 -10682 000298 -0091
BUS05 BUS04 8 4113 053589 003119 044062
BUS14 BUS04 9 58599 12879 006305 095555
BUS06 BUS05 10 112079 25676 005774 073114
BUS08 BUS05 11 -69418 -047112 00953 12716
BUS07 BUS06 12 -93958 -13486 01339 20045
BUS11 BUS06 13 76878 18184 008922 097932
BUS08 BUS07 14 -40476 072713 001668 016022
130
BUS09 BUS08 15 10184 56903 010425 14208
BUS39 BUS09 16 1055 55035 003659 -018671
BUS11 BUS10 17 -77669 -2919 005605 056551
BUS13 BUS10 18 -72742 -27412 004896 048928
BUS14 BUS13 19 -70529 -059119 00984 10223
BUS15 BUS14 20 -11859 061002 000707 -008669
BUS16 BUS15 21 62118 50579 010049 095887
BUS17 BUS16 22 -5089 078056 00319 032762
BUS19 BUS16 23 106269 77587 033316 38445
BUS21 BUS16 24 75888 075852 007824 11706
BUS24 BUS16 25 10422 1844 000228 00046
BUS18 BUS17 26 -43553 038412 002304 019313
BUS27 BUS17 27 -070903 042184 000167 -016774
BUS22 BUS21 28 141087 7959 027167 4578
BUS23 BUS22 29 -10343 -16621 000291 -009404
BUS24 BUS23 30 -80794 025853 023923 35628
BUS26 BUS25 31 -14917 -27443 004095 001147
BUS27 BUS26 32 -56988 -21435 008598 07485
BUS28 BUS26 33 32587 045016 006372 013951
BUS29 BUS26 34 44187 10993 015083 087458
BUS29 BUS28 35 80756 21701 011934 10905
BUS30 BUS02 36 58254 95686 0 20702
BUS31 BUS06 37 65695 87407 0 61999
BUS31 BUS06 38 65695 87407 0 61999
BUS32 BUS10 39 151461 187014 0 119864
BUS11 BUS12 40 007913 11006 000397 010795
BUS13 BUS12 41 012285 11277 000418 011357
BUS20 BUS19 42 -38482 20465 001672 032972
BUS33 BUS19 43 147267 10807 02349 47652
131
BUS34 BUS20 44 118373 79733 01789 3578
BUS35 BUS22 45 151459 157144 0 61873
BUS36 BUS23 46 13049 101381 012071 65668
BUS37 BUS25 47 125829 6659 011512 44514
BUS38 BUS29 48 193404 113176 038127 74347
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1443043
REACTIVE POWER [pu] 1212158
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1402543
REACTIVE POWER [pu] 31686
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 405
REACTIVE POWER [pu] 895298
Annexe B1 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds (eacutetat de base)
132
CONTINUATION POWER FLOW REPORT
P S A T 218
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail FedericoMilanouclmes
website httpwwwuclmesareagseeWebFederico
File Cworkworkpsat 216psat 218psattestsPFE _2017PFE_SEVersion 2PFE_SESimulation
STATCOM_version 2b_d_Ieee39satatcomN08
Date 18-Jun-2017 183446
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 500
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
133
BUS01 09982 -053682 0 0 0 0
BUS02 093356 -040526 0 0 0 0
BUS03 083248 -056145 0 0 74588 005559
BUS04 075506 -060782 0 0 115819 42622
BUS05 078731 -051917 0 0 0 -061985
BUS06 079546 -047221 0 0 0 0
BUS07 07767 -061636 0 0 54157 19458
BUS08 07846 -06495 0 1e-005 120915 093843
BUS09 094102 -062322 0 0 0 0
BUS10 081535 -031761 0 0 0 0
BUS11 080223 -03697 0 0 0 0
BUS12 074304 -037112 0 0 019689 20384
BUS13 079549 -036353 0 0 0 0
BUS14 076855 -047744 0 0 0 0
BUS15 075482 -05163 0 0 74124 35441
BUS16 080356 -042235 0 0 76302 074819
BUS17 080696 -049169 0 0 0 0
BUS18 08103 -054653 0 0 36599 069492
BUS19 093308 -015476 0 0 0 0
BUS20 089997 -022503 0 0 157514 23859
BUS21 080567 -026193 0 0 63469 26638
BUS22 090079 000883 0 0 0 0
BUS23 088298 -000265 0 0 57331 19597
BUS24 081562 -041378 0 0 71484 -21357
BUS25 095503 -033343 0 0 51887 10933
BUS26 085531 -038802 0 0 32198 039379
BUS27 080829 -050935 0 0 6509 17489
BUS28 08815 -018388 0 0 47718 063932
134
BUS29 091752 -003447 0 0 6567 062311
BUS30 10475 -029318 58951 82418 0 0
BUS31 098195 0 134949 126708 021311 010655
BUS32 098304 0104 153273 141443 0 0
BUS33 099716 008297 149029 9774 0 0
BUS34 10123 000838 119789 75294 0 0
BUS35 10493 024882 153272 14353 0 0
BUS36 10635 038446 132051 93699 0 0
BUS37 10278 -002369 127335 58893 0 0
BUS38 10265 029432 195718 107923 0 0
BUS39 103 -06063 235805 99174 255729 5791
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -060625
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 000039
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098204
e1d_Syn_2 000015
delta_Syn_3 010437
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098312
e1d_Syn_3 000029
delta_Syn_4 008336
omega_Syn_4 1
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000032
135
delta_Syn_5 000911
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000058
delta_Syn_6 024915
omega_Syn_6 1
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 03848
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 00003
delta_Syn_8 -002336
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000028
delta_Syn_9 02947
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000028
delta_Syn_10 -029314
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098195
136
vr1_Exc_2 099998
vr2_Exc_2 -11788
vf_Exc_2 098233
vm_Exc_3 098304
vr1_Exc_3 10011
vr2_Exc_3 -078672
vf_Exc_3 09834
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079793
vf_Exc_4 099742
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030384
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10493
vr1_Exc_6 10705
vr2_Exc_6 -067175
vf_Exc_6 10496
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10855
vr2_Exc_7 -031913
vf_Exc_7 10638
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073424
vf_Exc_8 10279
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
137
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57229
tg2_Tg_2 57229
tg3_Tg_2 43494
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
138
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
tg3_Tg_10 19
ist_Statcom_1 4
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 235805
p_Syn_1 235805
q_Syn_1 99174
vf_Syn_2 098233
pm_Syn_2 13495
p_Syn_2 134949
q_Syn_2 126708
vf_Syn_3 09834
pm_Syn_3 153273
p_Syn_3 153273
q_Syn_3 141443
vf_Syn_4 099742
pm_Syn_4 149029
p_Syn_4 149029
q_Syn_4 9774
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 119789
139
p_Syn_5 119789
q_Syn_5 75294
vf_Syn_6 10496
pm_Syn_6 153274
p_Syn_6 153272
q_Syn_6 14353
vf_Syn_7 10638
pm_Syn_7 132051
p_Syn_7 132051
q_Syn_7 93699
vf_Syn_8 10279
pm_Syn_8 127335
p_Syn_8 127335
q_Syn_8 58893
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 195718
p_Syn_9 195718
q_Syn_9 107923
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 58951
p_Syn_10 58951
q_Syn_10 82418
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
140
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
vref_Statcom_1 1087
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -28037 16564 004173 -016258
BUS01 BUS39 2 14018 -082822 000477 -026649
BUS01 BUS39 3 14018 -082822 000477 -026649
BUS02 BUS03 4 85352 60288 016491 17143
BUS02 BUS25 5 -54854 23382 028801 022363
BUS03 BUS04 6 15487 28864 002097 020373
BUS03 BUS18 7 -063723 13726 000397 -009632
BUS04 BUS05 8 -4203 -14955 002777 036443
BUS04 BUS14 9 -58512 -008406 004804 069451
141
BUS05 BUS06 10 -114092 -13397 004257 05262
BUS05 BUS08 11 71784 009964 006653 084029
BUS06 BUS07 12 97568 16469 009295 13554
BUS06 BUS11 13 -79267 038477 006971 0728
BUS07 BUS08 14 42481 -16543 001373 011035
BUS08 BUS09 15 -074523 -34437 004342 03998
BUS09 BUS39 16 -078866 -38435 001309 -084056
BUS10 BUS11 17 81006 19153 004175 040109
BUS10 BUS13 18 72267 32265 003778 035886
BUS13 BUS14 19 70483 18322 007572 074431
BUS14 BUS15 20 10733 030933 000404 -016363
BUS15 BUS16 21 -63432 -30711 007799 071062
BUS16 BUS17 22 50068 -056869 002747 02623
BUS16 BUS19 23 -10422 -32119 029317 33425
BUS16 BUS21 24 -76042 085882 007274 10625
BUS16 BUS24 25 -10319 -16082 000166 -001185
BUS17 BUS18 26 43215 -062084 002043 015313
BUS17 BUS27 27 06578 -021016 000089 -019797
BUS21 BUS22 28 -140238 -28675 025194 42217
BUS22 BUS23 29 10514 15365 000274 -010306
BUS23 BUS24 30 84048 27448 022283 32842
BUS25 BUS26 31 16596 25876 003759 -004213
BUS26 BUS27 32 59316 24294 007946 066838
BUS26 BUS28 33 -32111 -013633 006074 008103
BUS26 BUS29 34 -43183 -005718 014609 079232
BUS28 BUS29 35 -80436 -085668 011761 1067
BUS02 BUS30 36 -58951 -6548 0 16938
BUS06 BUS31 37 -66409 -19488 0 43334
BUS06 BUS31 38 -66409 -19488 0 43334
142
BUS10 BUS32 39 -153273 -51418 0 90025
BUS12 BUS11 40 -005903 -1078 000342 009294
BUS12 BUS13 41 -013786 -096038 000276 007506
BUS19 BUS20 42 39641 -13164 001576 031072
BUS19 BUS33 43 -146793 -52379 022361 4536
BUS20 BUS34 44 -118031 -4013 017582 35164
BUS22 BUS35 45 -153272 -86257 0 57273
BUS23 BUS36 46 -130892 -30649 01159 63049
BUS25 BUS37 47 -126217 -15664 01118 43229
BUS29 BUS38 48 -191925 -33962 037929 73961
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 28454 -1819 004173 -016258
BUS39 BUS01 2 -13971 056173 000477 -026649
BUS39 BUS01 3 -13971 056173 000477 -026649
BUS03 BUS02 4 -83702 -43145 016491 17143
BUS25 BUS02 5 57734 -21145 028801 022363
BUS04 BUS03 6 -15277 -26826 002097 020373
BUS18 BUS03 7 06412 -14689 000397 -009632
BUS05 BUS04 8 42307 18599 002777 036443
BUS14 BUS04 9 58993 077857 004804 069451
BUS06 BUS05 10 114517 18659 004257 05262
BUS08 BUS05 11 -71119 074065 006653 084029
BUS07 BUS06 12 -96638 -029146 009295 13554
BUS11 BUS06 13 79964 034323 006971 0728
143
BUS08 BUS07 14 -42344 17647 001373 011035
BUS09 BUS08 15 078866 38435 004342 03998
BUS39 BUS09 16 080175 3003 001309 -084056
BUS11 BUS10 17 -80589 -15142 004175 040109
BUS13 BUS10 18 -71889 -28677 003778 035886
BUS14 BUS13 19 -69726 -10879 007572 074431
BUS15 BUS14 20 -10693 -047297 000404 -016363
BUS16 BUS15 21 64212 37817 007799 071062
BUS17 BUS16 22 -49793 083099 002747 02623
BUS19 BUS16 23 107152 65544 029317 33425
BUS21 BUS16 24 76769 020366 007274 10625
BUS24 BUS16 25 10336 15963 000166 -001185
BUS18 BUS17 26 -43011 077397 002043 015313
BUS27 BUS17 27 -065692 001218 000089 -019797
BUS22 BUS21 28 142758 70892 025194 42217
BUS23 BUS22 29 -10486 -16395 000274 -010306
BUS24 BUS23 30 -8182 053938 022283 32842
BUS26 BUS25 31 -1622 -26297 003759 -004213
BUS27 BUS26 32 -58521 -17611 007946 066838
BUS28 BUS26 33 32719 021736 006074 008103
BUS29 BUS26 34 44644 08495 014609 079232
BUS29 BUS28 35 81612 19236 011761 1067
BUS30 BUS02 36 58951 82418 0 16938
BUS31 BUS06 37 66409 62821 0 43334
BUS31 BUS06 38 66409 62821 0 43334
BUS32 BUS10 39 153273 141443 0 90025
BUS11 BUS12 40 006245 1171 000342 009294
BUS13 BUS12 41 014062 10354 000276 007506
BUS20 BUS19 42 -39483 16271 001576 031072
144
BUS33 BUS19 43 149029 9774 022361 4536
BUS34 BUS20 44 119789 75294 017582 35164
BUS35 BUS22 45 153272 14353 0 57273
BUS36 BUS23 46 132051 93699 01159 63049
BUS37 BUS25 47 127335 58893 01118 43229
BUS38 BUS29 48 195718 107923 037929 73961
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1460172
REACTIVE POWER [pu] 102682
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1424692
REACTIVE POWER [pu] 288773
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 35479
REACTIVE POWER [pu] 738047
Annexe B2 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du
STATCOM au nœud 8 (Zone 1)
145
POWER FLOW REPORT
P S A T 219
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail federicomilanoucdie
website faraday1ucdiepsathtml
File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeteste ssscb_d00
Date 09-Jun-2017 153006
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 336
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 099097 -068975 0 0 0 0
BUS02 091781 -05429 0 0 0 0
BUS03 079734 -070717 0 0 75617 005636
BUS04 066326 -076185 0 0 117417 43209
BUS05 066473 -064183 0 0 0 -044187
146
BUS06 067567 -057647 0 0 0 0
BUS07 063172 -078416 0 0 54904 19726
BUS08 063378 -083261 0 0 122583 41331
BUS09 087869 -078891 0 0 0 0
BUS10 072734 -037936 0 0 0 0
BUS11 070208 -044367 0 0 0 0
BUS12 063793 -044818 0 0 019961 20665
BUS13 070846 -044069 0 0 0 0
BUS14 069215 -059233 0 0 0 0
BUS15 07407 -064955 0 0 75147 3593
BUS16 081822 -05593 0 0 77354 075851
BUS17 080501 -063045 0 0 0 0
BUS18 079536 -068866 0 0 37104 07045
BUS19 093754 -029105 0 0 0 0
BUS20 090167 -036109 0 0 159687 24188
BUS21 087 -041123 0 0 64345 27006
BUS22 10049 -018383 0 0 0 0
BUS23 095617 -018974 0 0 58121 19867
BUS24 084024 -055252 0 0 7247 -21652
BUS25 094412 -04701 0 0 52603 11084
BUS26 08466 -05244 0 0 32642 039922
BUS27 0802 -06492 0 0 65988 1773
BUS28 087316 -031212 0 0 48376 064814
BUS29 091081 -015774 0 0 66575 06317
BUS30 10475 -042699 5993 9148 0 0
BUS31 098193 0 137349 178813 021605 010802
BUS32 098303 010582 155818 187617 0 0
BUS33 099716 -005013 151503 95238 0 0
BUS34 10123 -012399 121778 74705 0 0
147
BUS35 10492 -014155 155816 166126 0 0
BUS36 10635 017417 134243 63977 0 0
BUS37 10278 -015159 129449 64436 0 0
BUS38 10265 017894 198968 113339 0 0
BUS39 103 -076593 23972 128843 259257 58709
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -076589
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 00004
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098206
e1d_Syn_2 000016
delta_Syn_3 01062
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098313
e1d_Syn_3 000029
delta_Syn_4 -004973
omega_Syn_4 1
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000033
delta_Syn_5 -012326
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000059
delta_Syn_6 -014122
omega_Syn_6 1
148
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 017452
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 000031
delta_Syn_8 -015125
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000028
delta_Syn_9 017933
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000029
delta_Syn_10 -042696
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098193
vr1_Exc_2 10001
vr2_Exc_2 -1179
vf_Exc_2 098247
vm_Exc_3 098303
vr1_Exc_3 10012
vr2_Exc_3 -07868
149
vf_Exc_3 09835
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079793
vf_Exc_4 099741
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030384
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10492
vr1_Exc_6 10706
vr2_Exc_6 -067177
vf_Exc_6 10497
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10854
vr2_Exc_7 -03191
vf_Exc_7 10637
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073425
vf_Exc_8 1028
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
150
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57296
tg2_Tg_2 57296
tg3_Tg_2 43545
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
151
tg3_Tg_10 19
vcs_Sssc_1 024834
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 23972
p_Syn_1 23972
q_Syn_1 128843
vf_Syn_2 098247
pm_Syn_2 137351
p_Syn_2 137349
q_Syn_2 178813
vf_Syn_3 09835
pm_Syn_3 155818
p_Syn_3 155818
q_Syn_3 187617
vf_Syn_4 099741
pm_Syn_4 151503
p_Syn_4 151503
q_Syn_4 95238
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 121778
p_Syn_5 121778
q_Syn_5 74705
vf_Syn_6 10497
pm_Syn_6 155819
p_Syn_6 155816
q_Syn_6 166126
152
vf_Syn_7 10637
pm_Syn_7 134243
p_Syn_7 134243
q_Syn_7 63977
vf_Syn_8 1028
pm_Syn_8 129449
p_Syn_8 129449
q_Syn_8 64436
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 198968
p_Syn_9 198968
q_Syn_9 113339
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 5993
p_Syn_10 5993
q_Syn_10 9148
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
153
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
v0_Sssc_1 024834
pref_Sssc_1 -65
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -30454 19186 005128 -003514
BUS01 BUS39 2 15227 -095928 000595 -023441
BUS01 BUS39 3 15227 -095928 000595 -023441
BUS02 BUS03 4 85484 71305 019364 20591
BUS02 BUS25 5 -56521 19983 030072 02429
BUS03 BUS04 6 16592 48844 005583 079567
BUS03 BUS18 7 -086611 013058 000137 -011907
BUS04 BUS05 8 -40971 039838 003086 043458
BUS04 BUS14 9 -60412 -063061 006702 10172
BUS05 BUS06 10 -114034 -15612 005995 075982
BUS05 BUS08 11 72754 19668 010307 13807
BUS06 BUS07 12 98009 356 014314 21465
BUS06 BUS11 13 -77454 -1037 009353 10297
BUS07 BUS08 14 41674 -055909 00177 017236
154
BUS08 BUS09 15 -093637 -42784 010612 14517
BUS09 BUS39 16 -10425 -57301 003733 -016642
BUS10 BUS11 17 79843 37573 005898 059683
BUS10 BUS13 18 75975 26941 004921 049144
BUS13 BUS14 19 74265 099622 010083 10471
BUS14 BUS15 20 12175 -16987 001532 -000336
BUS15 BUS16 21 -63125 -52883 011043 10493
BUS16 BUS17 22 53385 093664 003081 030328
BUS16 BUS19 23 -106504 -28279 028885 3285
BUS16 BUS21 24 -79033 -21786 007988 11662
BUS16 BUS24 25 -094316 -30262 000444 004057
BUS17 BUS18 26 46012 064426 002338 018941
BUS17 BUS27 27 07065 -001089 000102 -019408
BUS21 BUS22 28 -144177 -60454 02571 42727
BUS22 BUS23 29 090684 49468 001558 007174
BUS23 BUS24 30 84057 39679 021112 30663
BUS25 BUS26 31 16131 24983 003604 -004873
BUS26 BUS27 32 59739 2273 008058 068314
BUS26 BUS28 33 -32701 -010726 006433 013216
BUS26 BUS29 34 -4391 -001791 015431 089643
BUS28 BUS29 35 -81721 -088757 012378 11369
BUS02 BUS30 36 -5993 -71751 0 1973
BUS06 BUS31 37 -67594 -2422 0 64646
BUS06 BUS31 38 -67594 -2422 0 64646
BUS10 BUS32 39 -155818 -64515 0 123103
BUS12 BUS11 40 -008249 -098751 000391 010623
BUS12 BUS13 41 -011712 -1079 000469 012744
BUS19 BUS20 42 39856 -11624 001542 030405
BUS19 BUS33 43 -149249 -49505 022544 45733
155
BUS20 BUS34 44 -119985 -38853 017926 35853
BUS22 BUS35 45 -155816 -15265 0 13477
BUS23 BUS36 46 -133266 -10795 009776 53183
BUS25 BUS37 47 -128261 -18513 011877 45923
BUS29 BUS38 48 -194987 -35705 039812 77634
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 30966 -19537 005128 -003514
BUS39 BUS01 2 -15167 072488 000595 -023441
BUS39 BUS01 3 -15167 072488 000595 -023441
BUS03 BUS02 4 -83548 -50713 019364 20591
BUS25 BUS02 5 59528 -17554 030072 02429
BUS04 BUS03 6 -16034 -40887 005583 079567
BUS18 BUS03 7 086747 -024965 000137 -011907
BUS05 BUS04 8 4128 003621 003086 043458
BUS14 BUS04 9 61082 16479 006702 10172
BUS06 BUS05 10 114633 2321 005995 075982
BUS08 BUS05 11 -71723 -058609 010307 13807
BUS07 BUS06 12 -96578 -14135 014314 21465
BUS11 BUS06 13 78389 20668 009353 10297
BUS08 BUS07 14 -41497 073145 00177 017236
BUS09 BUS08 15 10425 57301 010612 14517
BUS39 BUS09 16 10798 55637 003733 -016642
BUS11 BUS10 17 -79253 -31605 005898 059683
BUS13 BUS10 18 -75483 -22027 004921 049144
156
BUS14 BUS13 19 -73257 005086 010083 10471
BUS15 BUS14 20 -12022 16953 001532 -000336
BUS16 BUS15 21 64229 63376 011043 10493
BUS17 BUS16 22 -53077 -063336 003081 030328
BUS19 BUS16 23 109393 61129 028885 3285
BUS21 BUS16 24 79832 33448 007988 11662
BUS24 BUS16 25 09476 30668 000444 004057
BUS18 BUS17 26 -45779 -045485 002338 018941
BUS27 BUS17 27 -070548 -018318 000102 -019408
BUS22 BUS21 28 146748 103181 02571 42727
BUS23 BUS22 29 -089126 -48751 001558 007174
BUS24 BUS23 30 -81946 -090159 021112 30663
BUS26 BUS25 31 -1577 -2547 003604 -004873
BUS27 BUS26 32 -58934 -15898 008058 068314
BUS28 BUS26 33 33345 023942 006433 013216
BUS29 BUS26 34 45453 091434 015431 089643
BUS29 BUS28 35 82958 20245 012378 11369
BUS30 BUS02 36 5993 9148 0 1973
BUS31 BUS06 37 67594 88866 0 64646
BUS31 BUS06 38 67594 88866 0 64646
BUS32 BUS10 39 155818 187617 0 123103
BUS11 BUS12 40 00864 10937 000391 010623
BUS13 BUS12 41 012181 12065 000469 012744
BUS20 BUS19 42 -39702 14665 001542 030405
BUS33 BUS19 43 151503 95238 022544 45733
BUS34 BUS20 44 121778 74705 017926 35853
BUS35 BUS22 45 155816 166126 0 13477
BUS36 BUS23 46 134243 63977 009776 53183
BUS37 BUS25 47 129449 64436 011877 45923
157
BUS38 BUS29 48 198968 113339 039812 77634
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1484574
REACTIVE POWER [pu] 1164575
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1444346
REACTIVE POWER [pu] 326439
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 40229
REACTIVE POWER [pu] 838136
Annexe B3 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du
SSSC agrave la linge 45 (Zone 3)
I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations 29
I72) Le system de protection 30
I8) La Stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31
I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique 31
I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 31
I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire) 32
I8211) Stabiliteacute Angulaire Aux Petites Perturbations 33
I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
transitoire
34
I822) Stabiliteacute de la freacutequence 35
I823) Stabiliteacute de tension 35
I8231) Instabiliteacute de la tension 35
I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension 36
I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites
perturbations
36
I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes
perturbations
36
I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension 36
I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation 37
I92) Charge appeleacutee trop importante 37
I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport 37
I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 38
I11) Conclusion 40
Le concept des FACTS
II1) Introduction 42
II2) Le concept FACTS 42
II21) Fonctionnement des FACTS
II22) Contexte algeacuterien
44
45
II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS 47
II3) Les dispositifs FACTS 47
II4) Classification des dispositifs FACTS 48
II41) Classification selon la geacuteneacuteration 48
II411) Geacuteneacuteration I 48
II412) Geacuteneacuteration II 48
II413) Geacuteneacuteration III 48
II42) Classification selon la cateacutegorie 48
II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS 49
a) Dispositifs FACTS Shunt 49
Compensateur statique de puissance reacuteactive (SVC) 49
Compensateur statique synchrone ( STATCOM) 49
Geacuteneacuterateur statique synchrone (SSG) 49
Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (SVG) 50
Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (SVS) 50
Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (TCBR) 50
b) Dispositifs FACTS seacuteries 51
Controcircleur de transit de puissance entre lignes (IPFC) 51
Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (TCSC) 51
Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (TSSC) 51
Chapitre II
Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (TCSR) 51
Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (TSSR) 52
Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (SSSC) 52
c) Dispositifs FACTS hybrides 52
Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (UPFC) 52
Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (TCPST) 52
Reacutegulateur de puissance interphases (IPC) 52
d) Autres dispositifs FACTS 53
Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVL) 53
Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (TCVR) 53
II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors 54
Compensateur synchrone statique(STATCOM) 54
Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC) 58
II6) Coucirct des dispositifs FACTS 62
II7) Synthegravese des dispositifs FACTS 63
II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie des
dispositifs FACTS
63
II9) Conclusion 64
Modeacutelisation du systegraveme eacutetudieacute de la charge au reacuteseau complet
III1) Introduction 67
III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS 67
III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs 67
III22) Modegraveles des charges 69
III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt 69
III24) Modegraveles de la ligne 70
Chapitre III
III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques 71
III26) Modegraveles du transformateur 72
III27) Modeacutelisation de la machine synchrone 73
III28) Modeacutelisation du STATCOM 74
III29) Modeacutelisation du SSSC 75
III3) Conclusion 78
IV1) Introduction 80
IV2) Outils de simulation 81
IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques 82
IV31) Facteur de charger et les directions de puissance 83
IV32) Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance 84
IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE39 nœuds 87
IV41) Preacutesentation du reacuteseau 87
IV5) Emplacement du STATCOM 91
IV51) Impact du STATCOM 92
IV511) Profils des tensions et les pertes de puissance dans le
systegraveme
94
IV512) Synthegravese 98
IV6) Emplacement du SSSC 99
IV61) Impact du SSSC 100
IV611) SSSC inseacutereacute sur la linge 45 103
IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 104
IV613) Synthegravese 106
IV7) Conclusion 107
Chapitre IV
Ameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau de transport par les FACTS
Conclusion geacuteneacuterale 109
Bibliographies 112
Annexes 116
Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique 14
Figure I2 Reacuteseaux publique 15
Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique 17
Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial 19
Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute 19
Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute 20
Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension 24
Figure I8 Paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12) 25
Figure I9 Harmoniques 27
Figure I10 Exemple de surtension 27
Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension 28
Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension 29
Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques 30
Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique 32
Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps 34
Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute 39
Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif 43
Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar 46
Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie 47
Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie 48
Figure II5 Classification des dispositifs FACTS 54
Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM 55
Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM 56
Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM 57
Liste des figures
Figure II9 Scheacutema de base du SSSC 58
Figure II10
Figure II11
Figure II12
Figure II13
Caracteacuteristique statiques du SSSC
Principe de fonctionnement de SSSC
Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple
Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du
SSSC
59
60
61
61
Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur 68
Figure III2 Modegravele des charges 69
Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt 70
Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport 70
Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur 72
Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone 73
Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM 74
Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation 76
Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT 82
Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink 82
Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas preacutedicteur) 85
Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Pas correcteur) 86
Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas correcteur obtenu
par les moyens de la parameacutetrisation locale
87
Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds 88
Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds 89
Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS 90
Figure IV9 Profile de tension du reacuteseau IEEE 39-nœuds 91
Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone 91
Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1 du systegraveme (eacutetat de base) 92
Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme (eacutetat de base) 92
Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de base 92
Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8 94
Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8 94
Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 8 95
Figure IV17 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 8 95
Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM 95
Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 03 96
Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 15 96
Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 15 97
Figure IV23 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV24 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 3 97
Figure IV25 Profils de pertes de puissances actives avec STATCOM au nœud 15 98
Figure IV26 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec STATCOM au nœud 15 98
Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents
emplacements du STATCOM
98
Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du
STATCOM
99
Figure IV29 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement 100
Figure IV30 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement 100
Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15 101
Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge15 102
Figure IV35 Profils de pertes de puissance actives avec SSSC sur la ligne 15 102
Figure IV36 Profils de pertes de puissance reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15 102
Figure IV37 Puissances actives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103
Figure IV38 Puissances reacuteactives maximales au point drsquoeffondrement de la zone 3 103
Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge 45 104
Figure IV41 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV42 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45 104
Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la linge48 105
Figure IV45 Profils de pertes de puissances actives avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV46 Profils de pertes de puissances reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48 105
Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC 106
Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents emplacements du
SSSC
106
Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS 62
Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS 63
Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme 72
Liste des tableaux
kV Kilovolt
Hz Hertz
THT Tregraves haute tension
UHT Ultra haute tension
Km Kilomegravetre
HTB Haute tension
RTE Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute
HTA Moyenne tension
BT Basse tension
SDO Socieacuteteacute de distribution de lrsquoouest
UMA Union du Maghreb Arabe
ONE Office National Marocain de lrsquoElectriciteacute
STEG Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz
Comelec Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute
IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Eacutelectriciteacute et en Eacutelectronique
CEI Commission eacutelectrotechnique internationale
119880119903119890119891 Tension de reacutefeacuterence
ms Mili-seconde
rms Root means square
pu Systegraveme de valeur relative (Per unit )
CPF Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance
GW Geacutegawatts
PSAT Power System Analysis Toolbox
AC Alternative Current (Courant altenatif)
IEEE Institut des Ingeacutenieurs en Electriciteacute et en Electronique
Liste des acronymes
∆U Diffeacuterence de tension
∆T Diffeacuterence de temps
FACTS Flexible Alternating Current Transmission System
STATCOM Compensateur Statique Synchrone
SSSC
GTO
Compensateur Statique seacuterie synchrone
Gate Turn Off
119881119904 Tension de la source
119881119903 Tension de la charge
119868119898119886119909 Courant maximal
119868119898119894119899 Courant minimal
MLI Modulation par largeur dimpulsion
119881119904ℎ Tension (shunt) injecteacutee par le STATCOM
119876119904ℎ Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le STATCOM
119876119903 Puissance reacuteactive demandeacutee par la charge
119868119904ℎ Courant (shunt) injecteacute par le STATCOM
119881119904119890 Tension (seacuterie) injecteacute par le SSSC
119883119897 Reacuteactance de la ligne de transport
X Reacuteactance totale du reacuteseau
119883119890119891119891 Reacuteactance effective
V Tension de source
B Susceptance
119883119886 Reacuteactance seacuterie limitant les transitoires
119868119902 Composante du courant de la ligne sur lrsquoaxe q
119868prime119902 Composante du courant fourni par le compensateur shunt sur lrsquoaxe q
119881119904119902 Composante de la tension de la source sur lrsquoaxe q
119883119894 Angle de commutation
119868119897 Courant de ligne
λ Facteur de charge
Liste des symboles
Introduction geacuteneacuterale
INTRODUCTION GENERALE
9
Aujourdrsquohui la consommation de leacutenergie eacutelectrique et le sceacutenario des systegravemes
dalimentation est hautement complexe et interconnecteacute il y a un grand besoin
dameacuteliorer lutilisation deacutenergie eacutelectrique tout en conservant sa fiabiliteacute et sa seacutecuriteacute
Lrsquoeacutetude de lrsquoeacutecoulement de puissance et la stabiliteacute dans le langage du systegraveme
eacutelectrique est la solution de leacutetat deacutequilibre des reacuteseaux Habituellement une centrale nest
pas situeacutee agrave proximiteacute du centre de charge mais elle peut ecirctre loin du centre de distribution
en raison de circonstances diverses Pour reacutepondre agrave la demande de puissance sans
cesse croissante les services publics preacutefegraverent sappuyer sur la production de
leacutelectriciteacute deacutejagrave existante au lieu de construire de nouvelles lignes de transmission qui
sont limiteacutees par des contraintes diverses
Les reacuteseaux eacutelectriques jusquagrave ces derniegraveres anneacutees sont controcircleacutes
meacutecaniquement malgreacute lutilisation de la microeacutelectronique des ordinateurs et des
moyens rapides de teacuteleacutecommunication dans le controcircle des reacuteseaux la derniegravere action dans
ces systegravemes de commande est prise avec des dispositifs meacutecaniques ayant un temps
de reacuteponse plus au moins long et avec lesquels laction damorccedilage et de reacuteamorccedilage
ne peut ecirctre reacutepeacutetitivement exeacutecuteacute agrave une freacutequence eacuteleveacutee
Les eacuteleacutements proposeacutes qui permettent drsquoameacuteliorer les systegravemes sont les dispositifs
FACTS laquo Flexible Alternating Current Transmission System raquo Les dispositifs FACTS font
en geacuteneacuteral appel agrave leacutelectronique de puissance des microprocesseurs de lautomatique des
teacuteleacutecommunications et des logiciels pour parvenir agrave controcircler les systegravemes de puissance Ce
sont des eacuteleacutements de reacuteponse rapide Ils donnent en principe un controcircle plus souple
de leacutecoulement de puissance Ils donnent aussi la possibiliteacute de charger les lignes de transit
agrave des valeurs pregraves de leur limite thermique et augmentent la capaciteacute de transfegravere de la
puissance dune reacutegion agrave une autre Ils Limitent aussi les effets des deacutefauts et
des deacutefaillances de leacutequipement et stabilisent le comportement du reacuteseau eacutelectrique
Lrsquoeacutetude du comportement de la tension dans les reacuteseaux eacutelectriques est devenue une
preacuteoccupation majeure des exploitants et planificateurs de ces systegravemes En fait plusieurs
incidents geacuteneacuteraliseacutes survenus dans le monde ont eacuteteacute associeacutes agrave des instabiliteacutes de tension Ce
mode drsquoinstabiliteacute nrsquoest pas encore bien maicirctriseacute compareacute au mode drsquoinstabiliteacute angulaire
(dynamique et transitoire) En effet le meacutecanisme causant lrsquoinstabiliteacute de tension semble lrsquoun
des plus importants problegravemes agrave clarifier Aujourdrsquohui encore il nrsquoy a pas une theacuteorie
INTRODUCTION GENERALE
10
disponible et largement accepteacutee pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension Les problegravemes lieacutes agrave
ce type drsquoinstabiliteacute constituent alors dans plusieurs pays un axe de recherche tregraves important
Des releveacutes sur les incidents survenus durant les derniegraveres deacutecennies ont montreacute que
lrsquoeffondrement de tension intervient geacuteneacuteralement suite agrave une perturbation majeure ou agrave une
augmentation importante de la charge sur un reacuteseau eacutelectrique soumis agrave de fortes contraintes
Ce reacuteseau srsquoaffaiblit et sa consommation reacuteactive srsquoaccroicirct Le pheacutenomegravene est alors
caracteacuteriseacute par une baisse progressive de la tension dans une ou plusieurs reacutegions
consommatrices et qui va en srsquoacceacuteleacuterant au bout de quelques minutes La deacutegradation de la
tension au niveau des charges est alors telle qursquoelle entraicircne des interruptions de service dont
les causes directes peuvent ecirctre
- Manque de tension
- Augmentation des pertes reacuteactive du reacuteseau
La deacutefaillance du reacuteglage de la tension au niveau des bornes des groupes a pour
conseacutequence une acceacuteleacuteration de la deacutegradation du plan de la tension qui peut aller jusqursquoagrave
des deacuteclenchements en cascade de groupes et de lignes et un effondrement geacuteneacuteral du reacuteseau
Dans cette situation les moyens classiques de controcircle des reacuteseaux (transformateur agrave
prises reacuteglables en charge transformateurs deacutephaseurs compensateurs seacuterie ou parallegravele
commuteacutes par disjoncteurs modification des consignes de production changement de
topologie du reacuteseau et action sur lexcitation des geacuteneacuterateurs) pourraient dans lavenir saveacuterer
trop lents et insuffisants pour reacutepondre efficacement aux problegravemes drsquoinstabiliteacute du reacuteseau
compte tenu notamment des nouvelles contraintes Il faudra donc compleacuteter leur action en
mettant en œuvre des dispositifs eacutelectroniques de puissance ayant des temps de reacuteponse
courts qui sont les FACTS
Le maintien de lrsquoeacutequilibre entre la production et la consommation neacutecessite alors une
surveillance permanente du systegraveme afin drsquoassurer la qualiteacute du service (problegraveme de
conduite) garantir sa seacutecuriteacute (problegraveme de protection) et sa stabiliteacute (problegraveme de reacuteglage)
Ainsi le premier chapitre de ce meacutemoire est consacreacute agrave une introduction geacuteneacuterale aux
problegravemes que rencontrent actuellement les reacuteseaux eacutelectriques Nous preacutesenterons ensuite La
INTRODUCTION GENERALE
11
stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
Dans le deuxiegraveme chapitre nous preacutesenterons le concept FACTS et plus
particuliegraverement le contexte Algeacuterien ainsi la conception et le principe de fonctionnement de
deux systegravemes FACTS qui seront retenus pour la suite de cette eacutetude
Dans le troisiegraveme chapitre nous preacutesenterons la modeacutelisation de deux systegravemes FACTS
qui sont retenus pour la simulation La modeacutelisation des eacuteleacutements des reacuteseaux sera eacutegalement
eacutevoqueacutee
Le chapitre quatre preacutesentera les reacutesultats des simulations lors de lrsquoeffondrement de
tension Ces tests concernent lrsquoimpact des dispositifs FACTS sur le pheacutenomegravene de
lrsquoeffondrement de tension en utilisant la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de
puissance (CPF) Nous utiliserons pour cela le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds
Lorsque tout ce qui preacutecegravede aura eacuteteacute exposeacute il ne nous restera plus qursquoagrave conclure et agrave
proposer des perspectives drsquoeacutetudes futures permettant de compleacuteter le travail reacutealiseacute tout au
long de ce meacutemoire
12
Chapitre 1
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
13
CHAPITRE I
I1) Introduction
Lrsquoeacutenergie eacutelectrique est la forme drsquoeacutenergie la plus largement reacutepandue car elle est
facilement transportable avec un rendement eacuteleveacute et un coucirct raisonnable Un reacuteseau eacutelectrique
est un ensemble dinfrastructures dont le but est dacheminer de leacutenergie eacutelectrique agrave partir de
centres de production vers les consommateurs deacutelectriciteacute (charge) Le premier reacuteseau
eacutelectrique a vu le jour aux Etats Unis en 1882 et a eacuteteacute conccedilu par Thomas
Edison Crsquoeacutetait un reacuteseau local agrave courant continu et servait agrave assurer lrsquoeacuteclairage de la reacutegion de
Manhattan La distribution de lrsquoeacutenergie eacutetait assureacutee par des cacircbles souterrains
Avec lrsquoinvention du transformateur par William Stanley en 1885 et celle du moteur agrave
courant alternatif par Nikola Tesla en 1888 les reacuteseaux agrave courant alternatif commencegraverent agrave
prendre le pas sur les reacuteseaux agrave courant continu du fait qursquoil eacutetait devenu possible drsquoacheminer
plus de puissance sur de plus grandes distances gracircce agrave des niveaux de tension plus eacuteleveacutes
Un autre avantage non neacutegligeable du courant alternatif est la suppression du collecteur
donc des problegravemes de commutation dans les alternateurs ce qui a permis de construire des
alternateurs de grande puissance agrave moyenne tension Les reacuteseaux eacutetaient drsquoabord monophaseacutes
puis triphaseacutes (23 kV en 1893) et agrave diffeacuterentes freacutequences (28Hz agrave 133Hz) Progressivement
la neacutecessiteacute de mise en fonctionnement en parallegravele et drsquointerconnexion des diffeacuterents reacuteseaux
a conduit agrave la standardisation de la freacutequence
60 Hz aux Etats Unis et au Canada
50 Hz pour la majoriteacute des pays en Afrique Asie et Europe
Les niveaux de tensions ont eux aussi eacutevolueacute graduellement jusqursquoagrave atteindre
aujourdrsquohui lrsquoUltra Haute tension 765 kV en service aux Etats Unis et ce depuis 1969Le
transport drsquoeacutenergie eacutelectrique sur de tregraves grandes distances est devenu plus avantageux en
courant continu qursquoen alternatif et ce gracircce au deacuteveloppement de lrsquoeacutelectronique de puissance
Ainsi il est plus eacuteconomique de convertir la THT ou UHT de lrsquoalternatif au continu de
transporter lrsquoeacutenergie eacutelectrique agrave lrsquoaide de deux lignes et de la reconvertir agrave lrsquoautre extreacutemiteacute
Des eacutetudes ont montreacute qursquoil eacutetait avantageux de recourir au courant continu lorsqursquoil
srsquoagissait de transporter de lrsquoeacutenergie eacutelectrique sur des distances supeacuterieures ou eacutegales agrave 500
km
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
14
CHAPITRE I
Lrsquoaccroissement eacutenorme de la demande de lrsquoeacutenergie eacutelectrique et les contraintes
eacuteconomiques de construire de nouveaux ouvrages conduisent agrave lrsquoexploitation des reacuteseaux
eacutelectriques preacutes de leurs limites de stabiliteacute et de seacutecuriteacute En effet lrsquoinstabiliteacute des reacuteseaux
eacutelectriques preacutesente un problegraveme majeur dans le bon fonctionnement de ces derniers autour du
monde Les perturbations ineacutevitables telles que les courts circuits les indisponibiliteacutes
momentaneacutees des lignes de transmission des geacuteneacuterateurs les transformateurs ainsi que les
pertes dans les lignes peuvent affecter le reacuteseau eacutelectrique agrave tout instant et lrsquoamener en dehors
de sa zone de stabiliteacute La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique est donc la proprieacuteteacute qui lui permet
de rester dans un eacutetat drsquoeacutequilibre pour des conditions de fonctionnement normales et de
retrouver un eacutetat drsquoeacutequilibre acceptable suite agrave une perturbation
I2) Deacutefinition de reacuteseau eacutelectrique
Les reacuteseaux eacutelectriques (transport et distribution) ont pour rocircle drsquoacheminer lrsquoeacutenergie
des sites de production vers les lieux de consommation avec des eacutetapes de baisse du niveau
de tension dans des postes de transformation
Les reacuteseaux eacutelectriques ont pour fonction dinterconnecter les centres
de production tels que les centrales hydrauliques thermiquesetc avec les centres de
consommation (villes usines) [1]
I21) De la centrale aux abonneacutes
La tension agrave la sortie des grandes centrales est porteacutee agrave 400 000 volts (ou 400 kV) pour
limiter les pertes drsquoeacutenergies sous forme de chaleur dans les cacircbles des lignes eacutelectriques de
transport (ce sont les pertes par laquo effets de joule raquo) Ensuite la tension est progressivement
reacuteduite au plus preacutes de la consommation pour arriver aux diffeacuterents niveaux de tension
auxquels sont raccordeacutes les consommateurs (figure I1)
Centrale
De
Production
Poste de
Transformation
THT HT
Poste de
Transformation
MT BT
Poste de
Transformation
HT HT
Abonneacutes HT Abonneacutes BT Abonneacutes MT
Figure I1 Scheacutema drsquoun reacuteseau eacutelectrique
Poste de
Transformation
HTMT
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
15
CHAPITRE I
Les reacuteseaux publics drsquoeacutelectriciteacute (figure I2) sont constitueacutes drsquoun ensemble de
conducteurs et de postes eacutelectriques permettant drsquoacheminer lrsquoeacutenergie depuis les installations
de production jusqursquoaux installations de consommation
Les conducteurs sont les lignes aeacuteriennes ou les cacircbles souterrains (ou les cacircblages
courant en faccedilades drsquoimmeubles) desservant le territoire selon un scheacutema mailleacute ou
arborescent Pour des raisons tenant agrave des calculs technico-eacuteconomiques ils sont exploiteacutes agrave
diffeacuterents niveaux de tension
Les postes eacutelectriques sont situeacutes aux nœuds du maillage ou de lrsquoarborescence des
conducteurs Ils accueillent les transformateurs (pour le changement de niveau de tension) les
organes drsquoaiguillage et de manœuvre des flux et les eacutequipements de surveillance et de seacutecuriteacute
du reacuteseau [2]
Le but premier dun reacuteseau deacutenergie est de pouvoir alimenter la demande des
consommateurs Comme on ne peut encore stocker eacuteconomiquement et en grande quantiteacute
leacutenergie eacutelectrique il faut pouvoir maintenir en permanence leacutegaliteacute [3]
(I1)
Figure I2 Reacuteseaux publiques
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
16
CHAPITRE I
Le reacuteseau eacutelectrique est exploiteacute de maniegravere agrave assurer trois principaux objectifs
bull La distribution drsquoeacutelectriciteacute doit pouvoir ecirctre garantie et ce malgreacute les aleacuteas du reacuteseau
En effet celle-ci est un enjeu agrave la fois financier et de seacutecuriteacute pour les biens mateacuteriels
et des personnes Ainsi lrsquoopeacuterateur du reacuteseau doit ecirctre capable de faire face agrave ces aleacuteas
et drsquoeacuteviter les deacutegacircts potentiels ainsi que leurs propagations Cet enjeu de sucircreteacute de
fonctionnement en reacutegime normal et en reacutegime perturbeacute est un des premiers objectifs
bull Lrsquoonde de tension fait lrsquoobjet drsquoengagement contractuel que lrsquoopeacuterateur se doit de
ternir en respectant une regravegle drsquoeacutegaliteacute cest-agrave-dire une impartialiteacute entre clients en
conservant une continuiteacute de service maximale
bull Le dernier objectif drsquoexploitation est un objectif eacuteconomique lrsquoexploitation doit ecirctre
meneacutee de maniegravere optimale dans le but de reacuteduire les pertes ainsi que les coucircts de
maintenance et drsquoinvestissement Drsquoautre part lrsquoexploitation doit favoriser lrsquoouverture
du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute
I 3) Fonctionnent du reacuteseau eacutelectrique
Lrsquoeacutelectriciteacute produite par les centrales est drsquoabord achemineacutee sur de longues distances
dans des lignes agrave haute tension (HTB) geacutereacutees par RTE (Reacuteseau de Transport drsquoEacutelectriciteacute)
Elle est ensuite transformeacutee en eacutelectriciteacute agrave la tension HTA pour pouvoir ecirctre
achemineacutee par le reacuteseau de distribution Cette transformation intervient dans les postes
sources
Une fois sur le reacuteseau de distribution lrsquoeacutelectriciteacute haute tension HTA alimente
directement les clients industriels Pour les autres clients (particuliers commerccedilants
artisans) elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation avant
drsquoecirctre livreacutee
Au final la qualiteacute de lrsquoalimentation en eacutelectriciteacute des utilisateurs du reacuteseau est donc le
reacutesultat de la qualiteacute de tout ce parcours [4]
I4) Structure geacuteneacuterale et topologie drsquoun reacuteseau eacutelectriques
Dans les pays doteacutes drsquoun systegraveme eacutelectrique eacutelaboreacute le reacuteseau est structureacute en plusieurs
niveaux assurant des fonctions speacutecifiques propres et caracteacuteriseacutes par des tensions adapteacutees agrave
ces fonctions
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
17
CHAPITRE I
Traditionnellement les reacuteseaux eacutelectriques sont deacutecomposeacutes en trois sous-systegravemes la
geacuteneacuteration le transport et la distribution (figure I3) Chaque sous-systegraveme est relieacute par des
postes sources chargeacutes de lrsquoadeacutequation des niveaux de tension
Dans le contexte de ce paragraphe nous allons preacutesenter la structure et la topologie du
reacuteseau eacutelectrique Algeacuterien (les informations des paragraphes ci ndashdessous sont prises lors drsquoun
stage effectueacute agrave la SDO
I41) Structure du reacuteseau eacutelectrique en Algeacuterie
I411) Reacuteseaux drsquoutilisation
Ces sont les reacuteseaux de basse tension (BT) qui alimentent les maisons lrsquoeacuteclairage
public les moteurs et les appareils domestiques Ce type de reacuteseau eacutelectrique doit preacutesenter
une continuiteacute de service permanente Geacuteneacuteralement la gamme de tension est de 220 volts agrave
380 volts
Figure I3 Les sous-systegravemes du reacuteseau eacutelectrique
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
18
CHAPITRE I
I412) Reacuteseaux de distribution
Ce sont les reacuteseaux de moyenne tension (MT) qui fournissent aux reacuteseaux
drsquoutilisation les puissances neacutecessaires demandeacutees Ils doivent observer des distances limiteacutees
de voisinage crsquoest pour cela que ces reacuteseaux se reacutealisent en souterrain dans les villes (En
Algeacuterie le niveau de tension de distribution de lrsquoeacutenergie est fixeacute agrave 10 kV)
I413) Reacuteseaux de reacutepartition
Ce sont les reacuteseaux HTMT (3010 kV) ils fournissent les puissances neacutecessaires
aux reacuteseaux de distribution relieacutes entre eux ils facilitent le secours mutuel entre reacutegions
I414) Reacuteseaux de transport
Ils assurent lrsquoalimentation de lrsquoensemble du territoire national gracircce agrave des
transits de puissances importantes et de tensions qui sont de 60 220 et 400 kV
I42) Topologie des reacuteseaux
Les reacuteseaux doivent assurer le transit de lrsquoeacutenergie eacutelectrique avec une seacutecuriteacute
suffisante cette seacutecuriteacute drsquoalimentation est augmenteacutee soit
Par les lignes aux appareillages plus solides
Par des circuits plus nombreux
I421) Reacuteseaux radiaux
Le principe de fonctionnement de reacuteseau radial est agrave une seule voie drsquoalimentation Ceci
signifie que tout point de consommation sur une telle structure ne peut ecirctre alimenteacute que par
un seul chemin eacutelectrique possible Il est de type arborescent Cette arborescence se deacuteroule agrave
partir des points drsquoalimentation qui sont constitueacutes par les postes de distribution publique
HTBHTA ou HTAHTA (reacutepartition) Ce scheacutema (figure I4) est particuliegraverement utiliseacute pour
la distribution de la MT en milieu rural En effet il permet facilement et agrave un moindre coucirct
drsquoacceacuteder agrave des points de consommation de faible densiteacute de charge (gtgt10 kVA) et largement
reacutepartis geacuteographiquement (gtgt 100 km2)
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
19
CHAPITRE I
I422) Reacuteseaux boucleacutes
Cette topologie (Figure I5) est surtout utiliseacutee dans les reacuteseaux de reacutepartition et
distribution MT Les postes de reacutepartition HT ou MT alimenteacutes agrave partir du reacuteseau THT sont
relieacutes entre eux pour former des boucles ceci dans le but drsquoaugmenter la disponibiliteacute
Cependant il faut noter que les reacuteseaux MT ne sont pas forcement boucleacutes [23]
1 Source
2 Poste MTHT
3 Poste MTBT
4 Consommateur
Figure I5 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau boucleacute
Figure I4 Scheacutema drsquoun reacuteseau radial
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
20
CHAPITRE I
I423) Reacuteseaux mailleacutes
Cette topologie (Figure I6) est presque la norme pour les reacuteseaux de transport Tous les
centres de production sont lieacutes entre eux par des lignes THT au niveau des postes
drsquointerconnexion ce qui forme un maillage Cette structure permet une meilleure fiabiliteacute
mais neacutecessite une surveillance agrave lrsquoeacutechelle nationale voire continentale
On obtient ainsi une meilleure seacutecuriteacute mais agrave un prix plus chers [5]
I5) Interconnexion des reacuteseaux eacutelectriques [6]
Lrsquointerconnexion entre les reacuteseaux de transport drsquoeacutelectriciteacute sert agrave faire passer lrsquoeacutenergie
drsquoun pays agrave un autre Leur rocircle premier est de permettre drsquoassurer la distribution drsquoeacutelectriciteacute
en cas de deacutefaillance soudaine sur le reacuteseau national en faisant appel agrave lrsquoeacutenergie produite et
transporteacutee par les pays voisins
Lrsquointerconnexion des reacuteseaux permet de rendre solidaires les pays voisins et de
diversifier les sources de production Ce foisonnement renforce la seacutecuriteacute
drsquoapprovisionnement et diminue le risque de panne geacuteneacuteraliseacutee
Les infrastructures existantes doivent ecirctre adapteacutees afin drsquoacheminer lrsquoeacutenergie
produite par les nouvelles sources renouvelables
Les infrastructures eacutenergeacutetiques doivent permettre en augmentant les eacutechanges
interreacutegionaux de favoriser la concurrence et drsquoameacuteliorer le fonctionnement du marcheacute
Source 1 Source 2 Source 3 Source 4
Source 5 Source 6
Figure I6 Scheacutema simplifieacute drsquoun reacuteseau mailleacute
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
21
CHAPITRE I
I51) Lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques du Maghreb Arabe
Degraves le mois de juin 1974 bien avant la constitution de lrsquoUnion du Maghreb Arabe
(UMA) en 1989 les entreprises publiques drsquoeacutelectriciteacute des trois pays lrsquoOffice National
Marocain de lrsquoElectriciteacute (ONE) la Socieacuteteacute Nationale Algeacuterienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz
(SONELGAZ) la Socieacuteteacute Tunisienne de lrsquoElectriciteacute et du Gaz (STEG) ont deacutecideacute la creacuteation
du Comiteacute Maghreacutebin de lrsquoElectriciteacute (Comelec) immeacutediatement enteacuterineacutee par le Conseil
Permanent Consultatif Maghreacutebin (CPCM) qui regroupe les ministres de lrsquoEconomie des trois
pays
Les compagnies des deux autres pays ont rejoint le Comiteacute Sonelec (Mauritanie) en
1975 et Gecol (Libye) en 1989 apregraves la constitution de lrsquoUMA formant ainsi le groupe
speacutecialiseacute le plus ancien de lrsquoUnion dont les missions consistent agrave promouvoir et coordonner
agrave lrsquoeacutechelle maghreacutebine et vis agrave vis des institutions internationales les relations sur le plan
technique eacuteconomique commercial industriel du management de la formation et des
relations sociales Dans ce cadre des actions concregravetes et efficaces ont eacuteteacute conduites en
commun
bull Renforcement des lignes drsquointerconnexion et deacuteveloppement des eacutechanges eacutelectriques
avec pour finaliteacute drsquoassurer une solidariteacute des reacuteseaux tout en eacutevitant les risques de
propagation drsquoincidents graves
bull Programmes drsquoeacutequipement et eacutetude de projets communs diffusion drsquoun scheacutema
directeur agrave long terme du reacuteseau maghreacutebin projets de station de pompage ou mecircme de
centrale nucleacuteaire
bull Elaboration et mise agrave jour permanente drsquoune carte du reacuteseau eacutelectrique maghreacutebin y
compris le reacuteseau de distribution impliquant lrsquoalimentation des villages frontaliers agrave partir du
reacuteseau le plus proche et dans les conditions technico - eacuteconomiques les plus favorables la
premiegravere action et probablement la plus symbolique a eacuteteacute lrsquoalimentation du village tunisien
martyre de Sakiet Sidi Youcef agrave partir du reacuteseau algeacuterien ou du village marocain de Figuig agrave
partir du reacuteseau algeacuterien agrave Beni Ounif
bull Utilisation commune des structures de formation eacutelectriques et gaziegraveres
bull Promotion de lrsquointeacutegration industrielle maghreacutebine de lrsquointervention des bureaux
drsquoeacutetudes et entreprises de travaux et de fabrication de mateacuteriel eacutelectrique du Maghreb agrave
travers notamment le renforcement de la fonction engineering [7]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
22
CHAPITRE I
I6) Qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique
La qualiteacute de cette eacutenergie deacutepend de celle de la tension aux points de raccordement
toutefois cette tension subit geacuteneacuteralement beaucoup de perturbations de deux origines
distinctes drsquoune part les perturbations de courant causeacutees par le passage dans les reacuteseaux
eacutelectriques des courants perturbateurs comme les courants harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et
reacuteactifs et drsquoautre part les perturbations de tension causeacutees par des tensions perturbatrices
comme les tensions harmoniques deacuteseacutequilibreacutes et les creux de tension [8]
La qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique est consideacutereacutee comme une combinaison de la qualiteacute
de la tension et de la qualiteacute du courant Nous allons donc deacutefinir ces deux notions dans la
suite de ce paragraphe
I61) Qualiteacute de la tension
Dans la pratique lrsquoeacutenergie eacutelectrique distribueacutee se preacutesente sous la forme drsquoun ensemble
de tensions constituant un systegraveme alternatif triphaseacute qui possegravede quatre caracteacuteristiques
principales amplitude freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie [9]
I611) Amplitude
Lrsquoamplitude de la tension est un facteur crucial pour la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute Elle
constitue en geacuteneacuteral le premier engagement contractuel du distributeur drsquoeacutenergie
Habituellement lrsquoamplitude de la tension doit ecirctre maintenue dans un intervalle de plusmn 10
autour de la valeur nominale
Dans le cas ideacuteal les trois tensions ont la mecircme amplitude qui est une constante
Cependant plusieurs pheacutenomegravenes perturbateurs peuvent affecter lrsquoamplitude des tensions En
fonction de la variation de lrsquoamplitude on distingue deux grandes familles de perturbations
- Les creux de tension coupures et surtensions Ces perturbations se caracteacuterisent par des
variations importantes de lrsquoamplitude Elles ont pour principale origine des courts-circuits et
peuvent avoir des conseacutequences importantes pour les eacutequipements eacutelectriques
- Les variations de tension Ces perturbations se caracteacuterisent par des variations de
lrsquoamplitude de la tension infeacuterieure agrave 10 de sa valeur nominale Elles sont geacuteneacuteralement
dues agrave des charges fluctuantes ou des modifications de la configuration du reacuteseau
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
23
CHAPITRE I
I612) Freacutequence
Dans le cas ideacuteal les trois tensions sont alternatives et sinusoiumldales drsquoune freacutequence
constante de 50 ou 60 Hz selon le pays Des variations de freacutequence peuvent ecirctre provoqueacutees
par des pertes importantes de production de lrsquoicirclotage drsquoun groupe sur ses auxiliaires ou son
passage en reacuteseau seacutepareacute ou drsquoun deacutefaut dont la chute de tension reacutesultante entraicircne une
reacuteduction de la charge [9]
I613) Forme drsquoonde
La forme drsquoonde des trois tensions formant un systegraveme triphaseacute doit ecirctre la plus proche
possible drsquoune sinusoiumlde En cas de perturbations au niveau de la forme drsquoonde la tension
nrsquoest plus sinusoiumldale et peut en geacuteneacuteral ecirctre consideacutereacutee comme une onde fondamentale agrave
50Hz associeacutee agrave des ondes de freacutequences supeacuterieures ou infeacuterieures agrave 50 Hz appeleacutees
eacutegalement harmoniques Les tensions peuvent eacutegalement contenir des signaux permanents
mais non-peacuteriodiques alors deacutenommeacutes bruits
I614) Symeacutetrie
La symeacutetrie drsquoun systegraveme triphaseacute se caracteacuterise par lrsquoeacutegaliteacute des modules des trois
tensions et celle de leurs deacutephasages relatifs La dissymeacutetrie de tels systegravemes est
communeacutement appeleacute deacuteseacutequilibre [9]
I62) Qualiteacute du courant
La qualiteacute du courant est relative agrave une deacuterive des courants de leur forme ideacuteale et se
caracteacuterise de la mecircme maniegravere que pour les tensions par quatre paramegravetres amplitude
freacutequence forme drsquoonde et symeacutetrie Dans le cas ideacuteal les trois courants sont drsquoamplitude et
de freacutequence constantes deacutephaseacutes de 2π3 radians entre eux et de forme purement
sinusoiumldale
Le terme laquo qualiteacute du courant raquo est rarement utiliseacute car la qualiteacute du courant est
eacutetroitement lieacutee agrave la qualiteacute de la tension et la nature des charges Pour cette raison laquo la
qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique raquo est souvent reacuteduite agrave laquo la qualiteacute de la tension raquo [10]
Crsquoest lrsquoobjectif de ce meacutemoire ougrave le terme de laquo qualiteacute de lrsquoeacutenergie raquo srsquoapplique
uniquement agrave celle de la tension [13]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
24
CHAPITRE I
I7) Perturbations du reacuteseau eacutelectrique
Le reacuteseau eacutelectrique peut ecirctre soumis agrave de multiples perturbations Ces deacutefauts qui
peuvent ecirctre mesureacutes gracircce agrave lrsquoutilisation de centrales de mesure peuvent endommager les
machines et fragiliser toutes les installations eacutelectriques
Il existe diffeacuterents types de perturbations les creux de tension les surtensions
passagegraveres les pheacutenomegravenes transitoires les deacuteseacutequilibres les distensions harmoniques ou
encore les entailles de commutations [11]
I71) Classification des perturbations eacutelectriques
I711) Creux de tension et coupures
Un creux de tension (figure I7) est une baisse brutale de la tension en un point drsquoun
reacuteseau drsquoeacutenergie eacutelectrique agrave une valeur comprise (par convention) entre 90 et 1 (CEI
61000-2-1 CENELEC EN 50160) ou entre 90 et 10 (IEEE 1159) drsquoune tension de
reacutefeacuterence (119880119903119890119891) suivie drsquoun reacutetablissement de la tension apregraves un court laps de temps compris
entre la demi-peacuteriode fondamentale du reacuteseau (10 ms agrave 50 Hz) et une minute
La tension de reacutefeacuterence est geacuteneacuteralement la tension nominale pour les reacuteseaux BT et la
tension deacuteclareacutee pour les reacuteseaux MT et HT
Une tension de reacutefeacuterence glissante eacutegale agrave la tension avant perturbation peut aussi ecirctre
utiliseacutee sur les reacuteseaux MT et HT eacutequipeacutes de systegraveme de reacuteglage (reacutegleur en charge) de la
tension en fonction de la charge Ceci permet drsquoeacutetudier (agrave lrsquoaide de mesures simultaneacutees dans
Figure I7 Forme drsquoonde drsquoun creux de tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
25
CHAPITRE I
chaque reacuteseau) le transfert des creux entre les diffeacuterents niveaux de tension La meacutethode
habituellement utiliseacutee pour deacutetecter et caracteacuteriser un creux de tension est le calcul de la
valeur efficace laquo rms (12) raquo du signal sur une peacuteriode du fondamental toutes les demi-
peacuteriodes (recouvrement drsquoune demi-peacuteriode)
La figure (I8) montre les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension qui sont donc
bull sa profondeur ∆U (ou son amplitude U)
bull sa dureacutee ∆T deacutefinie comme le laps de temps
a) Origines des creux de tension et coupures
Les creux de tension et les coupures bregraveves sont principalement causeacutes par des
pheacutenomegravenes conduisant agrave des courants eacuteleveacutes qui provoquent agrave travers les impeacutedances des
eacuteleacutements du reacuteseau une chute de tension drsquoamplitude drsquoautant plus faible que le point
drsquoobservation est eacutelectriquement eacuteloigneacute de la source de la perturbation
Les creux de tension et les coupures bregraveves ont diffeacuterentes causes
bull des deacutefauts sur le reacuteseau de transport (HT) de distribution (BT et MT) ou sur
lrsquoinstallation elle-mecircme [9]
Les creux de tension et les coupures bregraveves sont causeacutes par des pheacutenomegravenes aleacuteatoires
Ces pheacutenomegravenes concernent soit le reacuteseau du distributeur soit le reacuteseau de lrsquoutilisateur [12]
Figure I8 Les paramegravetres caracteacuteristiques drsquoun creux de tension rms (12)
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
26
CHAPITRE I
I712) Harmonique
Une harmonique (figure I9) est une composante sinusoiumldale drsquoune onde peacuteriodique ou
drsquoune quantiteacute posseacutedant une freacutequence qui est multiple entier de la freacutequence fondamentale
a) Inters harmoniques
Les inter-harmoniques sont des signaux de freacutequence non multiple de la freacutequence
fondamentale
b) Infra-harmoniques
Les infra harmoniques sont des signaux de freacutequence infeacuterieure agrave celle du fondamentale
c) Conseacutequences des harmoniques
Les courants harmoniques qui se propagent dans les reacuteseaux eacutelectriques deacuteforment
lrsquoallure du courant de la source et polluent les consommateurs alimenteacutes par les mecircmes
reacuteseaux On peut classer les effets engendreacutes par les harmoniques en deux types [8]
les effets instantaneacutes
les effets agrave terme
d) Les principales sources drsquoharmoniques
Ce sont des charges qursquoil est possible de distinguer selon leurs domaines industrielles
ou domestiques
Les charges industrielles
Eacutequipements drsquoeacutelectroniques de puissance variateurs de vitesse redresseurs agrave
diodes ou agrave thyristors onduleurs alimentations agrave deacutecoupage
Charges utilisant lrsquoarc eacutelectrique fours agrave arc machines agrave souder eacuteclairage
(lampes agrave deacutecharge tubes fluorescents) Les deacutemarrages de moteurs par
deacutemarreurs eacutelectroniques et les enclenchements de transformateurs de puissance
sont aussi geacuteneacuterateurs drsquoharmoniques (temporaires) [9]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
27
CHAPITRE I
I713) Surtensions
Ce pheacutenomegravene (figure I10) se produit lorsqursquoun composant eacutelectrique posseacutedant deux
bornes reccediloit une tension supeacuterieure agrave celle de la tension normale du circuit [13]
Les surtensions sont de trois natures
bull Temporaires (agrave freacutequence industrielle)
bull De manœuvre
bull Drsquoorigine atmospheacuterique (foudre)
Elles peuvent apparaicirctre
bull en mode diffeacuterentiel (entre conducteurs actifs phph ndash phneutre)
bull en mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) [10]
Figure I9 Harmoniques
Figure I10 Exemple de surtension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
28
CHAPITRE I
a) Origine ou causes des surtensions
Les orages sont des eacuteveacutenements tregraves habituels et aussi tregraves dangereux On estime que
sur notre planegravete se produisent simultaneacutement quelques 2000 orages et quenviron 100 coups
de foudre se deacutechargent sur la terre chaque seconde Au total cela repreacutesente environ 4000
orages quotidiens et 9 millions de deacutecharges atmospheacuteriques chaque jour
Au moment de lrsquoimpact la foudre provoque une impulsion de courant qui arrive agrave
atteindre des dizaines de milliers drsquoampegraveres Cette deacutecharge geacutenegravere une surtension dans le
systegraveme eacutelectrique qui peut provoquer des incendies la destruction de machines et la mort de
personnes [14]
I714) Variations et fluctuations de tension
Des variations rapides de tension reacutepeacutetitives ou aleacuteatoires (figure I11) sont provoqueacutees
par des variations rapides de puissance absorbeacutee ou produite par des installations telles que les
soudeuses fours agrave arc eacuteoliennes etc [15]
Les fluctuations de tension sont une suite de variations de tension ou des variations
cycliques ou aleacuteatoires de lrsquoenveloppe drsquoune tension dont les caracteacuteristiques sont la
freacutequence de la variation et lrsquoamplitude
a) Origines des variations et fluctuations de tension
bull Les variations lentes de tension sont causeacutees par la variation lente des charges
connecteacutees au reacuteseau
bull Les fluctuations de tension sont principalement dues agrave des charges industrielles
rapidement variables comme les machines agrave souder les fours agrave arc les laminoirs
Figure I11 Exemple de variation rapide de la tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
29
CHAPITRE I
I715) Deacuteseacutequilibres
Dans un reacuteseau triphaseacute on a ideacutealement des amplitudes eacutegales de la tension et du
courant respectivement sur chacune des trois phases et un angle de phase de 120 degreacutes
Lorsque les tensions ou les courants preacutesentent une diffeacuterence drsquoamplitude il y a deacuteseacutequilibre
(figure I12) et cela peut causer des problegravemes pour les eacutequipements triphaseacutes brancheacutes au
reacuteseau Lrsquoimpact le plus courant du deacuteseacutequilibre est la surchauffe des eacutequipements et par
conseacutequent la deacutegradation de lrsquoisolation eacutelectrique et la reacuteduction de la dureacutee de vie
a) Origines de deacuteseacutequilibres
Les deacuteseacutequilibres de tension surviennent habituellement en preacutesence drsquoun deacuteseacutequilibre
des charges et de leurs appels de courant En effet toute charge triphaseacutee doit appeler un
courant identique sur chaque phase Quant aux charges monophaseacutees brancheacutees agrave un reacuteseau
triphaseacute on doit les reacutepartir le plus uniformeacutement possible entre les trois phases
De plus certains deacuteseacutequilibres de tension reacutesultent de lrsquoexploitation et de la nature des
eacutequipements du reacuteseau eacutelectrique [16]
I716) Classification des diffeacuterents types de perturbations
La figure (I13) preacutesente une classification possible des diffeacuterents types de
perturbations Il est agrave noter qursquoaucune classification ne fait actuellement reacutefeacuterence et drsquoautres
notions peuvent ecirctre parfois utiliseacutees variations rapides de tension surtensions temporaires
etc Il faut noter eacutegalement que lrsquoimpact agrave long terme de ces diffeacuterents types de perturbations
sur la dureacutee de vie des appareils eacutelectriques reste aujourdrsquohui assez meacuteconnu Preacutecisons enfin
qursquoen langage courant le terme tension fait le plus souvent reacutefeacuterence agrave la valeur efficace de
Figure I12 Forme drsquoonde illustrant un deacuteseacutequilibre de tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
30
CHAPITRE I
lrsquoonde de tension ou agrave une moyenne de la valeur efficace sur une certaine dureacutee (pour une
onde imparfaitement peacuteriodique la valeur efficace nrsquoa de sens que localement pour un
intervalle de temps suffisamment court) et non agrave la valeur instantaneacutee de la tension (qui
oscille autour de 0 V avec une peacuteriode de 20 ms)
I72) Le systegraveme de protection
A lrsquoinstar des alternateurs des transformateurs et des lignes drsquoautres dispositifs
existent pour assurer non seulement un fonctionnement normal mais aussi la protection des
eacutequipements et du personnel drsquoexploitation du reacuteseau Cela englobe les transformateurs de
mesures les disjoncteurs les interrupteurs les sectionneurs les fusibles les eacuteclateurs et sont
directement relieacutes au reacuteseau Ces dispositifs permettent drsquointerrompre volontairement et agrave
Figure I13 Perturbations des reacuteseaux eacutelectriques
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
31
CHAPITRE I
tout moment la fourniture drsquoeacutenergie eacutelectrique mais aussi automatiquement agrave la survenance
drsquoune quelconque perturbation (deacutefaut) Les eacutequipements de controcircle associeacutes agrave ces dispositifs
ainsi que les relais de protection sont installeacutes dans des salles de controcircle [17]
I8) La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
I81) Deacutefinition de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique
La stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique de HT est une proprieacuteteacute dun systegraveme de puissance
qui lui permet de rester dans un eacutetat deacutequilibre dans des conditions normales de
fonctionnement et de retrouver un eacutetat acceptable deacutequilibre apregraves avoir eacuteteacute soumis agrave
une perturbation [18]
Une perturbation sur un reacuteseau peut ecirctre une manœuvre preacutevue comme lenclenchement
dune inductance shunt ou non preacutevue comme un court-circuit causeacute par la foudre entre une
phase et la terre par exemple Lors de la perturbation lamplitude de la tension aux diffeacuterents
jeux de barres du reacuteseau peut varier ainsi que la freacutequence La variation de la freacutequence est
due aux variations de la vitesse des rotors des alternateurs [19]
I82) Classification de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques
La stabiliteacute peut ecirctre eacutetudieacutee en consideacuterant la topologie du reacuteseau sous
diffeacuterents angles Lrsquoeacutetat de fonctionnement drsquoun reacuteseau eacutelectrique est deacutecrit selon des
grandeurs physiques telles que lamplitude et langle de phase de la tension agrave chaque bus et la
puissance active reacuteactive circulant dans chaque ligne et la vitesse de rotation de la
geacuteneacuteratrice synchrone Si elles ne sont pas constantes le reacuteseau eacutelectrique est consideacutereacute
comme eacutetant en perturbations [16]
La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee selon la nature de la perturbation
Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor
Stabiliteacute de la freacutequence
Stabiliteacute de la tension
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
32
CHAPITRE I
La stabiliteacute peut ecirctre classifieacutee en petite et grande amplitude de perturbation en
fonction de lrsquoorigine et de lampleur du deacutefaut Par rapport au temps deacutevaluation la
stabiliteacute peut ecirctre agrave courte ou agrave longue dureacutee tel qursquoil est deacutecrit dans la figure (I14)
I821) Stabiliteacute de lrsquoangle du rotor (angulaire)
Dans un reacuteseau eacutelectrique la stabiliteacute de lrsquoangle du rotor est deacutefinie comme la capaciteacute
drsquoun ensemble de geacuteneacuteratrices synchrones interconnecteacutees de conserver le synchronisme
dans des conditions de fonctionnement normales ou apregraves une perturbation Un systegraveme
est instable si la diffeacuterence entre les angles rotoriques des geacuteneacuterateurs augmente
indeacutefiniment ou si loscillation transitoire provoqueacutee par une perturbation nest pas
suffisamment amortie dans le temps deacutevaluation
Lrsquoinstabiliteacute angulaire se manifeste sous forme drsquoun eacutecart croissant entre les angles
rotorique Une machine qui a perdu le synchronisme sera deacutebrancheacutee par une protection de
survitesse ou par une protection de perte de synchronisme ce qui met en danger lrsquoeacutequilibre
production consommation du systegraveme
Figure I14 Classification de la stabiliteacute de reacuteseau eacutelectrique [18]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
33
CHAPITRE I
I8211) Stabiliteacute angulaire aux petites perturbations
Elle concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir le synchronisme en preacutesence
de petites perturbations comme une petite variation de la charge ou de geacuteneacuteration manœuvre
drsquoeacutequipement etc Lrsquoeacutevaluation de ce type de perturbation prend quelques secondes
a) La stabiliteacute statique
Apregraves le reacutegime transitoire ducirc agrave la perturbation le systegraveme entre dans le reacutegime
permanent Dans ce cas pour eacutetudier le systegraveme il faut eacutevaluer la stabiliteacute statique du reacuteseau
Le systegraveme nest pas stable si les contraintes de fonctionnement ne sont pas respecteacutees
Cet eacutetat est appeleacute lrsquoeacutetat instable ou leacutetat durgence
Dans un reacuteseau qui est dans leacutetat durgence les opeacuterateurs du centre de controcircle ont
suffisamment de temps pour ramener le systegraveme agrave leacutetat stable ou au reacutegime normal en
apportant des modifications suppleacutementaires [20]
b) Stabiliteacute dynamique
Si une perturbation mineure est effectueacutee sur le reacuteseau agrave partir dun reacutegime permanent
stable et que le reacuteseau retrouve son mode de fonctionnement normal en reacutegime permanent le
reacuteseau est dit dynamiquement stable Pour un reacuteseau deacutenergie eacutelectrique on entend par
perturbation mineure des manœuvres ou des opeacuterations normales sur le reacuteseau comme
lenclenchement dune inductance shunt ou des variations mineures de la charge
c) Stabiliteacute transitoire
Lorsquil y a une perturbation majeure sur le reacuteseau et que le reacuteseau retrouve son mode
de fonctionnement normal apregraves la perturbation alors le reacuteseau est dit transitoirement stable
Les perturbations majeures sont les courts-circuits les pertes de lignes les bris deacutequipements
majeurs comme les transformateurs de puissance et les alternateurs peuvent ecirctre tregraves graves
pouvant mecircme conduire agrave lrsquoeffondrement total du reacuteseau Si lrsquoinstabiliteacute se manifeste
directement suite agrave la perturbation (plus preacuteciseacutement dans la premiegravere La stabiliteacute transitoire
deacutepend de la relation non-lineacuteaire couples- angles Le pheacutenomegravene de la stabiliteacute transitoire
concerne les grandes perturbations telles que [15]
Les courts-circuits affectant un eacuteleacutement du reacuteseau notamment aux bornes des
machines
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
34
CHAPITRE I
La perte drsquoun ouvrage (eg une ligne de transmissionhellip)
La perte drsquoun groupe de production
Les conseacutequences de ces deacutefauts seconde qui suit lrsquoeacutelimination du deacutefaut) elle est
appeleacutee instabiliteacute de premiegravere oscillation (en anglais First Swing Instability) (cas 1 figure
I15) et elle srsquoeacutetend sur 3 agrave 5 secondes Elle peut reacutesulter de la superposition des effets de
plusieurs modes drsquooscillation lents exciteacutes par la perturbation provoquant ainsi une variation
importante de lrsquoangle de rotor au-delagrave de la premiegravere oscillation (instabiliteacute de multi
oscillations) (cas 2 figure I15) La gamme de temps associeacutee srsquoeacutetend de 10 agrave 20 secondes
[25]
I8212) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire
En vue de son importance dans la planification la conception et lrsquoexploitation des
reacuteseaux drsquoeacutenergie eacutelectrique lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire reste un deacutefit majeur
pour les ingeacutenieurs pour eacuteviter tous eacuteveacutenement qui peut conduire vers un black out Les
solutions envisageables drsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire se basent sur [8]
bull Augmentation de la constante drsquoinertie des geacuteneacuterateurs
bull Augmentation de la puissance active
bull Installation des protections et des appareils de coupure rapides
bull Implantation des valves rapides des turbines agrave gaz
bull Installation des reacutesistances drsquoamortissement
bull Utilisation des PSS
bull Controcircle rapide et flexible de lrsquoeacutecoulement de puissance
a- Stable
b- instable
Cas 1 instabiliteacute de premiegravere oscillation Cas 2 instabiliteacute de plusieurs oscillations
Figure I15 Traceacute de lrsquoangle rotorique en fonction du temps
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
35
CHAPITRE I
I822) Stabiliteacute de la freacutequence
La stabiliteacute de freacutequence concerne la capaciteacute du systegraveme agrave maintenir sa freacutequence
proche de la valeur nominale suite agrave un incident seacutevegravere ayant ou non conduit agrave un
morcellement du systegraveme La stabiliteacute de freacutequence est eacutetroitement lieacutee agrave lrsquoeacutequilibre global
entre la puissance active produite et consommeacutee [20]
I823) Stabiliteacute de tension
Dans des conditions de fonctionnement normales ou suite agrave une perturbation La
stabiliteacute de tension concerne la capaciteacute dun systegraveme de puissance agrave maintenir des tensions
acceptables en tous ses nœuds En fonctionnement normal lorsque nous connectons des
eacutequipements consommateurs agrave un reacuteseau eacutelectrique la tension au point de raccordement
tombe leacutegegraverement et la puissance totale consommeacutee augmente
Selon lrsquoamplitude de la perturbation on distingue la stabiliteacute de tension de
petites perturbations et celle de grandes perturbations [20]
Lrsquoinstabiliteacute reacutesultante peut se produire sous forme de chute progressive ou eacuteleacutevation de
la tension de quelques jeux de barres Les reacutesultats possibles de lrsquoinstabiliteacute de tension sont la
perte de la charge dans un secteur ou deacuteclenchement des lignes de transmission et mecircme
drsquoautres eacuteleacutements par leurs systegravemes de protection agrave des pannes en cascades Il est deacutemontreacute
que la majoriteacute des blackouts sont causeacutes par lrsquoinstabiliteacute de tension [8]
I8231) Instabiliteacute de la tension
On deacutefinit la stabiliteacute de la tension comme la capaciteacute de maintenir une tension de barre
constamment acceptable agrave chaque nœud du reacuteseau dans des conditions normales de
fonctionnement apregraves avoir subi une perturbation Leacutetat du reacuteseau est dit instable en tension
lorsquune perturbation un accroissement de la charge ou une modification de la condition du
reacuteseau entraicircne une chute de tension progressive et incontrocirclable de la tension aboutissent en
un effondrement geacuteneacuteraliseacute de la tension [16]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
36
CHAPITRE I
I8232) Causes drsquoInstabiliteacute de tension
Les problegravemes drsquoapparition du pheacutenomegravene drsquoeacutecroulement de tension sont toujours lieacutes agrave
la difficulteacute de reacutegler la tension au dessus drsquoune certaine valeur appeleacutee tension critique
Geacuteneacuteralement lrsquoeffondrement de tension se produit dans les reacuteseaux eacutelectriques qui sont
fortement chargeacutes court-circuiteacutes etou ont un manque de puissance reacuteactive
I8233) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des petites perturbations
La stabiliteacute de tension de petites perturbations concernes la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique
agrave maintenir la tension dans les limites permise en preacutesence de perturbations telles que une
variation faible de la charge de la production etc [18]
I8234) Stabiliteacute de tension vis-agrave-vis des grandes perturbations
Elle est deacutefinie comme la capaciteacute du reacuteseau eacutelectrique agrave maintenir les tensions des
nœuds dans les limites de fonctionnement permise en preacutesence des grandes perturbations agrave
savoir la perte drsquoun eacutequipement de transport ou de production le court circuithellipetc [18]
Dans ce meacutemoire nous nous inteacuteressons seulement agrave la stabiliteacute de tension Une eacutetude
deacutetailleacutee sera preacutesenteacutee dans la section suivante
I9) Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute de la tension
La plupart de ces changements ont des effets significatifs sur la production la
consommation et la transmission de puissance reacuteactive ainsi sur la stabiliteacute de tension Par
conseacutequent des mesures peuvent ecirctre utiliseacutees pour ameacuteliorer la stabiliteacute de tension tels que
- Un controcircle automatique des condensateurs shunts
- Un blocage des reacutegleurs en charge automatique
- Une nouvelle reacutepartition de la geacuteneacuteration
- Une replanification du fonctionnement des geacuteneacuterateurs et des nœuds de commande
- Une reacutegulation de tension secondaire
- Un plan de deacutelestage
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
37
CHAPITRE I
I91) Production trop eacuteloigneacutees de la consommation
Dans la plupart du temps les sources drsquoeacutenergie eacutelectrique se trouvent loin des zones de
consommation Cette situation rend le transport de lrsquoeacutenergie reacuteactive tregraves difficile agrave cause des
pertes reacuteactives tregraves eacuteleveacutees Cette difficulteacute de transport drsquoeacutenergie reacuteactive augmente la
probabiliteacute drsquoapparition drsquoune instabiliteacute ou drsquoun effondrement de tension
I92) Charge appeleacutee trop importante
Lrsquoune des causes de lrsquoinstabiliteacute de tension correspond agrave une charge eacuteleveacutee Elle est
ducirce agrave lrsquoaugmentation croissante de la demande et agrave un large transfert drsquoeacutenergie entre
compagnies Une instabiliteacute de tension peut se produire en particulier lorsque la charge eacuteleveacutee
est plus importante que celle preacutevue et le risque est drsquoautant plus grand que la consommation
reacuteactive est eacutegalement plus grande que preacutevue [18]
I10) Problegravemes rencontreacutes dans les reacuteseaux de transport
Les planificateurs sont de plus en plus conscients des limites dutilisation des reacuteseaux de
transport et dinterconnexion La situation actuelle dans beaucoup de pays au monde est
caracteacuteriseacutee par les tendances suivantes
1 Augmentation de la consommation deacutelectriciteacute due agrave lindustrialisation agrave
lurbanisation et agrave la croissance de la population Avec laugmentation des transits
de puissance les reacuteseaux deviennent plus compliqueacutes agrave geacuterer subissent de grandes
variations de puissance et de grandes pertes Ceci fait que leur niveau de seacutecuriteacute
diminue
2 Contraintes eacutecologiques et administratives Le respect de lenvironnement joue un
rocircle important dans la socieacuteteacute actuelle et cest principalement pourquoi il est de
plus en plus difficile dobtenir des permis de construire pour de nouvelles lignes ou
pour limplantation de nouvelles centrales Dans laffirmative cela demande
plusieurs anneacutees
3 Contraintes opeacuterationnelles La demande de puissance a une croissance constante
mais geacuteographiquement irreacuteguliegravere Les centrales qui geacutenegraverent leacutenergie sont
souvent eacuteloigneacutees des charges importantes et la localisation des nouvelles centrales
deacutepend essentiellement dautorisations administratives et du respect de
lenvironnement
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
38
CHAPITRE I
Pour satisfaire la demande deacutenergie sous ces conditions contradictoires les services
publics font de plus en plus appel pour des problegravemes eacuteconomiques et dameacutelioration de la
seacutecuriteacute aux eacutechanges internationaux de puissance ce qui demande une interconnexion entre
des systegravemes preacutevus indeacutependants au deacutepart
Laugmentation du maillage associeacute au mode de transit libre de puissance agrave travers les
reacuteseaux deacuteveloppe des boucles de puissance et des lignes en parallegravele ce qui surcharge
certaines lignes avec pour conseacutequence de deacuteteacuteriorer le profil de tension et de diminuer la
stabiliteacute du reacuteseau Consideacuterant que les reacuteseaux de transport eacutelectrique repreacutesentent une
grande valeur eacuteconomique il faut essayer daller dans les directions suivantes
Ameacuteliorer lutilisation des eacutequipements existants en augmentant leur capaciteacute de
transfert de puissance Dun point de vue financier cela peut se reacuteveacuteler avantageux
Ameacuteliorer la flexibiliteacute des reacuteseaux car pouvoir changer rapidement leur
configuration permet une meilleure reacutepartition de la puissance particuliegraverement en cas de
perturbations ou de transferts de puissance impreacutevus [21]
I101) Les meacutethodes reacutecentes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Le transport de la puissance reacuteactive par les lignes eacutelectriques cause des pertes une
diminution de la stabiliteacute du reacuteseau et une chute de tension agrave son extreacutemiteacute Afin deacuteviter cela
de la compensation de puissance reacuteactive seacuterie ou shunt selon les cas est utiliseacute pour limiter
ce transport de puissance reacuteactive
Diffeacuterents appareils eacutelectriques peuvent servir agrave reacutealiser cette compensation (figure I16)
machines synchrones batteries de condensateurs inductance ou FACTS [22]
La compensation est une technique de la gestion drsquoeacutenergie reacuteactive afin drsquoameacuteliorer la
qualiteacute eacutenergeacutetique dans les reacuteseaux eacutelectriques agrave courant alternatif Elle peut se reacutealiser de
plusieurs maniegraveres ayant pour buts
La correction du facteur de puissance
Ameacutelioration de la reacutegulation de la tension
Equilibre des charges
Lrsquoaide au retour agrave la stabiliteacute en cas de perturbation [19]
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
39
CHAPITRE I
En installant des dispositifs controcirclables comme le transport drsquoeacutenergie en courant
continu (High Voltage Direct Current HVDC) et les dispositifs FACTS (Flexible Alternating
Current Transmission System) Malgreacute le coucirct eacuteleveacute de cette solution mais vu lrsquoeacutevolution
reacutecente des reacuteseaux eacutelectriques et leurs contraintes cette solution est tregraves efficace
Lrsquoune des meacutethodes drsquoameacuteliorer la capaciteacute drsquoun systegraveme eacutelectrique agrave reacutesister contre les
grands incidents est drsquointeacutegrer des dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance (FACTS)
dans le reacuteseau de transport Lrsquoeacutetude lrsquoapport et lrsquoutilisation de ces dispositifs font lrsquoobjet de
ce meacutemoire
Figure I16 Les meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Meacutethodes drsquoameacutelioration de la stabiliteacute
Compensation
traditionnelles
Les dispositifs FACTS
Compensateurs
synchrones Batteries de
condensateurs
Batteries de
condensateurs
HT et MT
Les inductances
les PSS (Power
System Stabiliser)
1er
geacuteneacuteration
2eme
geacuteneacuteration
3eme
geacuteneacuteratio
n
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
40
CHAPITRE I
I11) Conclusion
Ce chapitre nous a permis drsquoexposer des geacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriques en
mentionnant la structure et la topologie du reacuteseau ensuite on a parleacute sur lrsquointerconnexion entre
les pays du Maghreb et le reacuteseau Algeacuterien
Dans ce chapitre nous avons aussi preacutesenteacute les deacutefinitions et les caracteacuteristiques des
diffeacuterents types de stabiliteacute drsquoun systegraveme de puissance Le concept geacuteneacuteral de la stabiliteacute est
syntheacutetiseacute en trois groupes (stabiliteacute de lrsquoangle de rotor de la tension et de la freacutequence)
Les dispositifs FACTS sont capables de remplir diverses fonctions comme le maintien
de tension le controcircle des flux de puissance et aussi lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute du reacuteseau
etc
Dans le chapitre suivant nous allons exposer le concept des FACTS le contexte
algeacuterien concernant ses dispositifs sera aussi abordeacute
CONTEXTE DE LrsquoETUDE ET ETAT DE LrsquoART
41
CHAPITRE I
Chapitre 2
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
42
II1) Introduction
Avec le deacuteveloppement technologique et industriel que vie le monde entier la demande
en eacutenergie eacutelectrique est en augmentation continue et sans cesse Pour satisfaire ces besoins et
acheminer cette eacutenergie aux points de consommation disperseacutes sur un large espace
geacuteographique les reacuteseaux eacutelectriques ayant des capaciteacutes de transit limiteacute agrave cause des limites
thermique des lignes doivent seacutelargir et de nouvelles lignes dextension seront ajouteacutees Face
agrave ce problegraveme et devant les contraintes environnementale eacutecologique et eacuteconomique de
reconstructions de nouvelles lignes la compagnie ameacutericaine EPRI (Electric Power Research
Institue) a lanceacute en 1988 un projet drsquoeacutetude des systegravemes FACTS afin de mieux maicirctriser le
transit de puissance dans les lignes eacutelectriques et daugmenter leurs capaciteacutes de transfert Le
concept FACTS regroupe tous les dispositifs agrave base drsquoeacutelectronique de puissance qui
permettent drsquoameacuteliorer lrsquoexploitation du reacuteseau eacutelectrique
Aussi ces reacuteseaux eacutelectriques de taille importantes seront confronteacutes par divers
problegravemes de fonctionnement agrave cause du controcircle traditionnel utilisant des systegravemes de
commande eacutelectromeacutecaniques de temps de reacuteponse lent par rapport agrave ces nouveaux systegravemes
FACTS agrave base dinterrupteurs statiques et de court temps de reacuteponse (moins dune seconde)
Aujourdhui cette technologie FACTS simpose pour les systegravemes eacutenergeacutetiques en
augmentant leurs capaciteacutes de transport en ameacuteliorant le controcircle des paramegravetres de ces
derniers donc leur assurer une flexibiliteacute du transfert de leacutenergie et ameacuteliorer sa stabiliteacute
Le concept FACTS (Flexible AC Transmission System) est neacute pour reacutepondre aux
diffeacuterentes difficulteacutes croissantes de transmission dans les reacuteseaux et surtout la maicirctrise de
transit de puissance (compensateur de puissance reacuteactive variateur de charge universelhellip)
ces dispositifs peuvent ameacuteliorer le comportement dynamique des reacuteseaux eacutelectriques [25]
II2) Le concept FACTS
Les problegravemes des reacuteseaux eacutenonceacutes ci ndashdessus devenant plus preacutesents drsquoanneacutee en
anneacutee EPRI (Electric Power Research Institute) qui repreacutesente un consortium deacutedieacute agrave la
recherche dans les reacuteseaux eacutelectriques et regroupant des compagnies drsquoeacutelectriciteacute ameacutericaines
a lanceacute en 1988 le concept FACTS (Flexible AC Transmission Systems) qui est un projet agrave
long terme La technologie FACTS utilise lrsquoeacutelectronique de puissance et plus particuliegraverement
des systegravemes agrave thyristors qui permettent drsquoobtenir des vitesses de commande nettement
supeacuterieures agrave celles des systegravemes meacutecaniques qui sont encore largement utiliseacutes et un niveau
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
43
de maintenance bien infeacuterieur car les systegravemes meacutecaniques srsquousent beaucoup plus rapidement
que les systegravemes statiques Parmi les systegravemes FACTS on cite [26]
Compensateur synchrone statique (lsquoSTATCOMrsquo Static Synchronous Compensator)
Static Synchronous Series Compensator (SSSC)
Le controcircleur de transit de puissance entre ligne IPFC (Interline Power Flow
Controller)
Face agrave la saturation des reacuteseaux de puissance les compagnies de distribution drsquoeacutenergie
eacutelectrique exploitent de plus en plus leurs reacuteseaux pregraves des limites de seacutecuriteacute (conduite aux
limites) Cette situation engendre des problegravemes drsquoexploitation notamment pour le controcircle
des flux de puissance le maintien drsquoun profil de tension acceptable la surveillance des reports
de chargehellipetc Agrave cet effet lrsquoaspect seacutecuriteacute prend une grande importance et des recherches
sont entreprises dans diffeacuterents pays pour trouver des moyens susceptibles drsquoameacuteliorer la
seacutecuriteacute et rendre lrsquoexploitation des reacuteseaux plus flexible
Ainsi plusieurs eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees pour connaitre les avantages lieacutes agrave lrsquoutilisation
des dispositifs FACTS dans les reacuteseaux pour
le support du profil de la tension
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute statique et dynamique
lrsquoamortissement des oscillations subsynchrones
Ces avantages deacutecoulent principalement de lrsquoaugmentation des capaciteacutes de transit des
lignes existantes par un controcircle rigoureux des diffeacuterents variables du reacuteseau Pour fixer les
ideacutees nous pouvons prendre un exemple simple
Consideacuterons le transit de puissance sur une ligne agrave courant alternatif Cette ligne est
repreacutesenteacutee sur la figure (II1) les pertes eacutetant supposeacutees nulles la puissance transmise P est
fonction des amplitudes des tensions E1 et E2 aux extreacutemiteacutes de la ligne du deacutephasage 12057512
entre ces deux tensions et de lrsquoimpeacutedance x de la ligne comme le montre lrsquoeacutequation (II1)
1
Figure II1 Ligne de transport agrave courant alternatif
x
p
1 2
119916120783
2 119916120784
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
44
119823 = 119812120783119812120784
119831 119852119842119847120517120783120784
Cette eacutequation montre que la puissance transmissible par une ligne est limiteacutee par les
paramegravetres eacutenonceacutes ci-dessus et pas forceacutement par sa limite thermique De plus il deacutecoule de
cette eacutequation que si lrsquoon peut reacutegler un deux ou les trois paramegravetres on controcircle alors le
transit de puissance dans la ligne [26]
Elle montre aussi quil est possible daugmenter la puissance transiteacutee entre deux
reacuteseaux soit en maintenant la tension des systegravemes soit en augmentant langle de transport
entre les deux systegravemes soit en reacuteduisant artificiellement limpeacutedance de la liaison En jouant
sur un ou plusieurs de ses paramegravetres les FACTS permettent un controcircle preacutecis des transits de
puissance reacuteactive une optimisation des transit de puissance active sur les installations
existantes et une ameacutelioration de la stabiliteacute dynamique du reacuteseau Ils permettent aussi aux
consommateurs industriels de reacuteduire les deacuteseacutequilibres de charges et de controcircler les
fluctuations de tensions creacuteeacutees par des variations rapides de la demande de puissance reacuteactive
et ainsi daugmenter les productions de reacuteduire les coucircts et dallonger la dureacutee de vie des
eacutequipements [27]
En effet les FACTS permettent de
ne pas transporter drsquoeacutenergie reacuteactive en la fournissant lagrave ougrave elle est demandeacutee
augmenter les puissances maximales transmissibles et donc les transferts de
puissance active
controcircler les flux de puissance pour la surcharge des lignes et le risque de
deacuteclenchement en cascade [26]
II21) Fonctionnement des FACTS
Un FACTS agit geacuteneacuteralement en fournissant ou en consommant dynamiquement de
la puissance reacuteactive sur le reacuteseau Ceci a pour effet de modifier lamplitude de la tension agrave
son point de connexion et par conseacutequent la puissance active maximale transmissible
Les FACTS sont utiliseacutes aussi pour le filtrage des courants harmoniques et la
stabilisation de la tension Lordre de grandeur de la puissance dun FACTS va de
quelques MVA (Meacutega Volts Ampegraveres) agrave quelques centaines de MVA Ils sappliquent dans
deux secteurs principaux
(II1)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
45
Grand reacuteseaux de transmission
Pour ameacuteliorer le controcircle augmenter les capaciteacutes de transfert de puissance et assister
la reacutecupeacuteration du reacuteseau conseacutecutive agrave un deacutefaut dans les systegravemes de transmission AC
(Alternative Current)
Reacuteseaux Industriels
Pour ameacuteliorer la qualiteacute de la puissance fournie en un point preacutecis du reacuteseau AC en
preacutesence de fluctuations de charge eg compensation du flicker pour les fours agrave arc Gamme
de puissance infeacuterieure agrave celle dun reacuteseau de transmission
II22) Contexte algeacuterien
Depuis les anneacutees 2000 le deacuteveloppement du reacuteseau de transport drsquoeacutelectriciteacute fait partie
des prioriteacutes de lrsquoAlgeacuterie [26]
Le reacuteseau de transport algeacuterien est en phase drsquoexpansion car il doit reacutepondre agrave la forte
augmentation de la demande en eacutelectriciteacute (+ 5 agrave 7 par an) Les principaux besoins en
eacutelectriciteacute sont domestiques lieacutes
bull agrave lrsquoaccroissement de la population (celle-ci a plus que tripleacute en 50 ans et son
taux de croissance est actuellement estimeacute agrave 12 par an)
bull au changement des habitudes de consommation avec lrsquousage des appareils En
outre dans les anneacutees 90 peu drsquoinvestissements ont eacuteteacute entrepris sur le reacuteseau
eacutelectrique et celui-ci srsquoest deacutegradeacute
Au total depuis 2005 pregraves de 15 000 km de nouvelles lignes HT et THT ont eacuteteacute
reacutealiseacutes ou restent agrave construire
Le deacuteveloppement du reacuteseau de transport concerne agrave la fois le deacuteveloppement des
reacuteseaux hauts tension (60 et 220 000 Volts) et la creacuteation drsquoun reacuteseau agrave tregraves haute tension
(400 000 Volts)
Le deacuteveloppement du reacuteseau 400 000 Volts est mis en œuvre agrave la fois dans lrsquoaxe
bull Est-Ouest (interconnexions internationales avec le Maroc et la Tunisie)
bull Nord-Sud (raccordement des reacuteseaux du Sud jusqursquoalors le point trop isoleacute du reacuteseau
national)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
46
En 2002 un total de trois SVC (static var compensator) a eacuteteacute introduit dans le reacuteseau
national de la Sonelgaz un dispositif agrave la sous station de Naama et deux agrave Beacutechar (figure
II2)
Les trois SVC ont une classe identique -10+40Mvar agrave la tension 220 kV (figure II3) et
lrsquoune des plates- formes de ses trois SVC est montreacutee par la figure (II2) Le reacuteseau est
constitueacute drsquoune ligne de 500km sous une tension de 220kv Un seul circuit aeacuterien de la ligne
de transmission pour lrsquoalimentation de la charge eacuteloigneacutee dans la partie ouest du pays
Des productions locales de diesel et des turbines agrave gaz alimentent les charges locales de
Beacutechar depuis le deacutebut des anneacutees quatre vingt dix et elles ont eacuteteacute fermeacutees pendant lrsquoanneacutee
2002
Deux sous stations 22060 kV une intermeacutediaire (Naama) et une agrave la fin de la ligne
(Beacutechar) ont eacuteteacute eacutequipeacutees avec des SVC (figure II3) pour les objectifs suivants
bull Pour fournir au systegraveme de transmission le support en eacutenergie reacuteactive afin de
maintenir une tension stable pendant le fonctionnement normal et quotidien
bull Pour le rendement dynamique au cours du controcircle de la ligne 220 kV mise sous
tension ainsi pour le maintien drsquoune tension stable dans le systegraveme sous diverses
conditions drsquoexploitation En particulier pour preacutevenir lrsquoeffondrement de tension
(voltage collapse) et lrsquoinstabiliteacute du systegraveme pendant le transitoire et lrsquoeacutevolution
rapide des conditions de tension dans le systegraveme Les charges prisent hors reacuteseau
220 kV sont de lrsquoordre de 12 MVA agrave Naama et 35 MVA agrave Beacutechar
Figure II2 SVC agrave Naama et Beacutechar [26]
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
47
II23) Neacutecessiteacute des dispositifs FACTS
La compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive au niveau des lignes de transmission permet la
reacutegulation du profil de la tension le long de ces lignes avec un bon controcircle de la puissance
active transmise Il est reconnu que la stabiliteacute peut ecirctre ameacutelioreacutee quelque soit son type si la
compensation reacuteactive du systegraveme de transmission varie rapidement Les meacutethodes de
compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive classiques se basent sur les batteries de condensateurs ou
les bobines fixes ou commandeacutees meacutecaniquement Ces meacutethodes sont non efficaces dans le
controcircle du reacuteseau eacutelectrique quand il est seacutevegraverement perturbeacute
Gracircce aux avanceacutees reacutecentes dans la technologie des IGBT et GTO le temps de reacuteaction
de ces dispositifs a diminueacute agrave quelques milli secondes Il est possible donc de reacutepondre agrave la
demande par lrsquoutilisation drsquoune compensation rapide en utilisant les dispositifs FACTS [31]
II3) Les dispositifs FACTS
Selon lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) la deacutefinition du terme
FACTS est la suivante Systegravemes de Transmission en Courant Alternatif comprenant des
dispositifs baseacutes sur leacutelectronique de puissance et dautres dispositifs statique utiliseacutes pour
accroicirctre la controcirclabiliteacute et augmenter la capaciteacute de transfert de puissance du reacuteseau
Avec leurs aptitudes agrave modifier les caracteacuteristiques apparentes des lignes les FACTS
sont capables daccroicirctre la capaciteacute du reacuteseau dans son ensemble en controcirclant les transits de
puissances Les dispositifs FACTS ne remplacent pas la construction de nouvelles lignes Ils
sont un moyen de diffeacuterer les investissements en permettant une utilisation plus efficace du
reacuteseau existant [28]
Figure II3 Photo montrant lrsquoune des Plates-formes des trois SVC de lrsquoAlgeacuterie [26]
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
48
II4) Classification des dispositifs FACTS
II41) Classification selon la geacuteneacuteration
Depuis les premiers compensateurs trois geacuteneacuterations de dispositifs FACTS ont vu le
jour Elles se distinguent par la technologie des semi-conducteurs et des eacuteleacutements de
puissance utiliseacutes
II411) Geacuteneacuteration I
Baseacutee sur les thyristors classiques Ceux-ci sont geacuteneacuteralement utiliseacutes pour enclencher
ou deacuteclencher les composants afin de fournir ou absorber de la puissance reacuteactive dans les
transformateurs de reacuteglage
II412) Geacuteneacuteration II
Dite avanceacutee est neacutee avec lavegravenement des semi-conducteurs de puissance commander
agrave la fermeture et agrave louverture comme le thyristor GTO Ces eacuteleacutements sont assembleacutes pour
former les convertisseurs de tension ou de courant afin drsquoabsorber ou dinjecter des courants
(tensions) controcirclables dans le reacuteseau
II413) Geacuteneacuteration III
FACTS utilisant des composants hybrides et qui sont adapteacutee agrave chaque cas
Contrairement aux deux premiegraveres geacuteneacuterations celle-ci nutilisent pas des dispositifs
auxiliaires encombrants tels que des transformateurs pour le couplage avec le reacuteseau
II42) Classification selon la cateacutegorie
Les dispositifs FACTS peuvent ecirctre classeacutes en trois cateacutegories figure (II4)
Figure II4 Classification des dispositifs FACTS selon la cateacutegorie
Dispositifs FACTS
Compensateurs shunt
Compensateurs seacuteries
Compensateurs hybrides
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
49
II5) Bregraveve description et deacutefinitions des dispositifs FACTS
Le but de cette section est de donner une description bregraveve et de deacutefinir diffeacuterent shunt
seacuterie et combineacutes seacuterie-shunt dispositifs FACTS nous allons utiliser les termes et les
deacutefinitions drsquoIEEE [26]
a) Dispositifs FACTS Shunt
Compensateur statique de puissance reacuteactive (Static Var Compensator- SVC)
Un geacuteneacuterateur (ou absorbeur) statique drsquoeacutenergie reacuteactive shunt dont la sortie est ajusteacutee
en courant capacitif ou inductif afin de controcircler des paramegravetres speacutecifiques du reacuteseau
eacutelectrique typiquement la tension des nœuds Les sous-ensembles du SVC sont
Inductance Controleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Reactor-
TCR)
Une inductance placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele La valeur de
lrsquoinductance est continuellement changeacutee par lrsquoamorccedilage des thyristors
Condensateur Commuteacute par Thyristors (Thyristor-Switched
Capacitor- TSC)
Un condensateur placeacute en seacuterie avec deux thyristors monteacutes en antiparallegravele Les
thyristors fonctionnent en pleine conduction
Inductance Commuteacutee par Thyristors (Thyristor-Switched Reactor-
TSR)
Une inductance commuteacutee par thyristors dans le TSR les thyristors fonctionnent en
pleine conduction
Compensateur Statique Synchrone (Static Synchronous Compensator-
STATCOM)
Un geacuteneacuterateur synchrone fonctionnant comme un compensateur parallegravele de lrsquoeacutenergie
reacuteactive dont le courant capacitif ou inductif geacuteneacutereacute peut ecirctre controcircleacute seacutepareacutement de la
tension du systegraveme agrave courant alternatif
Geacuteneacuterateur Statique Synchrone (Static Synchronous Generator- SSG)
Un convertisseur de puissance statique agrave interrupteurs auto commuteacutes alimenteacute par une
source deacutenergie eacutelectrique approprieacutee et exploiteacute pour produire un ensemble ajustables de
tensions de sortie multi phases qui peut ecirctre coupleacute agrave un systegraveme de puissance alternatif dans
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
50
le but deacutechanger indeacutependamment la puissance controcirclable active et reacuteactive
Toutefois deux dispositifs particuliers peuvent ecirctre mis en eacutevidence
Systegraveme de Stockage par Batterie (Battery Energy Storage System-
BESS)
Un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie drsquoune source de nature chimique la conversion de la
tension de source est capable drsquoajuster rapidement lrsquoeacutenergie amont qui est fournit ou absorber
drsquoun systegraveme alternatif
Systegraveme de Stockage drsquoEacutenergie par Aimant Supraconducteur
(Superconducting Magnetic Energy Storage- SMES)
Un dispositif contenant des convertisseurs eacutelectroniques que rapidement injectent et ou
absorbent la puissance active et ou reacuteactive Le SMES sert principalement au controcircle
dynamique du flux de puissance dans les systegravemes eacutelectriques
Geacuteneacuterateur ou Absorbeur Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var Generator
or Absorber- SVG)
Un dispositif eacutelectrique statique un eacutequipement ou un systegraveme qui est capable de tracer
un courant controcircleacute capacitif et ou inductif agrave partir dun systegraveme de puissance eacutelectrique et
ainsi geacuteneacuterer ou absorber la puissance reacuteactive Geacuteneacuteralement consideacutereacute pour consister en
connexion shunt Inductance controcircleacutee par thyristors etou condensateur commuteacute par
thyristors
Systegraveme Statique de Puissance Reacuteactive (Static Var System- SVS)
Une combinaison de diffeacuterent compensateurs de puissance reacuteactive statiques et
meacutecaniquement commuteacutes dont les sorties sont coordonneacutes
Reacutesistance de Freinage Controlleacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Braking
Resistor- TCBR)
Une reacutesistance commuteacutee par thyristors et connecteacutee en parallegravele qui est controcircleacutee pour
aider le systegraveme de puissance agrave se stabiliser ou de minimiser lacceacuteleacuteration des puissances
drsquoune uniteacute geacuteneacuteratrice lors dune perturbation
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
51
b) Dispositifs FACTS seacuteries
La compensation seacuterie peut ecirctre utiliseacutee dans les systegravemes eacutenergeacutetiques pour la
commande du flux drsquoeacutenergie en reacutegime permanent En cas de lignes de transport avec une
capaciteacute thermique suffisante la compensation peut soulager des surcharges eacuteventuelles
sur drsquoautres lignes parallegraveles
Controcircleur de transit de puissance entre lignes (Interline Power Flow Controller-
IPFC)
Une combinaison de deux ou plusieurs compensateurs statiques seacuterie synchrone qui sont
relieacute entre eux via une liaison commune agrave courant continu pour faciliter lrsquoeacutecoulement
bidirectionnel de la puissance active entre les bornes alternatives des SSSC et sont controcircleacutes
pour fournir une compensation reacuteactive indeacutependante pour lrsquoeacutecoulement de puissance ajusteacute
dans chaque ligne et maintenir la distribution de lrsquoeacutecoulement de puissance reacuteactive deacutesireacute
entre les lignes
Condensateur Seacuterie Controcircleacute par Thyristors (Thyristor Controlled Series
Capacitor- TCSC)
Un compensateur agrave reacuteactance capacitif qui consiste en une seacuterie de condensateurs en
parallegravele avec des inductances commandeacutees par thyristor afin de pouvoir assurer une variation
homogegravene de la reacuteactance capacitive
Condensateur Seacuterie Commuteacute par Thyristors (Thyristor Switched Series
Capacitor- TSSC)
Compensateur agrave reacuteactance capacitive qui est constitueacute drsquoun banc de capaciteacute seacuterie
shunteacute par une inductance commuteacutee par thyristor pour fournir un controcircle pas agrave pas de la
reacuteactance capacitive seacuterie
Inductance Seacuterie Commandeacutee par Thyristors (Thyristor Controlled Series
Reactor- TCSR)
Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute de lrsquoinductance seacuterie shunteacute par
une inductance commandeacutee par thyristor afin de fournir une reacuteactance inductive seacuterie
leacutegegraverement variable
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
52
Inductance Seacuterie Commuteacutee par Thyristors (Thyristor Switched Series Reactor-
TSSR)
Compensateur agrave reacuteactance inductive qui est constitueacute drsquoune inductance seacuterie shunteacutee par
une inductance commuteacutee par thyristor afin de fournir un controcircle pas agrave pas de la reacuteactance
inductive seacuterie
Conpensateur statique seacuterie synchrone SSSC (Static Synchronous Series
Compensator- SSSC)
Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par
lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur Le SSSC agit sur le courant de ligne en inseacuterant une
tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou inductive Un
SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une ligne voire drsquoen
inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun condensateur ou
drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait que la tension
injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC preacutesente lrsquoavantage
de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante indeacutependamment du courant
c) Dispositifs FACTS hybrides (seacuterie ndashparallegravele)
Controcircleur de Transit de Puissance Unifieacute (Unified Power Flow Controller- UPFC)
Une combinaison entre un STATCOM et un SSSC coupleacutes via une liaison agrave courant
continu pour permettre un eacutecoulement bidirectionnel de la puissance active entre la sortie du
SSSC et celle du STATCOM
Transformateur Deacutephaseur Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Phase
Shifting Transformer- TCPST)
Transformateur deacutephaseur ajusteacute par un thyristor afin de fournir un angle de phase
rapidement variable Ce dispositif est eacutegalement appeleacute reacutegulateur drsquoangle de phase
commandeacute par thyristor (TCPAR -Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)
Reacutegulateur de puissance interphases (Interphase Power Controller- IPC)
Un controcircleur de la puissance active et reacuteactive connecteacute en seacuterie et comprenant dans
chaque phase des branches inductives et capacitives soumises agrave des tensions deacutephaseacutees
seacutepareacutement Les puissances active et reacuteactive peuvent ecirctre reacutegleacute indeacutependamment en ajustant
les deacutecalages de phase et ou les impeacutedances de branche agrave laide des commutateurs
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
53
meacutecaniques ou eacutelectroniques Dans le cas particulier ougrave lrsquoimpeacutedance inductive et capacitive
forment une paire conjugueacutee chaque terminal de lIPFC est une source passive de courant
deacutependant de la tension agrave lautre borne
d) Autres dispositifs FACTS
Limiteur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled voltage
Limiter- TCVL)
Une varistance agrave oxyde meacutetallique commuteacutee par thyristor utiliseacutee pour limiter la
tension agrave ses bornes durant les conditions transitoires
Reacutegulateur de Tension Commandeacute par Thyristor (Thyristor Controlled Voltage
Regulator- TCVR)
Un Transformateur commandeacute par thyristor qui peut fournir une tension variable dans
une phase avec un control continu
La figure (II5) preacutesente les diffeacuterents dispositifs qui peuvent controcircler certains variables
du systegraveme eacutelectrique
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
54
Dans la section qui suit nous allons deacutevelopper la preacutesentation du STATCOM et du
SSSC Il srsquoagit des dispositifs FACTS qui nous inteacuteresse particuliegraverement dans cette eacutetude et
que nous devons traiter pour une meilleure compreacutehension de la suite de ce meacutemoire
II51) Dispositifs agrave base de GTO thyristors
a) Dispositifs FACTS Shunt
Compensateur synchrone statique(STATCOM)
Un compensateur synchrone statique est constitueacute drsquoun convertisseur agrave source de
tension drsquoun transformateur de couplage et de la commande Dans cette application la source
drsquoeacutenergie agrave courant continue peut ecirctre remplaceacutee par un condensateur agrave courant
FACTS
Shunt
Thyristors GTO
Series
Thyristors GTO
Hybrides
Serie-Shunt
Autres FACTS
TCSC
TSSSC
GCSC
TCSR
IPFC
TSSR
SSSC
STATCOM
SSG
BESS
SMES SVC
TCR
TSC
TCBR
SVS
TSR
UPFC
TCPST
IPC
TCVR
TCPAR
TCPSR
TCVL
Figure II5 Classification des dispositifs FACTS
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
55
continue de sorte que lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie en reacutegime permanent entre le compensateur
statique et le systegraveme ca peut ecirctre uniquement reacuteactif comme illustreacute par la figure (II6)
119868119902 (est le courant de sortie du convertisseur) perpendiculaire agrave la tension du convertisseur
119881119894 (Lrsquoamplitude de la tension du convertisseur) et donc la sortie reacuteactive du convertisseur
sont reacuteglables [27]
Le convertisseur STATCOM
Produit les ondes rectangulaires de tension triphaseacutee eacutequilibreacutee Un compensateur
statique pouvant geacuteneacuterer ou absorber une puissance reacuteactive Il sagit du STATCOM
(Compensateur Statique) qui a connu jusqursquoagrave preacutesent sous diffeacuterents appellations
1 ASVC (Advanced Static Var Compensator)
2 STATCON (Static Condenser)
3 SVG (Static Var Generator)
4 SVC light (ABB)
5 SVC plus (SIEMENS)
Le principe de ce type de compensateur est connu depuis la fin des anneacutees 70 mais ce
nrsquoest que dans les anneacutees 90 que ce type de compensateur a connu un essor important gracircce
aux deacuteveloppements des interrupteurs GTO de forte puissance [27]
Le STATCOM possegravede plusieurs avantages par rapport aux compensateurs
conventionnels
La vitesse de reacuteaction la reacuteponse en moins drsquoun cycle agrave des variations de la
tension
Figure II6 Scheacutema de base du STATCOM
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
56
Lorsque la tension est basse il peut produire plus de puissance reacuteactive
notamment au moment ougrave lrsquoon a besoin drsquoune puissance reacuteactive consideacuterable
pour empecirccher la chute tension
Cependant le STATCOM de base engendre de nombreux harmoniques Il faut donc
utiliser pour reacutesoudre ce problegraveme des compensateurs multi-niveaux agrave commande MLI ou
encore installer des filtres
Le rocircle du STATCOM est drsquoeacutechanger de lrsquoeacutenergie reacuteactive avec le reacuteseau Pour ce
faire lrsquoonduleur est coupleacute au reacuteseau par lrsquointermeacutediaire drsquoune inductance qui est en geacuteneacuteral
lrsquoinductance de fuite du transformateur de couplage
Lrsquoeacutechange drsquoeacutenergie reacuteactive se fait par le controcircle de la tension de sortie de
lrsquoonduleur 119881119904ℎ dont laquelle est en phase avec la tension du reacuteseau (Figure II7) Le
fonctionnement peut ecirctre deacutecrit de la faccedilon suivante
Si la tension 119881119904ℎ est infeacuterieure agrave la tension V le courant circulant dans lrsquoinductance est
deacutephaseacute de-π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant inductif (figure
II7a)
Si la tension119881119904ℎ est supeacuterieur agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est deacutephaseacute
de +π 2 par rapport agrave la tension V ce qui donne un courant capacitif (figure II7b)
Si la tension 119881119904ℎ est eacutegale agrave V le courant circulant dans lrsquoinductance est nul et par
conseacutequent il nrsquoy a pas drsquoeacutechange drsquoeacutenergie
Lrsquoavantage de ce dispositif est de pouvoir eacutechanger de lrsquoeacutenergie de nature inductive ou
capacitive uniquement agrave lrsquoaide drsquoune inductance Contrairement au SVC il nrsquoy a pas
drsquoeacuteleacutement capacitif qui puisse provoquer des reacutesonances avec des eacuteleacutements inductifs du
119881119904ℎ
119881119904ℎ
119868119904ℎ V
V
a) Courant inductif b) Courant capacitif
Figure II7 Diagramme vectoriel du STATCOM
119868119904ℎ
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
57
reacuteseau La caracteacuteristique statique de ce convertisseur est donneacutee par la figure (II8) Ce
dispositif a lrsquoavantage contrairement au SVC de pouvoir fournir un courant constant
important mecircme lorsque la tension V diminue
Le STATCOM permet le mecircme controcircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce
dispositif est capable de deacutelivrer la puissance reacuteactive mecircme si la tension au jeu de barres
(nœud de connexion) est tregraves faible dapregraves sa caracteacuteristique on constate que le courant
maximal du STATCOM est indeacutependant de la tension du nœud
Pour un STATCOM ideacuteal nayant pas des pertes actives leacutequation (II2) deacutecrit le
transfert de puissance reacuteactive dans le reacuteseau eacutelectrique [5]
119876119904ℎ =|⋁ 2
119896 |
Xshminus
|Vk||Vsh|
Xshcos( 120579119896 minus 120579119904ℎ) =
|⋁ 2119896 |minus
Xsh
|Vk||Vsh|
Xsh
Si |119881119896| gt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne positive et le STATCOM absorbe la puissance reacuteactive
Si |119881119896| lt 119881119904ℎ 119876119904ℎ devienne neacutegative et le STATCOM fournie la puissance reacuteactive
Deacutepassement
transitoire en
fonctionnement
Deacutepassement
transitoire en
fonctionnement
Figure II8 Caracteacuteristique du STATCOM
119868119904ℎ
119868119898119886119909 119868119898119894119899
Capacitif Inductif
V
(II2)
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
58
b) Dispositifs FACTS Seacuteries
Compensateur Synchrone Statique Seacuterie (SSSC)
Il est formeacute drsquoun convertisseur de tension inseacutereacute en seacuterie dans la ligne par
lrsquointermeacutediaire drsquoun transformateur (figure II9) Le SSSC agit sur le courant de ligne en
inseacuterant une tension en quadrature avec ce dernier la tension pouvant ecirctre capacitive ou
inductive Un SSSC est capable drsquoaugmenter ou de diminuer le flux de puissance dans une
ligne voire drsquoen inverser le sens Le comportement drsquoun SSSC peut ecirctre assimileacute agrave celui drsquoun
condensateur ou drsquoune inductance seacuterie reacuteglable La diffeacuterence principale reacuteside dans le fait
que la tension injecteacutee nrsquoest pas en relation avec le courant de ligne De ce fait le SSSC
preacutesente lrsquoavantage de pouvoir maintenir la valeur de la tension inseacutereacutee constante
indeacutependamment du courant [26]
Ce type de compensateur seacuterie (Compensateur Synchrone Statique Seacuterie) est le plus
important dispositif de cette famille Il est constitueacute drsquoun onduleur triphaseacute coupleacute en seacuterie
avec la ligne eacutelectrique agrave laide dun transformateur Ce dispositif possegravede des avantages si
lrsquoon compare avec le TCSC
Elimination des composants passifs (inductance et capaciteacutes)
Une aptitude symeacutetrique dans les deux modes (inductif et capacitif)
Son rocircle est drsquointroduire une tension triphaseacutee agrave la freacutequence du reacuteseau en seacuterie avec la
ligne de transport
Figure II9 Scheacutema de base du SSSC
Transformateur
seacuterie
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
59
Nous pouvons dans ce cas reacutegler continuellement la valeur apparente de la capaciteacute ou
de lrsquoinductance ainsi introduite dans la ligne Lrsquoavantage de ce dispositif est de ne pas
introduire physiquement un condensateur ou une inductance mais de simuler leurs fonctions
Cela eacutevite lapparition des oscillations dues agrave la reacutesonance avec les eacuteleacutements inductifs du
reacuteseau La caracteacuteristique statique drsquoun Compensateur Synchrone Statique Seacuterie est preacutesenteacutee
par la figure (II10)
Si lon utilise un systegraveme de stockage drsquoeacutenergie le SSSC peut agrave ce moment lagrave eacutechanger
de la puissance active avec la ligne eacutelectrique Ceci peut contribuer agrave ameacuteliorer la stabiliteacute du
reacuteseau Dans ce cas la tension 119881119887 nrsquoest pas obligatoirement en quadrature avec le courant de
ligne
Principe de fonctionnement de SSSC
Le SSSC injecte en seacuterie une tension alternative avec une amplitude et un angle de
phase reacuteglable dans la ligne de transport agrave lrsquoaide drsquoun transformateur seacuterie Le SSSC peut
produire ougrave absorber de la puissance reacuteactive suivant la commande de convertisseur statique
il permet drsquoassurer une compensation shunt indeacutependante agrave la ligne de transport Il fourni ou
absorbe la puissance reacuteactive neacutecessaire localement et produit de la puissance active comme
reacutesultat de lrsquoinjection en seacuterie drsquoune tension [21]
Le principe de fonctionnement peut ecirctre expliqueacute par la figure (II11)
Figure II10 Caracteacuteristique statiques du SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
60
Le SSSC deacutelivre une tension triphaseacutee 119881119904119890 agrave la freacutequence du reacuteseau en quadrature (
90 ) avec le courant de la ligne et controcirclable afin daugmenter ou diminuer la tension agrave
travers la ligne repreacutesenteacutee par sa reacuteactance 119883119897 selon le mode de compensation capacitif ou
inductif respectivement (figure II12) mais comme la reacuteactance de la ligne ne varie pas
reacuteellement cest le courant dans la ligne qui sera affecter par cette variation et par
conseacutequence les puissances correspondante
Ideacutealement la tension 119881119904119890 est agrave 90 du courant de la ligne ce qui fait quaucun eacutechange
de la puissance active nrsquoest entre le reacuteseau et le SSSC Pratiquement il y a toujours une petite
composante de cette tension 119881119904119890 en phase avec le courant 119868119897 qui geacutenegravere une petite quantiteacute de
la puissance active pour couvrir les pertes dans le convertisseur
On peut expliquer les diffeacuterents modes de compensation capacitive et inductive en ce
reacutefeacuterant aux diagrammes vectoriels de la figure (II13) qui suit en admettant le scheacutema
eacutequivalent dun SSSC installeacute dans un reacuteseau eacutelectrique simple repreacutesenteacute sur la figure (II12)
Figure II11 Principe de fonctionnement de SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
61
bull
Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du
reacuteseau
Le diagramme de la figure (a) preacutesente leacutetat de fonctionnement normal du
reacuteseau (eacutetat deacutequilibre) la tension au borne de la reacuteactance effective 119881119909119890119891119891
est eacutegale agrave la tension aux bornes de la ligne de transport sans compensation
la ougrave le degreacute de compensation K est nul K = 119881119902
119881119894 x 100 avec 119883119902 =
119881119902
119868119894
Dans le mode de compensation inductif le courant de la ligne 119868119897 diminue en
augmentant le degreacute de compensation K de 0 agrave 100 Du diagramme (b)
on voit que pour maintenir 119881119904 119881119903 et constants la variation dans
lamplitude de 119881119904119890 se reacutepercute directement sur la tension 119881119897 et chaque
Figure II12 Scheacutema eacutequivalent dun SSSC dans un reacuteseau simple
Figure II13 Diagrammes de phase des diffeacuterents modes de fonctionnement du SSSC
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
62
augmentation dans 119881119904119890 entraicircne une diminution dans 119881119897 et par conseacutequence
dans le courant 119868119897
En mode capacitif le courant dans la ligne augmente avec laugmentation du
niveau de compensation la tension 119881119904119890 injecteacutee en anti-phase avec la tension
119881119897 (- 90deg en arriegravere du courant 119868119897 ) force la tension 119881119897 agrave augmenter pour
garder langle de charge constant ainsi que les tensions aux extreacutemiteacutes de la
ligne (figure II12c) [37]
II6) Coucirct des dispositifs FACTS [29]
Mis agrave part les avantages techniques apporteacutes par les FACTS drsquoautres critegraveres lieacutes au
coucirct doivent ecirctres pris en consideacuteration dans la deacutecision drsquoinstaller un dispositif Sur le plan
eacuteconomique le critegravere geacuteneacuteralement adopteacute dans lrsquoeacutevaluation des beacuteneacutefices obtenus par un
FACTS est que lrsquoaccroissement des revenues doit exceacuteder les coucircts drsquoexploitations de
maintenance et drsquoamortissement de lrsquoinstallation
Le coucirct drsquoune installation FACTS deacutepend principalement des facteurs tels que
Les performances requises
La puissance de lrsquoinstallation
Le niveau de tension du systegraveme
La technologie du semi-conducteur utiliseacute
Controcircleurs FACTS Coucirct (US$)
Condensateur Shunt 8$Kvar
Condensateur Seacuterie 20$ Kvar
SVC 40$Kvar
TCSC 40$Kvar
STATCOM 50$Kvar
UPFC Partie Seacuterie 50$Kvar
UPFC Partie Shunt 50$Kvar
Tableau II1 Comparaison des coucircts des controcircleurs FACTS
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
63
II7) Synthegravese des dispositifs FACTS
Les diffeacuterents dispositifs FACTS preacutesenteacutes dans ce chapitre possegravedent tous leurs propres
caracteacuteristiques tant en reacutegime permanent quen reacutegime transitoire Chaque type de dispositif
sera donc utiliseacute pour reacutepondre agrave des objectifs bien deacutefinis Des consideacuterations eacuteconomiques
entreront eacutegalement dans le choix du type dinstallation agrave utiliser Le tableau (II2) syntheacutetise
les principaux beacuteneacutefices techniques des nouvelles technologies de FACTS Le nombre +
est proportionnel agrave lefficaciteacute du dispositif
II8) Les avantages les inconveacutenients et les contraintes de la technologie
des dispositifs FACTS [29]
A Les avantages des dispositifs FACTS
Controcircle le transit de la puissance active
Augmente la seacutecuriteacute des systegravemes eacutenergeacutetiques (augmentation de la limite de la
stabiliteacute transitoire amortissement des oscillations hellip)
Reacuteduit le transit de lrsquoeacutenergie reacuteactive
Optimise les puissances geacuteneacutereacutees donc reacuteduit le coucirct de production de lrsquoeacutenergie
Agir comme filtre actif
Ameacutelioreacutee lrsquointerconnexion et lrsquoeacutechange eacutenergeacutetique
Dispositif
Controcircle du
transit de
puissance
Controcircle
de la
tension
Stabiliteacute
transitoire
Stabiliteacute
statique
STATCOM + +++ ++ ++
SSSC ++ + +++ ++
IPFC +++ ++ +++ ++
Tableau II2 Beacuteneacutefices techniques des dispositifs FACTS [14]
+ Petite ++ Moyenne +++Forte
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
64
B Les inconveacutenients
Lrsquointroduction des harmoniques du reacuteseau eacutelectrique ce qui le rend pollueacute cest-agrave- dire le
signal sera tendu et non sinusoiumldale Il rend le reacuteseau vulneacuterable agrave la surtension ducirce aux
commutations reacutepeacutetitives
C Les contraintes des dispositifs FACTS
Les dispositifs FACTS sont consideacutereacutes comme des solutions pour aider les systegravemes
eacutelectriques mais ils preacutesentent des inconveacutenients en plus qursquoils ne sont pas une solution
universelle ils existent plusieurs contraintes pour que ces dispositifs soient efficaces et
rentables [30]
o Le choix du FACTS
o Le choix du modegravele du FACTS
o Choix de la localisation des FACTS
o Protection pour les FACTS et pour le reacuteseau
o Interactions entre les dispositifs FACTS et les autres eacuteleacutements
Nous avons deacutecideacute pour la suite de notre travail de ne pas eacutetudier lrsquoimpact de chaque
cateacutegorie des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique Notre choix srsquoest porteacute sur lrsquoeacutetude du
Compensateur Statique Synchrone (STATCOM) et du Conpensateur statique seacuterie
synchrone (SSSC)Il nous a sembleacute raisonnable drsquoessayer drsquoanalyser lrsquoimpact de la
compensation shunt et de la compensation seacuterie de faccedilon seacutepareacutee avant de regrouper lrsquoeacutetude
de ces concepts FACTS agrave lrsquoaide de la compensation hybride
II9) Conclusion
Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre en premier lieu le concept FACTS ainsi nous
avons donneacute une bregraveve description et des deacutefinitions des divers types de dispositifs FACTS
Cette description est adopteacutee comme classification universelle des systegravemes FACTS La
plupart dentre eux sont deacutejagrave en service dans la pratique Si aujourdhui les FACTS sont encore
peu utiliseacutes par rapport agrave leur potentiel les eacutevolutions techniques de leacutelectronique de
puissance vont rendre les solutions FACTS de plus en plus compeacutetitives face aux
renforcements des reacuteseaux le contexte algeacuterien a eacuteteacute abordeacute ainsi que la conception et le
fonctionnement des 2 dispositifs retenus pour cette eacutetude
LE CONCEPT DES FACTS
CHAPITRE II
65
Nous avons choisi deacutetudier le STATCOM et le SSSC comme dispositifs FACTS pour
controcircler et ameacuteliorer la tension et la puissance reacuteactive Le chapitre suivant (chapitre III) sera
deacutedieacute agrave la modeacutelisation des systegravemes FACTS
66
Chapitre 3
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
67
Dans le but drsquoeacutetudier lrsquoimpact des FACTS sur lrsquoameacutelioration de tension des reacuteseaux
eacutelectriques des modegraveles approprieacutes sont neacutecessaires agrave deacutevelopper Nous tenons agrave mentionner
que plusieurs logiciels incorporent ces modegraveles Dans ce chapitre nous allons preacutesenter les
modegraveles matheacutematiques du STATCOM et du SSSC retenus au chapitre II
III1) Introduction
Pour pouvoir observer limpact des dispositifs FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique il est
neacutecessaire de les repreacutesenter par des modegraveles Ceux-ci sont ensuite inteacutegreacutes dans des
programmes de calcul permettant de simuler leurs effets sur lensemble du systegraveme
Plusieurs modegraveles de FACTS ont eacuteteacute deacuteveloppeacutes tant pour des reacutegimes de
fonctionnement stationnaire que dynamique Certains modegraveles sont speacutecifiques agrave un type de
dispositif alors que dautres plus geacuteneacuteraux sont utiliseacutes pour repreacutesenter plusieurs FACTS
Dans le cadre de ce meacutemoire et plus preacuteciseacutement le chapitre quatre cest lrsquoimpact des
dispositifs FACTS sur le reacuteseau de transport qui est eacutetudieacute Dans ce contexte nous nous
restreignons agrave leacutetude de lrsquoeffondrement de tension et plus particuliegraverement aux effets des
FACTS sur la stabiliteacute des tensions
La modeacutelisation des FACTS est effectueacutee sur la base des eacuteleacutements utiliseacutes dans les
calculs de lrsquoeacutecoulement de puissance Ce sont plus particuliegraverement les geacuteneacuterateurs les
charges les eacuteleacutements shunt ainsi que les lignes et les transformateurs
III2) Modeacutelisation des eacuteleacutements du reacuteseau eacutelectrique et des FACTS [26]
III21) Modegraveles des geacuteneacuterateurs
Les geacuteneacuterateurs sont des eacuteleacutements qui permettent la conversion de leacutenergie (meacutecanique
photonique chimique) vers une forme eacutelectrique Ils peuvent fournir ou consommer de
leacutenergie active ou reacuteactive et ils peuvent maintenir un niveau de tension deacutesireacutee
Un geacuteneacuterateur peut ecirctre consideacutereacute comme une source de puissance active et reacuteactive qui
peut maintenir une tension de consigne Agrave cause de facteurs comme la limite thermique du
rotor celle du stator et la limite de stabiliteacute au reacutegime permanent le fonctionnement dun
geacuteneacuterateur est limiteacute en puissance active ainsi quen puissance reacuteactive Ainsi un geacuteneacuterateur
peut ecirctre modeacuteliseacute dans le calcul drsquoeacutecoulement de puissance par le scheacutema de la figure (III1)
Dans lrsquoanalyse de lrsquoeacutecoulement de puissance les geacuteneacuterateurs sont modeacuteliseacutes comme des
injecteurs de courants La puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur est reacutegleacutee agrave travers le
controcircle de la turbine qui doit ecirctre dans les limites de la capaciteacute du systegraveme turbine
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
68
geacuteneacuterateur La tension est lieacutee principalement agrave lrsquoinjection de la puissance reacuteactive au jeu de
barres de production et comme le geacuteneacuterateur doit fonctionner dans les limites de sa courbe de
capaciteacute reacuteactive il nrsquoest pas possible de reacutegler la tension en dehors de certaines limites
admissibles
Avec
Si Puissance apparente complexe
PGi Puissance active deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i
QGi Puissance reacuteactive deacutelivreacutee par le geacuteneacuterateur au nœud i
V i Tension complexe au nœud i
δi Deacutephasage de la tension au nœud i
Les limites de production des geacuteneacuterateurs sont deacutefinies par
PGimin le PGi le PGimax
QGimin le QGi le QGimax
Dans les calculs de transit de puissance la puissance PGi est prise constante et la
tension V i peut ecirctre maintenue en module agrave une valeur consigne constante La phase δi et la
puissance reacuteactive quand agrave elles deacutependent de leacutetat du reacuteseau Lorsque QGi deacutepasse une de ces
limites sa valeur est fixeacutee agrave cette valeur limite et la tension ne peut plus ecirctre controcircleacutee Le
nœud nest plus consideacutereacute comme geacuteneacuterateur mais comme une charge
120575119894
119878119894 i 119881 119894
119875119866119894 119876119866119894
119876119866119894
Figure III1 Modegravele du geacuteneacuterateur
(III1)
(III2)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
69
III22) Modegraveles des charges [26]
Les charges repreacutesentent les consommateurs connecteacutes au reacuteseau (figure III2) Elles
correspondent agrave des injections neacutegatives aux nœuds Les charges sont modeacuteliseacutees par des
puissances constantes indeacutependantes de la tension nodale
SLi = PLi + j QLi
Ougrave
SLi La puissance complexe de la charge
PLi La puissance active
QLi La puissance reacuteactive
La puissance reacuteactive QLi peut ecirctre positive ou neacutegative selon que la charge est de nature
inductive ou capacitive respectivement
III23) Modegraveles des eacuteleacutements shunt [26]
Dans la plupart des cas les eacuteleacutements shunt sont des dispositifs destineacutes agrave la
compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive et la tenue de la tension chaque eacuteleacutement connecteacute au
reacuteseau sera modeacuteliseacute par des admittances 1199101198940 de la forme
1199101198940 = 1198921198940 + 1198951198871198940
Le symbole geacuteneacuteral repreacutesentant un eacuteleacutement shunt est donneacute agrave la figure III3a La
susceptance 1198871198940 peut ecirctre inductive ou capacitive Dans le premier cas leacuteleacutement consomme de
la puissance reacuteactive (fig III3b) alors quil en fournit au systegraveme dans le second (fig III3c)
Les modegraveles des dispositifs FACTS preacutesenteacute dans la section suivante sont baseacutes sur une
(III3)
Figure III2 Modegravele des charges
PLi QLi
i
(III4)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
70
simple modification des eacuteleacutements approprieacutes de 119884
III24) Modegraveles de la ligne [26]
Les lignes sont deacutefinies par leur scheacutema en 120587 (figure III4) qui caracteacuterise en geacuteneacuteral les
lignes moyennes dont les paramegravetres sont la reacutesistance r la reacuteactance 119909 = 119871 ω et la
susceptance b =119862120596 Dans le cas des lignes longues on peut toujours se ramener agrave un scheacutema
eacutequivalent en 120587 Les lignes de transport sont modeacuteliseacutees par leur scheacutema en 120587 classique dans
lequel la conductance transversale est neacutegligeacutee
La matrice dadmittance nodale dune ligne reliant un nœud i agrave un nœud k est donneacute par
lrsquoeacutequation (III5)
Y = (
yik+
yik0
2
minusyik
minusyik yik + yik0
2
)
Figure III3 Modegraveles des eacuteleacutements shunt a) symbole b) eacuteleacutement
inductif c) eacuteleacutement capacitif
c) eacuteleacutement capacitif
(III5)
i 119909119894119896 119903119894119896 k
119887119894119896119900
2
119887119894119896119900
2
Figure III4 Modegravele en 120587 des lignes de transport
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
71
Ougrave ladmittance longitudinale yik vaut
yik = 1
rik + j 120013ik
Avec
rik Reacutesistance longitudinale de la ligne
120013ik Reacuteactance longitudinale de la ligne
Ladmittance transversale correspondant aux effets capacitifs seacutecrit
yik0 = j119887ik0
Avec
119887ik0 Sousceptance transversale de la ligne
III25) Classification des nœuds des reacuteseaux eacutelectriques [32]
Chaque nœud est caracteacuteriseacute par quatre variables Pi Qi Vi θi Si on connaicirct deux des
quatre variables nous permettent de deacuteterminer les deux autres agrave partir des eacutequations
principales de leacutecoulement de puissance En pratique le problegraveme se pose autrement Pour
cela il faut classifier les nœuds du systegraveme comme suit (Tableau III1)
Nœud de charge (P-Q) Pour ce type de nœuds on associe geacuteneacuteralement les charges
Ces derniegraveres sont caracteacuteriseacutees par la consommation des puissances active et reacuteactive
On peut aussi associer des geacuteneacuterateurs avec des puissances active et reacuteactive fixeacutees
Les variables agrave deacuteterminer sont le module et la phase de la tension
Nœud geacuteneacuterateur (P-V) Pour ce type de nœuds on associe les centrales de
production On speacutecifie la puissance active et le module de la tension Les variables agrave
deacuteterminer sont la phase de la tension et la puissance reacuteactive
Nœud bilan (slack bus) Pour ce type de nœud on associe la centrale de production la
plus puissante Dans un nœud k (nœud de reacutefeacuterence ou slack bus) on speacutecifie la phase
et le module de la tension Les valeurs agrave deacuteterminer sont les puissances actives et
reacuteactives
(III6)
(III7)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
72
III26) Modegraveles du transformateur
Les transformateurs sont repreacutesenteacutes par leur impeacutedance connecteacutee en seacuterie avec un
transformateur ideacuteal (figure III5) Le rapport de transformation est reacuteel pour un
transformateur classique alors quil est complexe dans le cas dun transformateur deacutephaseur
De maniegravere geacuteneacuterale le rapport de transformation complexe μik
est deacutefini par
μik
=Ui
Um
avec
Ui Tension complexe au nœud i
Um Tension complexe au nœud m
III27) Modegraveles de la machine synchrone
Nœuds Puissances actives Puissances reacuteactives Module de Tension Lrsquoangle de phase
Nœud (PQ) Connue Connue Inconnue Inconnue
Nœud (PV) Connue Inconnue Connue Inconnue
Nœud (slack
bus)
Inconnue Inconnue Connue Connue
Tableau III1 Classification des nœuds du systegraveme
(III8)
Si i
Ii Im
Um
119898
119903119894119896 Ik
Uk
119909119894119896
Ui μik 1
119896
Figure III5 Modegravele drsquoun transformateur
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
73
(III10)
La fem de la machine synchrone est donneacutee par la relation suivante
Ersquo = 119881119904+119903119886119868119904+j119883119889119868119904
Ersquo fem transitoire de la machine synchrone
119881119904 Tension aux bornes de la machine
119868119904 courant de la machine
119903119886 Reacutesistance statorique de la machine
119883119889 Reacuteactance transitoire de la machine
La repreacutesentation de la machine synchrone utiliseacutee pour la solution du reacuteseau et le diagramme
de phase sont scheacutematiseacutes dans la figure suivante
Les composantes de la tension 119881119904 aux bornes de la machine suivant les axes d-q sont
119881119889 = 119864prime119889 minus 119903119868119889 minus 119883prime
119902 119868prime119902
119881119902 = 119864prime119902 minus 119903119868119902 + 119883prime119889 119868prime119889
III28) Modeacutelisation du STATCOM
(III9)
Figure III6 Repreacutesentation simplifieacutee drsquoune machine synchrone
(III11)
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
74
(III12)
(III13)
Le STATCOM appartient agrave la deuxiegraveme geacuteneacuteration des dispositifs FACTS Selon
lIEEE Le STATCOM est un moyen de compensation dynamique connecteacute en parallegravele au
systegraveme eacutelectrique il est baseacute sur lrsquoinjection drsquoun courant AC controcircleacute agrave travers un
transformateur de couplage La structure de base drsquoun STATCOM ayant le scheacutema qui est
montreacute par la figure (III7) [33]
En geacuteneacuteral la tension du STATCOM 119881119904ℎest injecteacutee en phase avec la tension 119881119903 de la
ligne et dans ce cas il n y a pas deacutechange de leacutenergie active avec le reacuteseau mais seulement la
puissance reacuteactive qui sera injecteacutee (ou absorbeacutee) par le STATCOM Le STATCOM a le
mecircme rocircle qursquoun SVC mais avec plus de robustesse ce dispositif capable de deacutelivrer la
puissance reacuteactive mecircme si la tension de jeu de barre de connexion est faible Avec
lhypothegravese dun STATCOM ideacuteal (convertisseur sans pertes) la contrainte de fonctionnement
que doit satisfaire le STATCOM est de ne pas eacutechanger la puissance active avec le reacuteseau
La tension du STATCOM est donneacute par
119864119904ℎ = 119881119904ℎ(119888119900119904120575119904ℎ + 119895119904119894119899120575119904ℎ)
Le courant injecteacutee par le STATCOM est donneacute par
119868119904ℎ =119881119904ℎ minus 119881119894
119895119883119894
Figure III7 Repreacutesentation scheacutematique de STATCOM
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
75
(III14)
(III15)
(III16)
(III17)
La puissance de transmission entre les deux systegravemes peut ecirctre repreacutesenteacutee par
La puissance active transmis
119875 = 119881119894119881119904ℎ
119883 119904119894119899(120575119894minus120575119904ℎ)
La puissance reacuteactive transmis
119876 =119881119894
2
119883minus
119881119894119881119904ℎ
119883 cos (120575119894120575119904ℎ)
Ougrave 119881119894119881119904ℎ est la tension aux nœuds (120575119894120575119904ℎ) lrsquoangle entre la tension et X impeacutedance de la
ligne Apregraves lrsquoexeacutecution de quelques opeacuterations complexes les eacutequations de puissance active
et reacuteactive sont obtenues comme suit
119875119904ℎ = 1198811198942119892119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ) + 119887119904ℎ119888119900119904(120579119894 minus 120579119904ℎ))
119876119904ℎ = minus1198811198942119887119904ℎ minus 119881119894119881119904ℎ(119892119904ℎ 119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ) minus 119887119904ℎ119904119894119899(120579119894 minus 120579119904ℎ))
Avec 119892119904ℎ + 119895119887119904ℎ = 1119885119904ℎ
frasl
119892119904ℎ Conductance eacutequivalente du STATCOM
119887119904ℎ Susceptance eacutequivalente du STATCOM
119885119904ℎ Impedance eacutequivalente du STATCOM
III29) Modeacutelisation du SSSC
Le SSSC peut acqueacuterir un eacuteleacutement de stockage drsquoeacutenergie pour une compensation de la
puissance active momentaneacutement qui reacutesulte dans un maintien efficace de la stabiliteacute du
reacuteseau eacutelectrique Un SSSC est donc modeacuteliseacute comme une source de tension en seacuterie la figure
(III8) montre un SSSC inseacutereacute dans un reacuteseau agrave deux machines et son diagramme vectoriel des
tensions [33]
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
76
(III18)
(III19)
(III20)
(III21)
(III22)
(III23)
A partir du diagramme vectoriel on peut voir que la tension injecteacutee en seacuterie controcircle
directement la tension agrave travers lrsquoinductance X de la ligne qui en la augmentant reacutesulte en
une augmentation dans la valeur du courant et par conseacutequence une augmentation dans la
puissance transmissible agrave travers la ligne Ce fonctionnement est similaire agrave une compensation
seacuterie par un condensateur Si on eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant
de la ligne on obtient le mecircme reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un
condensateur
119880= -j119883119862 119868
Avec 119883119862 qui repreacutesente la reacuteactance capacitive du condensateur Mais comme le SSSC
est une source de tension il peut alors maintenir une tension constante puisque il controcircle
indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC peut augmenter ou diminuer le
flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant la tension injecteacutee en seacuterie agrave la
ligne Comme le SSSC est une source reacuteactive la tension geacuteneacutereacutee est perpendiculaire au
courant de la ligne ce courant est
119868 =1198801minus119880119902minus1198802
119895119883
119920 =120783
119947119935(( 119880120783 minus 119880120784) minus 119880119954
(119880120783minus119880120784)
|119880120783minus119880120784|)
119920 =119947(119880120783minus119880120784)
119935(120783 minus
119880119954
|119880120783minus119880120784|)
Cette eacutequation montre qursquoagrave lrsquoabsence du SSSC la chute de tension agrave travers X
est ( 1198801
minus 1198802
) Si on prend 1198802 Comme reacutefeacuterence du SSSC
1198802
= U2
et
Figure III8 Source de tension seacuterie pour la compensation
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
77
(III24)
(III25)
1198801=1198801(119888119900119904120575 + 119895119904119894119899120575)
Si on prend par consideacuteration que
|119880120783
minus 119880120784
| = radic119880120783120784 + 119932120784
120784 minus 120784119932120783119932120784119940119952119956120633
Ce qui nous donne la puissance agrave travers la ligne
P = 11988011198802119904119894119899120575
119883(1 minus
119880119902
radic11988012+1198802
2minus211988011198802119888119900119904120575
)
Par conseacutequent la puissance transmise P est une fonction de la tension injecteacutee La
puissance transmise en fonction de lrsquoangle δ
MODELISATION DU SYSTEME ETUDIE DE LA CHARGE AU RESEAU COMPLET
CHAPITRE III
78
III3) Conclusion
Dans ce chapitre nous avons modeacuteliseacute les diffeacuterents composants du reacuteseau eacutelectrique agrave
savoir les lignes de transport les transformateurs et les charge les machines
synchroneshellipetc
Des modegraveles simplifieacutes de deux diffeacuterents types de FACTS agrave savoir le STATCOM et le
SSSC baseacute sur la modification de la matrice admittance 119884 et suitable pour lrsquoeacutetude du controcircle
du power flow et la reacutegulation de la tension ont eacuteteacute deacutemontreacutees dans ce chapitre Les deux
modegraveles ont eacuteteacute observeacutes dans la litteacuterature Agrave cet effet une bregraveve preacutesentation des approches
existantes agrave des modegraveles de ces deux dispositifs FACTS ont eacuteteacute fournis Les modegraveles
seacutelectionneacutes sont faciles agrave impleacutementer dans les logiciels du power flow comme le PSAT Au
chapitre suivant crsquoest lrsquoimpact du STATCOM et du SSSC sur lrsquoeffondrement de tension qui
sera analyseacute
79
Chapitre 4
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
80
IV1) Introduction
Le transfert de puissance au travers drsquoun reacuteseau eacutelectrique srsquoaccompagne de chutes de
tension entre les points de production et ceux de consommation Dans des conditions
normales de fonctionnement ces chutes de tension sont de lrsquoordre de quelque pour cents de la
tension nominale Une des preacuteoccupations des planificateurs et des exploitants est de srsquoassurer
que les tensions aux diffeacuterents jeux de barres du reacuteseau demeurent malgreacute tout dans des
limites prescrites speacutecialement dans des conditions de forte charge etou suite agrave des incidents
plausibles Dans certaines circonstances cependant dans les secondes ou dans les minutes qui
suivent lrsquoapparition drsquoune perturbation les tensions peuvent deacutecroitre de maniegravere
catastrophique agrave tel point que la puissance ne peut plus ecirctre achemineacutee correctement aux
consommateurs et que lrsquointeacutegriteacute du systegraveme peut ecirctre mise en danger
Le meacutecanisme qui sous-tend cet affaissement des tensions est lrsquoinstabiliteacute de tension et
la catastrophe qui en reacutesulte est lrsquoeffondrement de tension [34]
En termes simples lrsquoinstabiliteacute de la tension provient drsquoun comportement des charges
qui tend agrave ramener la consommation de puissance de celles-ci au-delagrave de ce que peuvent
fournir ensemble le reacuteseau de transport et les geacuteneacuterateurs
Dans de nombreux reacuteseaux agrave travers le monde lrsquoinstabiliteacute de tension est consideacutereacutee
comme une source majeure de deacutefaillance au moins aussi importante que les surcharges
thermiques drsquoeacutequipements (et le risque associeacute de deacuteclenchements en cascade) ou lrsquoinstabiliteacute
angulaire (perte de synchronisme entre geacuteneacuterateurs) connues depuis plus longtemps
Plusieurs facteurs contribuent agrave cet eacutetat de fait
- comme on le sait la construction de nouvelles lignes eacutelectriques est de
plus en plus difficile souvent retardeacutee et parfois impossible
- la concentration de la production dans ces centrales de plus en plus
puissantes a diminueacute le nombre de points tenus en tension dans le reacuteseau et
augmenteacute les distances eacutelectriques entre centres de production et de consommation
Certes lrsquoeacutemergence de la production deacutecentraliseacutee va quelque peu inverser cette
tendance en rapprochant producteurs et consommateurs Encore faut ndashil que ces
sources drsquoeacutenergie fournissent les services auxiliaires que sont la reacutegulation de
tension et la mise agrave disposition drsquoune reacuteserve de puissance reacuteactive
- lrsquousage massif de condensateurs shunt pour soutenir le profil de tension
permet de transporter de plus grandes quantiteacutes de puissance mais rapproche le point
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
81
drsquoinstabiliteacute des plages de fonctionnement normal
- lrsquoinstabiliteacute de tension est souvent deacuteclencheacutee par la perte
drsquoeacutequipements de transport et ou de production incidents dont la probabiliteacute
drsquoapparition est relativement eacuteleveacutee (compareacutee par exemple agrave celle du court-circuit
triphaseacute consideacutereacute en stabiliteacute transitoire angulaire)
- lrsquoouverture du marcheacute de lrsquoeacutelectriciteacute incite agrave faire fonctionner les
reacuteseaux plus pregraves de leurs limites physiques pour des raisons de rentabiliteacute
eacuteconomique Plus encore que par le passeacute il est donc neacutecessaire drsquoeacutevaluer ces
limites en particulier vis ndashagrave vis du risque drsquoinstabiliteacute de tension
IV2) Outils de simulation
Plusieurs outils de simulation ont eacuteteacute utiliseacutes dans lrsquoanalyse et lrsquoeacutetude des reacuteseaux
eacutelectriques tels que (Matlab EMTP Etap PowerWorld PSAThellip etc) Ces logiciels
permettent de nous renseigner sur les diffeacuterents facteurs drsquoun reacuteseau eacutelectrique et agrave simuler les
diffeacuterents cas pour avoir les paramegravetres du reacuteseau Ces derniers utilisent les mecircmes
concepts Dans ce meacutemoire le logiciel PSAT est utiliseacute pour lrsquoanalyse de la stabiliteacute de
tension drsquoun reacuteseau de transport
PSAT est un logiciel librement distribueacutes conccedilu par Federico Milano baseacute sur
MATLAB pour lanalyse et lrsquooptimisation des reacuteseaux eacutelectriques Lrsquointerface graphique
interactive du PSAT permet agrave lrsquoutilisateur drsquoeffectuer les fonctions statiques et dynamiques
suivantes [35]
Calcul drsquoeacutecoulement de puissance (Power Flow- PF)
Calcul drsquoeacutecoulement de puissance Optimal (Optimal Power Flow- OPF)
Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation Power Flow- CPF)
Analyse de la stabiliteacute de petites perturbations (Small Signal Stability Analysis-
SSSA)
Simulation temporelle (Time Domaine Simulation- TDS)
Analyse transitoire drsquoeacutelectromagneacutetique (Electro Magnetic Transient Analysis-
EMT)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
82
Interface graphique (Graphical User Interface- GUI)
Eacutediteur de reacuteseau graphique (Graphical Network Editor- GNE)
Toutes les opeacuterations de PSAT peuvent ecirctre reacuteparties en deux genres drsquoanalyse
- La premiegravere analyse est de reacutesoudre les problegravemes de lrsquoeacutecoulement de puissance
Cette application srsquoeffectue dans une page de commande ou un eacutediteur comme
montre la figure (IV1)
- La seconde analyse est drsquoimplanter le reacuteseau agrave eacutetudier en utilisant une bibliothegraveque
de Simulink qui contient de nombreux modegraveles pour lrsquoimplantation des systegravemes
eacutelectriques comme montreacute dans la figure (IV2)
IV3) Stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques
La deacutefinition et les types de la stabiliteacute des reacuteseaux eacutelectriques sont repreacutesenteacutes dans le
chapitre I
Durant les derniegraveres deacutecennies la stabiliteacute de tension dans les systegravemes dalimentation
est devenue un vaste champ de recherches Les pheacutenomegravenes dinstabiliteacute en tension peuvent
srsquoeacutetendre dans une plage de temps allant de quelques secondes agrave quelques heures et ont eacuteteacute
eacutetudieacutes en utilisant une varieacuteteacute de modegraveles statiques et dynamiques y compris les reacutegulateurs
et les dispositifs eacutelectroniques de puissance
Figure IV1 Lrsquoeacutediteur de PSAT Figure IV2 Bibliothegraveque de simulink
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
83
Les sujets pertinents pour le marcheacute de leacutelectriciteacute et pour les techniques optimales
deacutecoulement de puissance sont geacuteneacuteralement les pheacutenomegravenes drsquoeffondrement de tension
reacutesultant des variations de charge et des opeacuterations de commutation Lrsquoeffondrement de
tension est geacuteneacuteralement la conseacutequence de laugmentation de la charge dans les systegravemes
caracteacuteriseacutes par des conditions de chargement lourd et ou lorsque survient une modification
dans le systegraveme comme une ligne hors service Le reacutesultat est geacuteneacuteralement que le point de
fonctionnement actuel qui est stable laquodisparaicirctraquo et le systegraveme transitoire suivant conduit agrave
une rapide irreacutecupeacuterable baisse de tension
IV31) Facteur de charge et les directions de puissance [34]
Loutil analytique le plus accepteacute pour lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes de lrsquoeffondrement de
tension est la theacuteorie de la bifurcation qui est une theacuteorie matheacutematique geacuteneacuterale capable de
classer les instabiliteacutes drsquoeacutetudier le comportement du systegraveme dans le voisinage
drsquoeffondrement ou des points instables et de donner une information quantitative sur les
actions correctives pour eacuteviter les conditions critiques
Dans la theacuteorie de la bifurcation il est supposeacute que les eacutequations du systegraveme deacutependent
dun ensemble de paramegravetres avec des variables deacutetat comme suit
0 = 119891 (120013 λ)
avec
119891 Eacutequation de lrsquoeacutecoulement de puissance
120013 Variables deacutependantes
120582 Facteur de charge
Alors les proprieacuteteacutes de la stabiliteacute instabiliteacute sont eacutevalueacutees en variant lsquolsquolentementrsquorsquo les
paramegravetres Dans ce meacutemoire le paramegravetre utiliseacute pour eacutetudier la proximiteacute du systegraveme de
lrsquoeffondrement de tension est le soi-disant facteur de charge 120582 (120582 isin ℛ) ce qui modifie les
puissances du geacuteneacuterateur et la charge comme suit
(IV1)
1198751198661 = (1 + 120582)(1198751198660 + 119875119878)
1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)
1198751198711 = (1 + 120582)(1198751198710 + 119875119863)
(IV2)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
84
Avec
1198751198660 Puissance active du geacuteneacuterateur
1198751198710 Puissance active de la charge
119875119878 Fourniture de lrsquooffre (Supply bids)
119875119863 Demande drsquooffre (Demand bids)
Les puissances qui multiplient λ sont appeleacutees les puissances de direction Les eacutequations
(IV2) diffegraverent du modegravele geacuteneacuteralement utiliseacute dans lanalyse du calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) cest-agrave-dire
Ougrave le facteur de charge touche uniquement les variables puissances PS et PD Dans les
diagrammes typiques de bifurcation les tensions sont traceacutees en fonction de λ cest agrave dire la
mesure de la capaciteacute de charge du systegraveme obtenant ainsi les courbes V(p)
Les indices 0 1 et 2 deacutenotent le cas de base le premier point et le deuxiegraveme point de
directions des puissances respectivement
IV 32) Calcul Continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (Continuation
power flow- CPF) [34]
Les techniques du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance sont largement
reconnues comme un outil preacutecieux pour deacuteterminer les courbes V(P) du systegraveme de
puissance et permettent destimer les conditions de chargement maximal et des solutions
laquocritiquesraquo (par exemple saddle-node et limites induites de points de bifurcation) Malgreacute que
les grands systegravemes neacutecessitent un calcul numeacuterique exigeant le CPF nest pas affecteacutee par
des instabiliteacutes numeacuteriques En fait il est capable de deacuteterminer la partie stable et instable des
courbes V(p) et peut fournir des informations suppleacutementaires telles que les facteurs de
sensibiliteacute de la solution actuelle agrave leacutegard des paramegravetres pertinents
Dun point de vue matheacutematique le CPF est une technique dhomotopie et permet
dexplorer la stabiliteacute des eacutequations du systegraveme eacutelectrique en faisant varier un paramegravetre du
systegraveme qui dans les eacutetudes de stabiliteacute statique et dynamique typique de tension est le
paramegravetre de charge λ De maniegravere geacuteneacuterale le CPF consiste en un pas preacutedicteur reacutealiseacute par
le calcul du vecteur tangent et un pas correcteur qui peut ecirctre obtenu soit par lintermeacutediaire
PG2 = (PG0 + λPS)
PL2 = (PL0 + λPD)
PL2 = (PL0 + λPD)
(IV3)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
85
dun parameacutetrage local ou agrave une intersection perpendiculaire
a) Pas preacutedicteur
Au point deacutequilibre geacuteneacuterique p la relation suivante sapplique
Et le vecteur tangent peut ecirctre approximeacute par
Agrave partir de lrsquoeacutequation (IV4) et (IV5) on a
Agrave ce point un pas de grandeur k de controcircle doit ecirctre choisi pour deacuteterminer la quantiteacute Δ120013119901
et Δ120582119901 avec une normalisation afin deacuteviter de grands pas quand 120591119901 est grand
Δ120582119901 ≜ 119896
120591119901 Δ120013119901 ≜
119896 120591119901
120591119901
Ougrave ∙ est la norme euclidienne et 119896 = plusmn1 Le signe de k deacutetermine lrsquoaugmentation ou la
diminution de 120582 La figure (IV3) preacutesente une repreacutesentation graphique du pas preacutedicteur
119891(120013 p λp) = 0 rArr d119891
dλ|
p= D120013 119891|p
d120013
dλ|
p+
d119891
dλ|
p= 0 (IV4)
120591p = d120013
dλ|
p asymp
Δ 120013 p
∆λp
(IV5)
120591119901 = minus D120013 119891|pminus1
part119891
partλ|
p
∆120013p = 120591119901 ∆λp
(IV6)
(IV7)
(120013119901 120582119901)
120591119901
119891(120013 120582) = 0
(120013119875 + ∆120013119875 120582119875 + ∆120582119875)
Figure IV3 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance
pas preacutedicteur obtenu par les moyens de la tangente
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
86
b) Pas correcteur
Pour le pas correcteur lrsquoensemble des eacutequations n+1 est reacutesolu
119891(120013 λ) = 0
120578(120013 λ) = 0
Ougrave la solution de 119891 doit ecirctre dans le collecteur de bifurcation et 120578 est une eacutequation
additionnelle pour garantir un ensemble non singulier au point de bifurcation Pour le choix de
120578 il yrsquoa deux options lrsquointersection perpendiculaire et la parameacutetrisation locale
Dans le cas de lrsquointersection perpendiculaire dont la repreacutesentation est donneacutee par la figure
(IV2) lrsquoexpression de 120578 devient (eacutequation IV9)
Tandis que pour la parameacutetrisation locale soit le paramegravetre 120582 soit la variable 120013119894 est forceacutee
drsquoecirctre une valeur fixe
(120013119901 120582119901)
119891(120013 120582) = 0
(120013119888 120582119888)
(120013119888 minus (120013119875 + ∆120013119875 ) 120582119888 minus (120582119875 + Δ120582119901 ) )
120578 (120013 λ) = [Δ120013p
Δλp]
T
[120013c minus (120013p + Δ120013p)
λc minus (λp minus Δλp)] = 0
ppcx )(
(IV8)
(IV9)
(IV10)
Figure IV4 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas
correcteur obtenu par les moyens dintersection perpendiculaire
P
900
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
87
Ou
pipici xxxx )(
Le choix pour que la variable soit fixe deacutepend du collecteur de bifurcation de 119891 comme
crsquoest preacutesenteacute agrave la figure (IV5)
IV4) Simulation relatives au reacuteseau standard IEEE 39 nœuds
IV41) Preacutesentation du reacuteseau
Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds est un reacuteseau de transport standard IEEE New England
39 nœuds sera utiliseacute pour les diffeacuterents sceacutenarios de nos simulations Ce reacuteseau repreacutesente
une simplification du reacuteseau de transport de la reacutegion Nouvelle Angleterre (nord-est des Etats-
Unis) Il srsquoagit donc drsquoune partie drsquoun reacuteseau reacuteel ameacutericain Ce reacuteseau fonctionne agrave 100
kV et comporte 10 geacuteneacuterateurs (119875119866119905119900119905119886119897119890= 619 Gw 119876119866119905119900119905119886119897119890= 113 Gvar) et 39 nœuds dont
19 nœuds de charge et 48 lignes Un scheacutema complet de ce reacuteseau est preacutesenteacute par la figure
IV6) [36]
Les donneacutees des jeux de barres ainsi que les caracteacuteristiques des branches sont
indiqueacutees dans lrsquoannexe A1
Le reacuteseau de transport IEEE-39 nœuds est constitueacute de 3 reacutegions (figure IV7) Chaque
reacutegion contient des nœuds PV et des nœuds PQ ainsi des geacuteneacuterateurs synchrones
(IV11)
Figure IV5 Calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance pas
correcteur obtenu par les moyens de la parameacutetrisation locale
λ
Correcteur
Correcteur
x
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
88
En utilisant la technique du CPF la stabiliteacute de tension est eacutetudieacutee Le comportement du
systegraveme test consideacutereacute avec et sans les dispositifs FACTS sous diffeacuterentes conditions de
charge est eacutetudieacute Lrsquoemplacement des FACTS est deacutetermineacute agrave travers le CPF
Un modegravele classique PQ est utiliseacute pour les charges Les limites des geacuteneacuterateurs sont
ignoreacutees Lrsquoanalyse de la stabiliteacute de tension est effectueacutee en commenccedilant agrave partir dun point
de fonctionnement stable initiale et en augmentant ensuite les charges par le facteur 120582 jusqursquoagrave
atteindre le point de singulariteacute de la lineacutearisation de lrsquoeacutecoulement de puissance
Figure IV6 Le reacuteseau test IEEE 39-nœuds
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
89
Lorganigramme de la stabiliteacute de tension avec les FACTS en utilisant la meacutethode CPF
est illustreacute par la figure (IV8)
De la figure (IV8) on peut observer que les eacutequations des dispositifs FACTS sont
ajouteacutees dans les eacutequations de lrsquoeacutecoulement de puissance Les nouvelles eacutequations de
lrsquoeacutecoulement de puissance sont ensuite utiliseacutees dans le pas correcteur du processus CPF
Zone I
Noeuds (PQ) 4 5 6
7 8 910 11 12 13
14
Noeuds (PV) 31 32 39
Zone II
Noeuds(PQ) 1 2 3 17 18 25 26
27
Noeuds(PV) 3037
Zone III
Noeuds (PQ) 15 16 19 20 21 22 23 24
28 29
Noeuds (PV) 3334353638
Figure IV7 La structure du reacuteseau test IEEE 39-nœuds
Reacuteseau IEEE 39-nœuds
Geacuteneacuterateurs synchrones
30 31323334353637
3839
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
90
IV5) Emplacement du STATCOM
Fixer le nombre des points du CPF
Reacutesoudre les eacutequations de
lrsquoeacutecoulement de puissance de
charge avec les FACTS
Reacutesoudre les eacutequations de
lrsquoeacutecroulement de charge avec les
FACTS
Nombres des points de CPF
Figure IV8 Organigramme du processus CPF avec FACTS
Lire les donneacutees
Pas preacutedicteur dans la meacutethode
CPF
Creacuteer les eacutequations de lrsquoeacutecoulement
de puissance avec les eacutequations du
FACTS
La courbe PV
complegravete
Fin
Deacutebut
Pas correcteur dans la meacutethode
CPF
Non
Oui
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
91
IV5) Emplacement du STATCOM
Drsquoapregraves le profil de tension (figure IV9) ainsi une preacutesentation des nœuds critiques sur
la figure (IV10) et leurs courbes V(p) obtenues par la meacutethode du CPF illustreacutee aux figures
(IV11 IV12 IV13) nous implanterons le STATCOM sur le nœud de charge le plus fragile
du reacuteseau de transport Le point de chargement maximal ou le point de bifurcation quand la
matrice jacobienne est singuliegravere survient agrave 120640=22806 pu
Figure IV10 Preacutesentation des nœuds fragiles de chaque zone
Reacuteseau IEEE 39-nœuds
Zone I
Les noeuds fragiles
875641214
le noeud le plus critique 8
Zone II
Les noeuds fragiles
3181727
le noeud le plus critique 3
Zone III
Les noeuds fragiles
1516242128
le noeud le plus critique 15
Figure IV9 Profil des tensions du reacuteseau IEEE 39-nœuds
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
92
Le calcul du CPF sur le reacuteseau seul (crsquoest ndash agrave dire sans y inseacuterer le STATCOM) a
montreacute que le nœud concerneacute est le nœud 8 de la zone 1
IV51) Impact du STATCOM
Apregraves la deacutetermination du nœud fragile du reacuteseau consideacutereacute et qui a besoin drsquoecirctre
soutenus les valeurs nominales (the ratings) du STATCOM doivent ecirctre choisies il est agrave
Figure IV13 Courbe V(P) de la zone 3 du systegraveme (eacutetat de
base)
0 05 1 15 2 25
065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
X 228
Y 07822
Lambda(pu)
Tensio
ns(pu)
Zone 3
V15
V16
V21
V24
V28
Figure IV12 Courbe V(P) de la zone 2 du systegraveme
(eacutetat de base)
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
115
12
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu
)
Zone 2
V3
V17
V18
V27
Figure IV11 Courbe V(P) de la zone 1
du systegraveme (eacutetat de base)
0 05 1 15 2 250
02
04
06
08
1
12
14
X 228
Y 06766
Lambda (pu)
Tensio
ns(p
u)
Zone 1
V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
93
preacutevoir que par lintroduction du STATCOM aux nœuds critiques le profil de tension sera
plat et le facteur de charge du systegraveme va augmenter
Les gestionnaires des reacuteseaux eacutelectriques imposent une toleacuterance de plusmn 5 sur la tension
du reacuteseau de transport pour garantir une qualiteacute de distribution de lrsquoeacutelectriciteacute Nous
prendrons donc 119880119898119894119899 = 095pu et 119880119898119886119909 = 105 pu (soit respectivement 95KV et 105 KV
pour notre reacuteseau de transport de 100KV nominal) On obtient les valeurs nominales de la
puissance reacuteactive du STATCOM par [21]
119876119898119886119909 = 119868119871119898119886119909 lowast 119880119898119886119909
Et
119876119898119898119894119899 = 119868119888119898119886119909 lowast 119880119898119894119899
Drsquoougrave 119883119878119871 = 119880max minus 119880119898119894119899
119868119871119898119886119909minus 119868119888119898119886119909
Avec
119868119871119898119886119909 Courant inductif maximum
119868119888119898119886119909 Courant capacitif maximum
119880119898119886119909 119880119898119894119899 tension limites en reacutegulation
119883119878119871 ∶ Pente de la caracteacuteristique statique dans la zone de fonctionnement en reacutegulation
Quand le STATCOM est connecteacute au nœud 8 on observe drsquoapregraves la figure (IV14) que
les nœuds les plus fragiles de la zone 1 ont un profil de tension plus plat que lrsquoeacutetat de base et
introduire le STATCOM va augmenter le facteur de charge agrave la valeur maximale Comme
attendu le point de bifurcation pour le STATCOM placeacute au nœud 8 survient agrave une valeur de
charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 231 pu Sa puissance reacuteactive capacitive calculeacutee drsquoapregraves les
eacutequations IV12 et IV13 est de ndash 380 Mvar + 420 Mvar pour une puissance de base de
100MVA
(IV12)
(IV13)
(IV14)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
94
IV511) Profils des tensions et les pertes de puissances dans le
systegraveme
Les profils des tensions du cas de base et du systegraveme avec le STATCOM sont illustreacutes
agrave la figure (IV15) Il est eacutevident agrave partir de cette figure que le STATCOM fournit un meilleur
profil de tension au point drsquoeffondrement de tension compareacute agrave lrsquoeacutetat de base Cela est ducirc au
fait que le STATCOM est installeacute au nœud le plus faible
Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV16)
et la figure (IV17) respectivement Lrsquoaugmentation des pertes au voisinage du point
drsquoeffondrement est faible dans le cas du STATCOM placeacute au nœud 8
Figure IV15 Profils des tensions du systegraveme avec STATCOM au nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Ten
sion
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 8
Figure IV14 Courbe V(P) avec STATCOM au nœud 8
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
X 2315
Y 07441
Lambda(pu)
Tensio
ns(p
u
Zone STATCOM au 8
V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
95
La figure (IV18) illustre le paramegravetre de charge pour diffeacuterents emplacements du
STATCOM sur les nœuds les plus critiques des 3 zones selon les courbes V(p) des figures
(IV11 IV12 et IV13)
Figure IV16 Profils de pertes de puissances actives
avec STATCOM au nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Zone 1 avec STATCOM au noeud 8
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 8
Figure IV17 Profils de pertes de
puissances reacuteactives avec STATCOM au
nœud 8
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 1 avec STATCOM au noeud 8
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 8
Figure IV18 Maximum du facteur de charge avec STATCOM
[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
225
226
227
228
229
23
231
232
233
234
Base STATACOM aunœud 08
STATACOM aunœud 03
STATACOM aunœud 15
22806
23164232
234
Paramegravetre de charge(pu)
Paramegravetre decharge(pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
96
Puisque notre but agrave travers la recherche de lrsquoemplacement ideacuteal du dispositif
STATCOM est drsquoaugmenter la stabiliteacute de tension c-agrave-d maximiser le facteur de charge 120582 du
systegraveme tous en controcirclant la tension et minimisant les pertes des puissances actives et
reacuteactives nous placcedilons le mecircme STATCOM sur ces diffeacuterents nœuds fragiles et nous
observons lrsquoimpact qursquoil peut apporter
Le STATCOM placeacute sur le nœud 3 de la zone 2 et le nœud 15 de la zone 3 offre le
maximum du facteur de charge (voir figure IV18)
Les courbes V(p) avec le STATCOM sur les nœuds 3 et 15 sont illustreacutes sur les figures
(IV19) et (IV20) ainsi leurs profils des tensions sont illustreacutes sur les figures (IV21) et
(IV22)
Drsquoapregraves ces figures on constate une leacutegegravere ameacutelioration de tension sur les nœuds 2 3 et
4 pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3
Pour le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 15 on remarque sur les profils des
tensions une leacutegegravere baisse de tension sur les nœuds 5 6 7 8 9 11 et 13 et une ameacutelioration
pour les nœuds 15 16 17 18 et 20
Figure IV19 Courbe V(P) avec STATCOM au
nœud 03
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
115
12
Lambda(pu)
Tensio
n (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
X 2325
Y 08385
V3
V17
V18
V27
Figure IV20 Courbe V(P) avec STATCOM au
nœud 15
0 05 1 15 2 2507
075
08
085
09
095
1
105
11
X 234
Y 07461
Lambda(pu)
Tensio
ns(p
u)
Zone 3 avec STATCOM au noeud 15
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
97
Les profils des pertes de puissance actives et reacuteactives sont montreacutes agrave la figure (IV23)
et la figure (IV24) respectivement pour le STATCOM au nœud 3 et les figures (IV25) et
(IV26) pour le STATCOM au nœud 15 Lrsquoaugmentation des pertes actives et reacuteactives au
voisinage du point drsquoeffondrement est grande dans le cas du STATCOM placeacute sur le nœud 3
et 15 presque pour tous les nœuds
Figure IV21 Profils des tensions du systegraveme
avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 3
Figure IV22 Profils des tensions du systegraveme
avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns(p
u)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec STATCOM au noeud 15
Figure IV23 Profils de pertes de puissances
actives avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 03
Figure IV24 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec STATCOM au nœud 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 2 avec STATCOM au noeud 3
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 03
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
98
IV512) Synthegravese
Les diffeacuterents emplacements du STATCOM preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE
39 nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV27) et
(IV28) syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du STATCOM Notre choix du nœud 8
comme un nœud fragile qui avait besoin drsquoecirctre soutenu est raisonnable vu lrsquoapport qursquoil a
fourni (figure IV28)
Figure IV25 Profils de pertes de puissance actives
avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec STATCOM au 15
Figure IV26 Profils de pertes de puissance
reacuteactives avec STATCOM au nœud 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Zone 3 avec STATCOM au noeud 15
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec STATCOM au 15
Figure IV27 Pertes de puissances actives et reacuteactives totales pour les
diffeacuterents emplacements du STATCOM [Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
0
20
40
60
80
100
Base STATCOMau 08
STATCOMau 03
STATCOMau 15
404 354 418 415
895298
738
9261 9249
Pertes de puissancesactives (pu)
Pertes de puissancesreacuteactives (pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
99
IV6) Emplacement du SSSC
Comme nous lrsquoavons deacutejagrave signaleacute dans le chapitre 2 Un SSSC fonctionne sans la
preacutesence drsquoune source de tension externe Il opegravere comme une source de tension en seacuterie agrave la
ligne Cette source geacutenegravere une tension en quadrature avec et controcircleacutee seacutepareacutement du courant
qui passe agrave travers la ligne dont le but drsquoaugmenter ou de diminuer la tension injecteacute en seacuterie
dans la ligne et par conseacutequence controcircler le flux de puissance qui passe agrave travers la ligne
Son fonctionnement est similaire agrave une compensation seacuterie par un condensateur Si on
eacutecrit la tension geacuteneacutereacutee par le SSSC en fonction du courant de la ligne on obtient le mecircme
reacutesultat que dans une compensation seacuterie avec un condensateur
119880119902 = minus119895 119883119888119868
Avec
119883119888 Reacuteactance capacitive du condensateur
(IV15)
Figure IV28 Rapport global des tensions pour les diffeacuterents emplacements du STATCOM
[Extrait de lrsquoannexe B1 B2]
07846081614
073999
0
02
04
06
08
1
12
1 5 10 15 20 25 30 35
Zone 1 (08)
Zone 2 (03)
Zone 3 (15)
Base
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
100
Mais comme le SSSC est une source de tension il peut alors maintenir une tension
constante puisque il la controcircle indeacutependamment du courant de la ligne Dans ce cas le SSSC
peut augmenter ou diminuer le flux de puissances agrave travers la ligne simplement en controcirclant
la tension injecteacutee en seacuterie agrave la ligne
Dans nos simulations nous avons reacutegleacute la tension injecteacutee entre ses limites ainsi le taux de
compensation du SSSC
IV61) Impact du SSSC
Drsquoapregraves la figure (IV6) et la figure (IV9) le nœud 8 le plus fragile est alimenteacute par trois
lignes 8-5 8-7 et 8-9 Donc pour seacutelectionner lrsquoemplacement du SSSC nous allons nous baser
sur lrsquoaugmentation maximale de la puissance au point de lrsquoeffondrement [34] Les figures
(IV29) et (IV30) montrent clairement que les puissances actives et reacuteactives sur la ligne 15
(8-9) sont maximales au point de lrsquoeffondrement de tension
Apregraves lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 15 les figures (IV31) (IV32) et (IV33)
montrent les courbes V(p) des 3 zones le point de bifurcation pour le SSSC inseacutereacutee sur la
ligne 15 survient agrave une valeur de charge supeacuterieure c-agrave-d λ = 239 pu Nous pouvons
remarquer que les courbes V(p) gardent toujours la partie infeacuterieure (partie instable) de la
courbe
Figure IV29 Puissances actives
maximales au point drsquoeffondrement
0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Lambda (pu)
Puis
sance a
ctives (
pu
X 228
Y -08897
X 228
Y 4079
X 228
Y 7041
PBUS05 BUS08
PBUS07 BUS08
PBUS08 BUS09
Figure IV30 Puissances reacuteactives
maximales au point drsquoeffondrement
0 05 1 15 2-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
Lambda (pu)
Puis
sances r
eacuteactives(p
u)
X 228
Y 1762
X 228
Y -05669
X 228
Y -4221
QBUS05 BUS08
QBUS07 BUS08
QBUS08 BUS09
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
101
Les profils des tensions des pertes actives et reacuteactives sont illustreacutes sur les figures
(IV34) (IV35) (IV36) respectivement
Figure IV32 Courbe V(P) de la zone 2 avec SSSC
sur la ligne 15
0 05 1 15 2 25065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
115
X 239
Y 07389
Lambda (pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 2 avec SSSS sur la ligne 15
V3
V17
V18
V27
Figure IV31 Courbe V(P) de la zone 1 avec
SSSC sur la ligne 15
0 05 1 15 2 250
02
04
06
08
1
12
14
X 239
Y 06732
Lambda(pu)
Tensio
n(p
u)
Zone 1 avec SSSC sur la ligne 15 V4
V5
V6
V7
V8
V12
V14
Figure IV33 Courbe V(P) de la zone 3 avec SSSC sur la ligne 15
0 05 1 15 2 2505
06
07
08
09
1
11
12
X 239
Y 06487
Lambda (pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 avec SSSC sur la ligne 15
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
102
Figure IV34 Profils des tensions du systegraveme avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tens
ions
(pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 15
Figure IV35 Profils de pertes de
puissances actives avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Noeuds
Pert
es a
ctives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 15
Figure IV36 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 15
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
103
Drsquoapregraves ces reacutesultats nous pouvons conclure que le SSSC inseacutereacute sur la ligne 15 de la
zone 1 nrsquoa pas ameacutelioreacute les profils de tension les pertes actives et reacuteactives au point
drsquoeffondrement de tension
Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion pour le SSSC nous allons le placeacute dans
la zone 3 ougrave se trouve le 2egraveme nœud fragile drsquoapregraves la courbe de la figure IV9 qui est le nœud
15
Nos simulations nous en permettent de trouver 2 situations critiques lors de
lrsquoeffondrement de tension sur la ligne 45 (22- 35) et la ligne 48 (29- 38) leurs puissances
actives et reacuteactives au point drsquoeffondrement sont illustreacutees par les figures (IV37) et (IV38)
IV611) SSSC inseacutereacute sur la ligne 45
Nous avons inseacutereacute le SSSC sur la ligne 45 entre le nœud 22 et le nœud 35 la courbe
V(p) de la zone 3 (zone drsquoinsertion du SSSC) les profils de tensions les pertes actives et
reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV39) (IV40) (IV41) et (IV42) respectivement
Figure IV37 Puissances actives
maximales au point drsquoeffondrement de la
zone 3
0 05 1 15 2-20
-15
-10
-5
0
5
X 228
Y -1513
Lambda (pu)
Puis
sances a
ctives (
pu)
Zone 3 Etat de base
X 228
Y -1895
PBUS22 BUS35
PBUS29 BUS38
Figure IV38 Puissances reacuteactives
maximales au point drsquoeffondrement de la
zone 3
0 05 1 15 2-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
X 2281
Y -3841
Lambda (pu)
puis
sances r
eacuteactives (
pu)
Zone 3 Etat de base
X 2281
Y -945Q
BUS22 BUS35
QBUS29 BUS38
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
104
Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 45 les profils des tensions sont meilleurs par apport
agrave ceux du SSSC sur la ligne 15 de la zone 1
IV612) SSSC inseacutereacute sur la ligne 48
Dans lrsquoobjectif de trouver une meilleur insertion du SSSC sur notre reacuteseau de transport
nous allons lrsquoinseacutereacute sur la ligne 48 entre le nœud 29 et le nœud 38 la courbe V(p) les profils
de tensions les pertes actives et reacuteactives sont illustreacutees sur les figures (IV43) (IV44)
(IV45) et (IV46) respectivement
Figure IV40 Profils des tensions du systegraveme
avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV41 Profils de pertes de puissances
actives avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV42 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pert
es r
eacuteactives (
pu)
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 45
Figure IV39 Courbe V(P) de la zone 3 avec
SSSC sur la ligne 45
0 05 1 15 2 25065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
115
X 234
Y 07265
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 SSSC sur la ligne 45
V15
V16
V21
V24
V28
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
105
Pour le cas du SSSC inseacutereacute sur la ligne 48 les profils des tensions ne sont pas meilleurs
par apport au cas du SSSC sur la ligne 45 mais pour les pertes reacuteactives lrsquoinsertion sur la
ligne 48 est meilleure que pour lrsquoinsertion sur la ligne 45
Figure IV43 Courbe V(P) de la zone 3 avec
SSSC sur la ligne 48
0 05 1 15 2 25
065
07
075
08
085
09
095
1
105
11
X 2306
Y 0704
Lambda(pu)
Tensio
ns (
pu)
Zone 3 avec SSSC sur la ligne 48
V15
V16
V21
V24
V28
Figure IV44 Profils des tensions du systegraveme
avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 400
02
04
06
08
1
12
Noeuds
Tensio
ns (
pu)
105pu
095 pu
Tension de base
Tension avec SSSC sur la ligne 48
Figure IV46 Profils de pertes de puissances
reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 40-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Petes reacuteactiv
es (pu)
Pertes reacuteactives de base
Pertes reacuteactives avec SSSC sur la ligne 48
Figure IV45 Profils de pertes de puissances
actives avec SSSC sur la ligne 48
Figure (IV45) Profils de pertes de puissance
actives avec SSSC sur la ligne 48
0 5 10 15 20 25 30 35 40-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Noeuds
Pertes activ
es (pu)
Pertes actives de base
Pertes actives avec SSSC sur la ligne 48
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
106
IV613) Synthegravese
Les diffeacuterents emplacements du SSSC preacutesenteacutes pour le reacuteseau de transport IEEE 39
nœuds possegravedent tous leurs propres avantages et deacutesavantages Les figures (IV47) et (IV48)
syntheacutetisent les diffeacuterents emplacements du SSSC
Lrsquoinsertion du SSSC sur la ligne 45 de la zone 3 nous a fourni des meilleurs reacutesultats au
point drsquoeffondrement
Figure IV47 Maximum du facteur de charge avec SSSC
[Extrait de lrsquoannexe B1 B3]
222
224
226
228
23
232
234
236
238
24
Base SSSC agrave laligne 15
SSSC agrave laligne 45
SSSC agrave laligne 48
22806
239
234
23
Paramegravetre de charge(pu)
Paramegravetre de charge(pu)
Figure IV48 Pertes actives et reacuteactives totales pour les diffeacuterents
emplacements du SSSC [Extrait de lrsquoannexe B1 B3]
0
20
40
60
80
100
120
Base SSSC agrave laligne 15
SSSC agrave laligne 45
SSSC agrave laligne 48
404 466 402 363
89529810482
8381 8211
Pertes Actives (pu)
Pertes Reactives (pu)
AMELIORATION DE LA STABILITE DU RESEAU DE TRANSPORT PAR LES FACTS
CHAPITRE IV
107
IV7) Conclusion
Nous avons preacutesenteacute dans ce chapitre une eacutetude de lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute des
reacuteseaux eacutelectriques en y inseacuterant deux systegravemes FACTS le STATCOM (Static Synchronous
Compensator) et le SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Le reacuteseau utiliseacute pour
les simulations est le reacuteseau de transport IEEE_39 nœuds Lrsquoanalyse des performances du
reacuteseau porte sur le support du profil de tension lrsquoaugmentation de la stabiliteacute en tension et la
diminution des pertes actives et reacuteactives et ce pour lrsquoeffondrement de tension Le
programme utiliseacute est un logiciel de calcul drsquoeacutecoulement de puissance (PF) et le calcul
continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF) [PSAT]
Les tests effectueacutes ont montreacute plusieurs reacutesultats inteacuteressants Tout drsquoabord le systegraveme
FACTS shunt (le STATCOM) assure une stabilisation globale du reacuteseau En effet dans tous
les cas le STATCOM tend soit agrave stabiliser tous les nœuds soit en agrave stabiliser certains sans
affecter les autres En tout eacutetat de cause ce systegraveme nrsquoa jamais deacutestabiliseacute un nœud quel qursquoil
soit En fait le STATCOM ameacuteliore les performances du reacuteseau eacutelectrique (surtout en termes
de stabiliteacute et de soutien de tension) en fournissant de la puissance reacuteactive dans la zone de
charge Ceci doit ecirctre nuanceacute en ce qui concerne le compensateur seacuterie Si celui ndashci peut avoir
un bon comportement local crsquoest-agrave-dire dans la zone ougrave il est implanteacute en augmentant le
paramegravetre de charge il peut deacutestabiliser certains nœuds du reacuteseau Cette deacutestabilisation risque
drsquoecirctre importante Pour ecirctre efficace un SSSC doit ecirctre implanteacute sur une ligne preacutesentant des
puissances maximales au point drsquoeffondrement
Les reacutesultats obtenus pour la stabiliteacute de tension restent valables pour le support du
profil de tension On peut toutefois noter que la stabiliteacute drsquoun nœud ne deacutepend pas
uniquement de son niveau de tension crsquoest-agrave-dire qursquoun nœud agrave tension eacuteleveacutee peut malgreacute
tout ecirctre instable
Gracircce agrave lrsquoinsertion de ces deux systegravemes FACTS on pourra suivant les cas eacuteviter un
effondrement de tension du reacuteseau Les FACTS ont donc un apport beacuteneacutefique en termes de
seacutecuriteacute du reacuteseau
108
Conclusion geacuteneacuterale
Conclusion geacuteneacuterale
109
Le deacuteveloppement de leacutelectronique de puissance a permet dameacuteliorer la gestion des
reacuteseaux eacutelectriques en introduisant un nouveau concept par les systegravemes de transmission de
leacutenergie agrave courant alternatif flexible appeleacutee FACTS avec lesquels le controcircle du flux de
puissance active et reacuteactive ainsi que laugmentation des capaciteacutes de charge des lignes sont
atteints et performeacutes par linjection des tension (ou courant) des convertisseur conccedilus avec des
interrupteurs statiques modernes commandeacutees en ouverture et en fermeture tels que les GTO
IGBT concernant la nouvelle geacuteneacuteration de ces systegravemes FACTS
Dans le contexte de lrsquoinsertion des systegravemes FACTS dans les reacuteseaux eacutelectriques nous
avons orienteacute nos travaux vers lrsquoeacutetude de la stabiliteacute de tension en reacutegime statique
speacutecialement lrsquoemplacement optimal des dispositifs FACTS en utilisant le calcul continu de
lrsquoeacutecoulement de puissance
Nous avons dans ce cadre choisi drsquoeacutetudier le comportement de deux dispositifs FACTS
qui sont
le Compensateur Statique Synchrone le STATCOM (Static Synchronous
Compensator)
le Conpensateur statique seacuterie synchrone le SSSC (Static Synchronous Series
Compensator
Ces dispositifs ont eacuteteacute choisis comme base de deacutepart en vue de lrsquoeacutetude ulteacuterieure de
systegravemes FACTS plus complexes
Lrsquoimpact des systegravemes FACTS sur lrsquoeffondrement de tension a eacuteteacute meneacute agrave bien agrave lrsquoaide
de deux logiciels le PSAT et le MATLAB et deux modegraveles FACTS ont eacuteteacute utiliseacutes Pour les
simulations statiques nous avons utiliseacute le reacuteseau de transport IEEE 39 nœuds le facteur de
charge a eacuteteacute calculeacute par la technique du calcul continu de lrsquoeacutecoulement de puissance (CPF)
Cette technique a montreacute ses capaciteacutes agrave surmonter les problegravemes de la singulariteacute de la
matrice jacobienne rencontreacutes dans les algorithmes standards de calcul de lrsquoeacutecoulement de
puissance
Les simulations statiques ont montreacute lrsquoapport incontestable des FACTS dans
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute de tension Le systegraveme FACTS shunt le STATCOM stabilise le
reacuteseau de faccedilon globale alors que le SSSC a un meilleur comportement local Lrsquoimplantation
Conclusion geacuteneacuterale
110
du SSSC doit ecirctre faite sur une ligne preacutesentant des puissances maximales au point de
lrsquoeffondrement Ces reacutesultats sont eacutegalement valables en ce qui concerne le support du profil
de tension Les FACTS ameacuteliorent le niveau de seacutecuriteacute du reacuteseau car on pourra gracircce agrave leur
insertion et suivant les cas eacuteviter lrsquoeffondrement de tension
Nous pouvons maintenant eacutenoncer quelques perspectives ayant pour objectif de
compleacuteter ce que nous avons preacutesenteacute dans ce rapport de meacutemoire
bull Comparaison entre tous les types des FACTS et leur impact sur le pheacutenomegravene de
lrsquoeffondrement de tension
bull Lorsque les compensations shunt et seacuterie seront bien connues nous pourrons alors nous
inteacuteresser aux deacutephaseurs commandeacutes par thyristors et agrave lrsquoUPFC le compensateur
universel qui reacuteunit agrave lui seul les fonctions FACTS de compensation shunt et seacuterie et de
deacutephasage
bull Pour les besoins de la deacutetermination de lrsquoemplacement optimal des FACTS nous
proposons pour un futur travail de deacutevelopper un programme baseacute sur les meacutethodes
heuristiques qui simule lrsquoemplacement optimal des FACTS dans un reacuteseau eacutelectrique
bull Le raccordement des eacutenergies renouvelables aux reacuteseaux intelligents dits laquosmart
gridsraquo lrsquoun des deacutefis des eacutenergies renouvelables telles que lrsquoeacuteolien ou le solaire reacuteside
dans le risque drsquointerruption de leur production dont la stabiliteacute est menaceacutee par leur
caractegravere aleacuteatoire Les systegravemes FACTS apportent une solution agrave ce problegraveme de
capaciteacute et de stabiliteacute du reacuteseau lequel integravegre une part croissante deacutenergie
renouvelable
111
Bibliographie
112
[1] Site Internet httpsfrscribdcomdocument1602868764597291-Generalites-Sur-
Les-Reseaux-Electriques Geacutenie eacutelectrique laquo Reacuteseaux eacutelectriques raquo Geacuteneacuteraliteacutes sur
les reacuteseaux eacutelectriques chapitre 1 extraitpdf
[2] Site Internet wwwcrefrreseauxreseaux-publics laquoDescription geacuteneacuterale des
reacuteseaux drsquoeacutelectriciteacuteraquo Commission de Reacutegulation de lrsquoEnergie (CRE)
[3] Lilien J l laquoTransport et Distribution de lrsquoEnergie Electriqueraquo cours donneacute agrave
lrsquoInstitut drsquoElectriciteacute Montefiore Universiteacute de liegravege 2010
[4] Site Internet httpwwwenedisfrfonctionnement-du-reseau
[5] Noui Issam laquoReacuteduction des pertes dans les reacuteseaux eacutelectriques par la compensation
seacuterie TCSC raquo meacutemoire de Master Universiteacute Mohamed Khider Biskra 08
deacutecembre 2015
[6] K A Hamoud laquo Modeacutelisation des grands systegravemes eacutelectriques interconnecteacutes
application agrave lanalyse de seacutecuriteacute dans un environnement compeacutetitif raquo Thegravese de
Doctorat Grenoble-INP 2010
[7] Keramane Abdelnour laquoMaghreb de lrsquointerconnexion des reacuteseaux eacutelectriques agrave
lrsquointeacutegration eacutenergeacutetiqueraquo Article 047 octobre 2015
[8] Boukadoum Aziz laquocontribution agrave lrsquoanalyse et la reacuteduction de la pollution
harmonique dans le reacuteseau eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Magister Universiteacute Badji
Mokhtar Annaba 21 octobre 2007
[9] Site drsquointernet http wwwcrefrreseauxreseaux-publics-d-electricitequalite-de-
l-electricitesection2_1
[10] Vanya Ignatova laquoMeacutethodes drsquoanalyse de la qualiteacute de lrsquoeacutenergie eacutelectrique
Application aux creux de tension et agrave la pollution harmoniqueraquo Thegravese de Doctorat
Universiteacute JOSEPH FOURIER 20 Octobre 2006
[11] Site drsquointernet httpwwwsig-gechprofessionnelsimmobilierles-energiesvotre-
electricitequalite-de-l-electricite
[12] Technique de lrsquoingeacutenieur laquoProbleacutematiques communes des reacuteseaux eacutelectriques du
fonctionnement au comptage Ti302- Reacuteseaux eacutelectriques et applications Reacutef
Internet 42266 | 2e eacuteditionraquo
[13] Site drsquointernet httpwwwpagesjaunescatrucsla-surtension-quest-ce-que-cest
[14] Haimour Rachida laquoControcircle des Puissances Reacuteactives et des Tensions par les
Dispositifs FACTS dans un Reacuteseau Eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Magister ENSET ndash
ORAN -2009
Bibliographie
s
113
[15] Houari Boudjella laquoControcircle des puissances et des tensions dans un reacuteseau de
transport au moyen de dispositif FACTS (SVC) raquo Meacutemoire de Magister
Universiteacute Djillali Liabes Sidi Bel Abbes 23 janvier 2008
[16] Bulletin sur la qualiteacute de lrsquoeacutelectriciteacute laquoLe deacuteseacutequilibre de tension et de courantraquo Ndeg
G1546F Hydro Quebec 2014
[17] Site Internet https frscribdcomdocument74812348Reacuteseaux-eacutelectriques
laquoGeacuteneacuteraliteacutes sur les reacuteseaux eacutelectriquesraquo Chapitre 1
[18] Rabah Benahid Mohamed Boudour laquoAmeacutelioration de la stabiliteacute de tension dans
les reacuteseaux eacutelectriqueraquo Ouvrage eacutedition universitaires europeacuteennes 2014
[19] Boutaba Samira laquoAmeacutelioration de la stabiliteacute drsquoun reacuteseau eacutelectrique par lrsquoutilisation
drsquoun ASVCraquo Meacutemoire de Magister Universiteacute Hassiba Ben Bouali Chlef 09 juin
2009
[20] Bounouira Adlane laquoEtude de la stabiliteacute transitoire des reacuteseaux eacutelectriquesraquo
Meacutemoire de Master Universiteacute Constantine I 24 juin 2014
[21] Yvon Besanger laquoEtude des FACTS (Flexible AC Transmission System) et de leur
comportement dans les reacuteseaux de transport et dinterconnexionraquo Thegravese de
Doctorat Institut national polytechnique de Grenoble 05 Juillet 1996
[22] Site Internet httpsfrwikipediaorgwikicompensation_de_puissance_reacuteactive
laquoCompensation de puissance reacuteactiveraquo
[23] Farid Hamoudi laquoAchitectures des reacuteseaux eacutelectriques Power systemraquo cours UEF
10 novembre 2015
[24] Hingorani Narain G Laszlo Gyugyi laquoUnderstanding FACTS Concepts And
Technoloqy of Flexible AC Transmission Systemsraquo Ouvrage Edition 2001
[25] Larbi Boumediene laquoPlacement Des Dispositifs laquoD-FACTSraquo et controcircle des
tensions dans un reacuteseau de distribution raquo Thegravese de doctorat es-science lUSTO 04
Janvier 2010
[26] Kassou Amina Merzougui Meriem laquo Impact drsquoun dispositif FACTS (Flexible AC
Transmission Systems) sur lrsquoeacutecoulement de puissanceraquo Meacutemoire de Master
Universiteacute de Saida 28 octobre 2013
[27] Ben Hakkoum Med abdelilah Legougui Ali laquo Compensation de lrsquoeacutenergie reacuteactive
drsquoun reacuteseau IEEE par systegraveme FACTSraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi
Merbah Ourgla 2016
[28] Alain Innocent Leka laquo Ameacutelioration du transit de puissance par les FACTS et
simulation sur MatlabSimulink dun reacuteseau eacutelectriqueraquo Diplocircme de professeur
114
drsquoenseignement technique deuxiegraveme grade 2008
[29] Kerbaa Amel laquo Etude de lrsquoinfluence des systegravemes FACTS sur la qualiteacute de
lrsquoeacutenergie eacutelectriqueraquo Meacutemoire de Master 02 Juin 2013
[30] Ay Abdelouahab laquo Modeacutelisation et Analyse drsquoun Compensateur Statique SVCraquo
Meacutemoire de Magister Universiteacute Batna 1 02 mai 2013
[31] Hamadou ZakariaM laquo Optimisation des paramegravetres drsquoun FACTS shunt pour
lrsquoameacutelioration de la stabiliteacute transitoire drsquoun systegraveme eacutelectriqueraquo Meacutemoire de
Magister Universiteacute Seacutetif 1 20 Juin 2012
[32] Oussama Mammeri laquoDiffeacuterentes meacutethodes de calcul de la puissance reacuteactive dans
un nœud agrave charge non lineacuteaire en preacutesence dun systegraveme de compensation de
leacutenergieraquo Universiteacute de Batna 2 Meacutemoire de Magister 2012
[33] Benras Med Amine Laroui souleymane laquo Utilisation drsquoun dispositif STATCOM
pour lrsquoameacutelioration du transit de puissance drsquoun reacuteseau de transport drsquoeacutenergie
alternatifraquo Meacutemoire de Master Universiteacute Kasdi Merbah Ourgla 09 Juin 2015
[34] Bekri oum el fadhel loubaba laquoContribution agrave lrsquoeacutetude des systegravemes FACTS
(Flexible AC Transmission Systems) et leurs emplacements optimaux dans les
reacuteseaux eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat en Eacutelectrotechnique Universiteacute Djilali
Liabes de Sidi-Bel-Abbegraves 2013
[35] Federico Milano laquo Power System Analysis Toolbox Documentation for PSATraquo
version 218 Janvier 6 2013
[36] Diana Iuliana Craciun laquo Modeacutelisation des eacutequivalents dynamiques des reacuteseaux
eacutelectriquesraquo Thegravese de Doctorat 15 Deacutecembre 2010
[37] Abdelaagraveli Alibi laquo Controcircle des Reacuteseaux Electriques par les Systegravemes FACTS
(Flexible AC Transmission Systems raquo Meacutemoire de Magister Universiteacute de Batna
13 Juin 2009
115
Annexes
116
117
A Donneacutees du reacuteseau IEEE 39 nœuds
Lines Power
rating
(MVA)
Voltage
Rating
(kV)
Frequence
rating
(Hz)
Trnasfo-
magnitude
Resistance
(pu)
Reactance
(pu)
Supstance
1-2 100 100 60 000000 000350 004110 069870
1-39 100 100 60 000000 00010 002500 075000
1-39 100 100 60 000000 000200 005000 037500
2-3 100 100 60 000000 000130 001510 025720
2-25 100 100 60 000000 000700 000860 014600
3-4 100 100 60 000000 000130 002130 022140
3-18 100 100 60 000000 000110 001330 021380
4-15 100 100 60 000000 000080 001280 013420
4-14 100 100 60 000000 000080 001290 013820
5-6 100 100 60 000000 000020 000260 004340
5-8 100 100 60 000000 000080 001120 014760
6-7 100 100 60 000000 000060 000920 011300
6-11 100 100 60 000000 000070 000820 013890
7-8 100 100 60 000000 000040 000460 007800
8-9 100 100 60 000000 000230 003630 038040
9-39 100 100 60 000000 000100 002500 120000
10-11 100 100 60 000000 000040 000430 007290
10-13 100 100 60 000000 000040 000430 007290
13-14 100 100 60 000000 000090 001010 017230
14-15 100 100 60 000000 000180 002170 036600
15-16 100 100 60 000000 000090 000940 017100
16-17 100 100 60 000000 000070 000890 013420
16-19 100 100 60 000000 000160 001950 030400
16-21 100 100 60 000000 000080 001350 025480
16-24 100 100 60 000000 000030 000590 006800
17-18 100 100 60 000000 000070 000820 013190
17-27 100 100 60 000000 000130 001730 032160
21-22 100 100 60 000000 000080 001400 025650
22-23 100 100 60 000000 000060 000960 018460
23-24 100 100 60 000000 000220 003500 036100
25-26 100 100 60 000000 000320 003230 051300
26-27 100 100 60 000000 000140 001470 023960
26-28 100 100 60 000000 000430 004740 078020
26-29 100 100 60 000000 000570 006250 102900
28-29 100 100 60 000000 000140 001510 024900
2-30 100 100 60 102500 000000 001810 000000
6-31 100 100 60 107000 000000 002500 000000
6-31 100 100 60 107000 000000 005000 000000
10-32 100 100 60 107000 000000 002000 000000
12-11 100 100 60 100600 000160 004350 000000
12-13 100 100 60 100600 000160 004350 000000
19-20 100 100 60 106000 000070 001380 000000
19-33 100 100 60 107000 000070 001420 000000
20-34 100 100 60 100900 000090 001800 000000
22-35 100 100 60 102500 000000 001430 000000
23-36 100 100 60 100000 000050 002720 000000
25-37 100 100 60 102500 000060 002320 000000
29-38 100 100 60 102500 000080 001560 000000
118
Ndeg du geacuteneacuterateur
H (sec)
119877119886 119883prime119889 119883prime119902 119883119889 119883119902 119879prime119889119900 119879prime119902119900 119883119897
1 50000 0 00006 0008 002 0019 7 07 0003
2 303 0 00697 0170 0295 0282 656 15 0035
3 353 0 00531 00876 02495 0237 57 15 00304
4 286 0 00436 0166 0262 0258 569 15 00295
5 260 0 0132 0166 067 062 54 044 0054
6 348 0 005 00814 0254 0241 73 04 00224
7 264 0 0049 0186 0295 0292 566 15 00322
8 243 0 0057 00911 02920 0280 67 041 0028
9 345 0 0057 00587 02106 0205 479 196 00298
10 420 0 0031 0008 01 0069 102 0 00125
Ndeg du geacuteneacuterateur
119870119860 119879119860 119881119877119872119868119873 119881119877119872119860119883 119870119864 119879119864 119870119865 119879119865 1198621 1198622
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 62 005 -10 10 -0633 0405 057 05 066 088
3 50 006 -10 10 -00198 05 008 10 013 034
4 50 006 -10 10 -00525 05 008 10 008 0314
5 400 002 -100 -100 -10 0785 003 10 007 091
6 50 002 -10 10 -00419 0417 00754 1246 0064 0251
7 400 002 -65 65 -10 073 003 10 053 074
8 50 002 -10 10 -0047 0528 00854 126 0072 0282
9 400 002 -105 105 -10 14 003 10 062 085
10 50 006 -10 10 -00485 025 004 1 008 026
Annexe A1 Donneacutees du reacuteseau IEEE 39-nœud
119
B Reacutesultats du power flow avec le PSAT
POWER FLOW REPORT
P S A T 219
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail federicomilanoucdie
website faraday1ucdiepsathtml
File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeb_d_Ieee39
Date 09-Jun-2017 153332
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 337
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
120
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 098837 -066635 0 0 0 0
BUS02 091007 -052232 0 0 0 0
BUS03 077924 -068701 0 0 73428 005473
BUS04 065385 -074122 0 0 114019 41959
BUS05 066496 -062088 0 0 0 -044217
BUS06 067682 -055724 0 0 0 0
BUS07 063518 -07578 0 0 53315 19155
BUS08 063731 -080455 0 0 119035 40135
BUS09 088016 -076257 0 0 0 0
BUS10 072414 -036303 0 0 0 0
BUS11 070043 -042663 0 0 0 0
BUS12 063569 -043042 0 0 019383 20067
BUS13 070204 -042245 0 0 0 0
BUS14 067659 -057193 0 0 0 0
BUS15 069422 -062942 0 0 72972 3489
BUS16 076104 -052743 0 0 75116 073656
BUS17 076356 -060644 0 0 0 0
BUS18 076264 -066831 0 0 3603 068411
BUS19 091709 -024485 0 0 0 0
BUS20 089167 -031561 0 0 155065 23488
BUS21 077199 -035331 0 0 62482 26224
BUS22 088171 -006877 0 0 0 0
BUS23 086321 -008056 0 0 56439 19292
BUS24 07756 -051796 0 0 70372 -21025
BUS25 093695 -045068 0 0 5108 10763
BUS26 083005 -050209 0 0 31697 038766
121
BUS27 077377 -062834 0 0 64079 17217
BUS28 086833 -029065 0 0 46976 062938
BUS29 090865 -013955 0 0 64649 061342
BUS30 10475 -04087 58254 95686 0 0
BUS31 098193 0 133488 175863 020979 01049
BUS32 098303 010972 151461 187014 0 0
BUS33 099716 -000678 147267 10807 0 0
BUS34 10123 -008336 118373 79733 0 0
BUS35 10492 017356 151459 157144 0 0
BUS36 10635 031043 13049 101381 0 0
BUS37 10278 -013919 125829 6659 0 0
BUS38 10265 018789 193404 113176 0 0
BUS39 103 -074024 233017 127501 251753 57009
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -07402
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 000039
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098206
e1d_Syn_2 000015
delta_Syn_3 011009
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098313
e1d_Syn_3 000028
delta_Syn_4 -00064
omega_Syn_4 1
122
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000032
delta_Syn_5 -008265
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000057
delta_Syn_6 017388
omega_Syn_6 1
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 031077
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 00003
delta_Syn_8 -013886
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000027
delta_Syn_9 018826
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000028
delta_Syn_10 -040867
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
123
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098193
vr1_Exc_2 10001
vr2_Exc_2 -1179
vf_Exc_2 098246
vm_Exc_3 098303
vr1_Exc_3 10012
vr2_Exc_3 -07868
vf_Exc_3 09835
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079795
vf_Exc_4 099744
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030385
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10492
vr1_Exc_6 10706
vr2_Exc_6 -067176
vf_Exc_6 10496
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10855
vr2_Exc_7 -031913
vf_Exc_7 10638
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073425
vf_Exc_8 1028
124
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57287
tg2_Tg_2 57287
tg3_Tg_2 43538
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
125
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
tg3_Tg_10 19
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 233017
p_Syn_1 233017
q_Syn_1 127501
vf_Syn_2 098246
pm_Syn_2 133489
p_Syn_2 133488
q_Syn_2 175863
vf_Syn_3 09835
pm_Syn_3 151461
p_Syn_3 151461
q_Syn_3 187014
vf_Syn_4 099744
pm_Syn_4 147267
p_Syn_4 147267
q_Syn_4 10807
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 118373
126
p_Syn_5 118373
q_Syn_5 79733
vf_Syn_6 10496
pm_Syn_6 151462
p_Syn_6 151459
q_Syn_6 157144
vf_Syn_7 10638
pm_Syn_7 13049
p_Syn_7 13049
q_Syn_7 101381
vf_Syn_8 1028
pm_Syn_8 125829
p_Syn_8 125829
q_Syn_8 6659
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 193404
p_Syn_9 193404
q_Syn_9 113176
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 58254
p_Syn_10 58254
q_Syn_10 95686
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
127
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -29402 20187 005093 -003257
BUS01 BUS39 2 14701 -10093 000582 -023653
BUS01 BUS39 3 14701 -10093 000582 -023653
BUS02 BUS03 4 83713 76933 020549 22022
BUS02 BUS25 5 -5537 18564 029017 023195
BUS03 BUS04 6 15723 44591 004916 069085
BUS03 BUS18 7 -07493 097723 000298 -0091
BUS04 BUS05 8 -40818 -009527 003119 044062
BUS04 BUS14 9 -57969 -033235 006305 095555
BUS05 BUS06 10 -111502 -18364 005774 073114
128
BUS05 BUS08 11 70371 17427 00953 12716
BUS06 BUS07 12 95297 33531 01339 20045
BUS06 BUS11 13 -75986 -083911 008922 097932
BUS07 BUS08 14 40642 -056691 001668 016022
BUS08 BUS09 15 -091415 -42695 010425 14208
BUS09 BUS39 16 -10184 -56903 003659 -018671
BUS10 BUS11 17 7823 34845 005605 056551
BUS10 BUS13 18 73231 32305 004896 048928
BUS13 BUS14 19 71513 16135 00984 10223
BUS14 BUS15 20 1193 -069671 000707 -008669
BUS15 BUS16 21 -61113 -4099 010049 095887
BUS16 BUS17 22 51209 -045295 00319 032762
BUS16 BUS19 23 -102938 -39142 033316 38445
BUS16 BUS21 24 -75106 041206 007824 11706
BUS16 BUS24 25 -10399 -18394 000228 00046
BUS17 BUS18 26 43783 -019098 002304 019313
BUS17 BUS27 27 071071 -058958 000167 -016774
BUS21 BUS22 28 -13837 -3381 027167 4578
BUS22 BUS23 29 10372 15681 000291 -009404
BUS23 BUS24 30 83187 33043 023923 35628
BUS25 BUS26 31 15326 27558 004095 001147
BUS26 BUS27 32 57848 2892 008598 07485
BUS26 BUS28 33 -3195 -031065 006372 013951
BUS26 BUS29 34 -42678 -022476 015083 087458
BUS28 BUS29 35 -79563 -10795 011934 10905
BUS02 BUS30 36 -58254 -74984 0 20702
BUS06 BUS31 37 -65695 -25408 0 61999
BUS06 BUS31 38 -65695 -25408 0 61999
BUS10 BUS32 39 -151461 -6715 0 119864
129
BUS12 BUS11 40 -007516 -099262 000397 010795
BUS12 BUS13 41 -011868 -10141 000418 011357
BUS19 BUS20 42 38649 -17168 001672 032972
BUS19 BUS33 43 -144918 -60419 02349 47652
BUS20 BUS34 44 -116584 -43953 01789 3578
BUS22 BUS35 45 -151459 -95271 0 61873
BUS23 BUS36 46 -129283 -35713 012071 65668
BUS25 BUS37 47 -124678 -22077 011512 44514
BUS29 BUS38 48 -189592 -38828 038127 74347
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 29911 -20513 005093 -003257
BUS39 BUS01 2 -14643 077281 000582 -023653
BUS39 BUS01 3 -14643 077281 000582 -023653
BUS03 BUS02 4 -81658 -54911 020549 22022
BUS25 BUS02 5 58272 -16244 029017 023195
BUS04 BUS03 6 -15231 -37683 004916 069085
BUS18 BUS03 7 075229 -10682 000298 -0091
BUS05 BUS04 8 4113 053589 003119 044062
BUS14 BUS04 9 58599 12879 006305 095555
BUS06 BUS05 10 112079 25676 005774 073114
BUS08 BUS05 11 -69418 -047112 00953 12716
BUS07 BUS06 12 -93958 -13486 01339 20045
BUS11 BUS06 13 76878 18184 008922 097932
BUS08 BUS07 14 -40476 072713 001668 016022
130
BUS09 BUS08 15 10184 56903 010425 14208
BUS39 BUS09 16 1055 55035 003659 -018671
BUS11 BUS10 17 -77669 -2919 005605 056551
BUS13 BUS10 18 -72742 -27412 004896 048928
BUS14 BUS13 19 -70529 -059119 00984 10223
BUS15 BUS14 20 -11859 061002 000707 -008669
BUS16 BUS15 21 62118 50579 010049 095887
BUS17 BUS16 22 -5089 078056 00319 032762
BUS19 BUS16 23 106269 77587 033316 38445
BUS21 BUS16 24 75888 075852 007824 11706
BUS24 BUS16 25 10422 1844 000228 00046
BUS18 BUS17 26 -43553 038412 002304 019313
BUS27 BUS17 27 -070903 042184 000167 -016774
BUS22 BUS21 28 141087 7959 027167 4578
BUS23 BUS22 29 -10343 -16621 000291 -009404
BUS24 BUS23 30 -80794 025853 023923 35628
BUS26 BUS25 31 -14917 -27443 004095 001147
BUS27 BUS26 32 -56988 -21435 008598 07485
BUS28 BUS26 33 32587 045016 006372 013951
BUS29 BUS26 34 44187 10993 015083 087458
BUS29 BUS28 35 80756 21701 011934 10905
BUS30 BUS02 36 58254 95686 0 20702
BUS31 BUS06 37 65695 87407 0 61999
BUS31 BUS06 38 65695 87407 0 61999
BUS32 BUS10 39 151461 187014 0 119864
BUS11 BUS12 40 007913 11006 000397 010795
BUS13 BUS12 41 012285 11277 000418 011357
BUS20 BUS19 42 -38482 20465 001672 032972
BUS33 BUS19 43 147267 10807 02349 47652
131
BUS34 BUS20 44 118373 79733 01789 3578
BUS35 BUS22 45 151459 157144 0 61873
BUS36 BUS23 46 13049 101381 012071 65668
BUS37 BUS25 47 125829 6659 011512 44514
BUS38 BUS29 48 193404 113176 038127 74347
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1443043
REACTIVE POWER [pu] 1212158
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1402543
REACTIVE POWER [pu] 31686
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 405
REACTIVE POWER [pu] 895298
Annexe B1 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds (eacutetat de base)
132
CONTINUATION POWER FLOW REPORT
P S A T 218
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail FedericoMilanouclmes
website httpwwwuclmesareagseeWebFederico
File Cworkworkpsat 216psat 218psattestsPFE _2017PFE_SEVersion 2PFE_SESimulation
STATCOM_version 2b_d_Ieee39satatcomN08
Date 18-Jun-2017 183446
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 500
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
133
BUS01 09982 -053682 0 0 0 0
BUS02 093356 -040526 0 0 0 0
BUS03 083248 -056145 0 0 74588 005559
BUS04 075506 -060782 0 0 115819 42622
BUS05 078731 -051917 0 0 0 -061985
BUS06 079546 -047221 0 0 0 0
BUS07 07767 -061636 0 0 54157 19458
BUS08 07846 -06495 0 1e-005 120915 093843
BUS09 094102 -062322 0 0 0 0
BUS10 081535 -031761 0 0 0 0
BUS11 080223 -03697 0 0 0 0
BUS12 074304 -037112 0 0 019689 20384
BUS13 079549 -036353 0 0 0 0
BUS14 076855 -047744 0 0 0 0
BUS15 075482 -05163 0 0 74124 35441
BUS16 080356 -042235 0 0 76302 074819
BUS17 080696 -049169 0 0 0 0
BUS18 08103 -054653 0 0 36599 069492
BUS19 093308 -015476 0 0 0 0
BUS20 089997 -022503 0 0 157514 23859
BUS21 080567 -026193 0 0 63469 26638
BUS22 090079 000883 0 0 0 0
BUS23 088298 -000265 0 0 57331 19597
BUS24 081562 -041378 0 0 71484 -21357
BUS25 095503 -033343 0 0 51887 10933
BUS26 085531 -038802 0 0 32198 039379
BUS27 080829 -050935 0 0 6509 17489
BUS28 08815 -018388 0 0 47718 063932
134
BUS29 091752 -003447 0 0 6567 062311
BUS30 10475 -029318 58951 82418 0 0
BUS31 098195 0 134949 126708 021311 010655
BUS32 098304 0104 153273 141443 0 0
BUS33 099716 008297 149029 9774 0 0
BUS34 10123 000838 119789 75294 0 0
BUS35 10493 024882 153272 14353 0 0
BUS36 10635 038446 132051 93699 0 0
BUS37 10278 -002369 127335 58893 0 0
BUS38 10265 029432 195718 107923 0 0
BUS39 103 -06063 235805 99174 255729 5791
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -060625
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 000039
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098204
e1d_Syn_2 000015
delta_Syn_3 010437
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098312
e1d_Syn_3 000029
delta_Syn_4 008336
omega_Syn_4 1
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000032
135
delta_Syn_5 000911
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000058
delta_Syn_6 024915
omega_Syn_6 1
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 03848
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 00003
delta_Syn_8 -002336
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000028
delta_Syn_9 02947
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000028
delta_Syn_10 -029314
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098195
136
vr1_Exc_2 099998
vr2_Exc_2 -11788
vf_Exc_2 098233
vm_Exc_3 098304
vr1_Exc_3 10011
vr2_Exc_3 -078672
vf_Exc_3 09834
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079793
vf_Exc_4 099742
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030384
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10493
vr1_Exc_6 10705
vr2_Exc_6 -067175
vf_Exc_6 10496
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10855
vr2_Exc_7 -031913
vf_Exc_7 10638
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073424
vf_Exc_8 10279
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
137
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57229
tg2_Tg_2 57229
tg3_Tg_2 43494
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
138
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
tg3_Tg_10 19
ist_Statcom_1 4
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 235805
p_Syn_1 235805
q_Syn_1 99174
vf_Syn_2 098233
pm_Syn_2 13495
p_Syn_2 134949
q_Syn_2 126708
vf_Syn_3 09834
pm_Syn_3 153273
p_Syn_3 153273
q_Syn_3 141443
vf_Syn_4 099742
pm_Syn_4 149029
p_Syn_4 149029
q_Syn_4 9774
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 119789
139
p_Syn_5 119789
q_Syn_5 75294
vf_Syn_6 10496
pm_Syn_6 153274
p_Syn_6 153272
q_Syn_6 14353
vf_Syn_7 10638
pm_Syn_7 132051
p_Syn_7 132051
q_Syn_7 93699
vf_Syn_8 10279
pm_Syn_8 127335
p_Syn_8 127335
q_Syn_8 58893
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 195718
p_Syn_9 195718
q_Syn_9 107923
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 58951
p_Syn_10 58951
q_Syn_10 82418
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
140
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
vref_Statcom_1 1087
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -28037 16564 004173 -016258
BUS01 BUS39 2 14018 -082822 000477 -026649
BUS01 BUS39 3 14018 -082822 000477 -026649
BUS02 BUS03 4 85352 60288 016491 17143
BUS02 BUS25 5 -54854 23382 028801 022363
BUS03 BUS04 6 15487 28864 002097 020373
BUS03 BUS18 7 -063723 13726 000397 -009632
BUS04 BUS05 8 -4203 -14955 002777 036443
BUS04 BUS14 9 -58512 -008406 004804 069451
141
BUS05 BUS06 10 -114092 -13397 004257 05262
BUS05 BUS08 11 71784 009964 006653 084029
BUS06 BUS07 12 97568 16469 009295 13554
BUS06 BUS11 13 -79267 038477 006971 0728
BUS07 BUS08 14 42481 -16543 001373 011035
BUS08 BUS09 15 -074523 -34437 004342 03998
BUS09 BUS39 16 -078866 -38435 001309 -084056
BUS10 BUS11 17 81006 19153 004175 040109
BUS10 BUS13 18 72267 32265 003778 035886
BUS13 BUS14 19 70483 18322 007572 074431
BUS14 BUS15 20 10733 030933 000404 -016363
BUS15 BUS16 21 -63432 -30711 007799 071062
BUS16 BUS17 22 50068 -056869 002747 02623
BUS16 BUS19 23 -10422 -32119 029317 33425
BUS16 BUS21 24 -76042 085882 007274 10625
BUS16 BUS24 25 -10319 -16082 000166 -001185
BUS17 BUS18 26 43215 -062084 002043 015313
BUS17 BUS27 27 06578 -021016 000089 -019797
BUS21 BUS22 28 -140238 -28675 025194 42217
BUS22 BUS23 29 10514 15365 000274 -010306
BUS23 BUS24 30 84048 27448 022283 32842
BUS25 BUS26 31 16596 25876 003759 -004213
BUS26 BUS27 32 59316 24294 007946 066838
BUS26 BUS28 33 -32111 -013633 006074 008103
BUS26 BUS29 34 -43183 -005718 014609 079232
BUS28 BUS29 35 -80436 -085668 011761 1067
BUS02 BUS30 36 -58951 -6548 0 16938
BUS06 BUS31 37 -66409 -19488 0 43334
BUS06 BUS31 38 -66409 -19488 0 43334
142
BUS10 BUS32 39 -153273 -51418 0 90025
BUS12 BUS11 40 -005903 -1078 000342 009294
BUS12 BUS13 41 -013786 -096038 000276 007506
BUS19 BUS20 42 39641 -13164 001576 031072
BUS19 BUS33 43 -146793 -52379 022361 4536
BUS20 BUS34 44 -118031 -4013 017582 35164
BUS22 BUS35 45 -153272 -86257 0 57273
BUS23 BUS36 46 -130892 -30649 01159 63049
BUS25 BUS37 47 -126217 -15664 01118 43229
BUS29 BUS38 48 -191925 -33962 037929 73961
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 28454 -1819 004173 -016258
BUS39 BUS01 2 -13971 056173 000477 -026649
BUS39 BUS01 3 -13971 056173 000477 -026649
BUS03 BUS02 4 -83702 -43145 016491 17143
BUS25 BUS02 5 57734 -21145 028801 022363
BUS04 BUS03 6 -15277 -26826 002097 020373
BUS18 BUS03 7 06412 -14689 000397 -009632
BUS05 BUS04 8 42307 18599 002777 036443
BUS14 BUS04 9 58993 077857 004804 069451
BUS06 BUS05 10 114517 18659 004257 05262
BUS08 BUS05 11 -71119 074065 006653 084029
BUS07 BUS06 12 -96638 -029146 009295 13554
BUS11 BUS06 13 79964 034323 006971 0728
143
BUS08 BUS07 14 -42344 17647 001373 011035
BUS09 BUS08 15 078866 38435 004342 03998
BUS39 BUS09 16 080175 3003 001309 -084056
BUS11 BUS10 17 -80589 -15142 004175 040109
BUS13 BUS10 18 -71889 -28677 003778 035886
BUS14 BUS13 19 -69726 -10879 007572 074431
BUS15 BUS14 20 -10693 -047297 000404 -016363
BUS16 BUS15 21 64212 37817 007799 071062
BUS17 BUS16 22 -49793 083099 002747 02623
BUS19 BUS16 23 107152 65544 029317 33425
BUS21 BUS16 24 76769 020366 007274 10625
BUS24 BUS16 25 10336 15963 000166 -001185
BUS18 BUS17 26 -43011 077397 002043 015313
BUS27 BUS17 27 -065692 001218 000089 -019797
BUS22 BUS21 28 142758 70892 025194 42217
BUS23 BUS22 29 -10486 -16395 000274 -010306
BUS24 BUS23 30 -8182 053938 022283 32842
BUS26 BUS25 31 -1622 -26297 003759 -004213
BUS27 BUS26 32 -58521 -17611 007946 066838
BUS28 BUS26 33 32719 021736 006074 008103
BUS29 BUS26 34 44644 08495 014609 079232
BUS29 BUS28 35 81612 19236 011761 1067
BUS30 BUS02 36 58951 82418 0 16938
BUS31 BUS06 37 66409 62821 0 43334
BUS31 BUS06 38 66409 62821 0 43334
BUS32 BUS10 39 153273 141443 0 90025
BUS11 BUS12 40 006245 1171 000342 009294
BUS13 BUS12 41 014062 10354 000276 007506
BUS20 BUS19 42 -39483 16271 001576 031072
144
BUS33 BUS19 43 149029 9774 022361 4536
BUS34 BUS20 44 119789 75294 017582 35164
BUS35 BUS22 45 153272 14353 0 57273
BUS36 BUS23 46 132051 93699 01159 63049
BUS37 BUS25 47 127335 58893 01118 43229
BUS38 BUS29 48 195718 107923 037929 73961
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1460172
REACTIVE POWER [pu] 102682
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1424692
REACTIVE POWER [pu] 288773
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 35479
REACTIVE POWER [pu] 738047
Annexe B2 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du
STATCOM au nœud 8 (Zone 1)
145
POWER FLOW REPORT
P S A T 219
Author Federico Milano (c) 2002-2013
e-mail federicomilanoucdie
website faraday1ucdiepsathtml
File CUsersHPDesktoppesat4psattestssim testeteste ssscb_d00
Date 09-Jun-2017 153006
NETWORK STATISTICS
Buses 39
Lines 48
Generators 10
Loads 19
SOLUTION STATISTICS
Number of Iterations 336
Maximum P mismatch [pu] 0
Maximum Q mismatch [pu] 0
Power rate [MVA] 100
POWER FLOW RESULTS
Bus V phase P gen Q gen P load Q load
[pu] [rad] [pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 099097 -068975 0 0 0 0
BUS02 091781 -05429 0 0 0 0
BUS03 079734 -070717 0 0 75617 005636
BUS04 066326 -076185 0 0 117417 43209
BUS05 066473 -064183 0 0 0 -044187
146
BUS06 067567 -057647 0 0 0 0
BUS07 063172 -078416 0 0 54904 19726
BUS08 063378 -083261 0 0 122583 41331
BUS09 087869 -078891 0 0 0 0
BUS10 072734 -037936 0 0 0 0
BUS11 070208 -044367 0 0 0 0
BUS12 063793 -044818 0 0 019961 20665
BUS13 070846 -044069 0 0 0 0
BUS14 069215 -059233 0 0 0 0
BUS15 07407 -064955 0 0 75147 3593
BUS16 081822 -05593 0 0 77354 075851
BUS17 080501 -063045 0 0 0 0
BUS18 079536 -068866 0 0 37104 07045
BUS19 093754 -029105 0 0 0 0
BUS20 090167 -036109 0 0 159687 24188
BUS21 087 -041123 0 0 64345 27006
BUS22 10049 -018383 0 0 0 0
BUS23 095617 -018974 0 0 58121 19867
BUS24 084024 -055252 0 0 7247 -21652
BUS25 094412 -04701 0 0 52603 11084
BUS26 08466 -05244 0 0 32642 039922
BUS27 0802 -06492 0 0 65988 1773
BUS28 087316 -031212 0 0 48376 064814
BUS29 091081 -015774 0 0 66575 06317
BUS30 10475 -042699 5993 9148 0 0
BUS31 098193 0 137349 178813 021605 010802
BUS32 098303 010582 155818 187617 0 0
BUS33 099716 -005013 151503 95238 0 0
BUS34 10123 -012399 121778 74705 0 0
147
BUS35 10492 -014155 155816 166126 0 0
BUS36 10635 017417 134243 63977 0 0
BUS37 10278 -015159 129449 64436 0 0
BUS38 10265 017894 198968 113339 0 0
BUS39 103 -076593 23972 128843 259257 58709
STATE VARIABLES
delta_Syn_1 -076589
omega_Syn_1 1
e1q_Syn_1 103
delta_Syn_2 00004
omega_Syn_2 1
e1q_Syn_2 098206
e1d_Syn_2 000016
delta_Syn_3 01062
omega_Syn_3 1
e1q_Syn_3 098313
e1d_Syn_3 000029
delta_Syn_4 -004973
omega_Syn_4 1
e1q_Syn_4 09972
e1d_Syn_4 000033
delta_Syn_5 -012326
omega_Syn_5 1
e1q_Syn_5 10124
e1d_Syn_5 000059
delta_Syn_6 -014122
omega_Syn_6 1
148
e1q_Syn_6 10493
e1d_Syn_6 000028
delta_Syn_7 017452
omega_Syn_7 1
e1q_Syn_7 10635
e1d_Syn_7 000031
delta_Syn_8 -015125
omega_Syn_8 1
e1q_Syn_8 10278
e1d_Syn_8 000028
delta_Syn_9 017933
omega_Syn_9 1
e1q_Syn_9 10265
e1d_Syn_9 000029
delta_Syn_10 -042696
omega_Syn_10 1
e1q_Syn_10 10475
e1d_Syn_10 2e-005
vm_Exc_1 103
vr1_Exc_1 105
vr2_Exc_1 -030901
vf_Exc_1 103
vm_Exc_2 098193
vr1_Exc_2 10001
vr2_Exc_2 -1179
vf_Exc_2 098247
vm_Exc_3 098303
vr1_Exc_3 10012
vr2_Exc_3 -07868
149
vf_Exc_3 09835
vm_Exc_4 099716
vr1_Exc_4 10158
vr2_Exc_4 -079793
vf_Exc_4 099741
vm_Exc_5 10123
vr1_Exc_5 10319
vr2_Exc_5 -030384
vf_Exc_5 10128
vm_Exc_6 10492
vr1_Exc_6 10706
vr2_Exc_6 -067177
vf_Exc_6 10497
vm_Exc_7 10635
vr1_Exc_7 10854
vr2_Exc_7 -03191
vf_Exc_7 10637
vm_Exc_8 10278
vr1_Exc_8 10478
vr2_Exc_8 -073425
vf_Exc_8 1028
vm_Exc_9 10265
vr1_Exc_9 10465
vr2_Exc_9 -030801
vf_Exc_9 10267
vm_Exc_10 10475
vr1_Exc_10 10684
vr2_Exc_10 -041903
vf_Exc_10 10476
150
tg1_Tg_1 10
tg2_Tg_1 10
tg3_Tg_1 76
tg1_Tg_2 57296
tg2_Tg_2 57296
tg3_Tg_2 43545
tg1_Tg_3 65
tg2_Tg_3 65
tg3_Tg_3 494
tg1_Tg_4 632
tg2_Tg_4 632
tg3_Tg_4 48032
tg1_Tg_5 508
tg2_Tg_5 508
tg3_Tg_5 38608
tg1_Tg_6 65
tg2_Tg_6 65
tg3_Tg_6 494
tg1_Tg_7 56
tg2_Tg_7 56
tg3_Tg_7 4256
tg1_Tg_8 54
tg2_Tg_8 54
tg3_Tg_8 4104
tg1_Tg_9 83
tg2_Tg_9 83
tg3_Tg_9 6308
tg1_Tg_10 25
tg2_Tg_10 25
151
tg3_Tg_10 19
vcs_Sssc_1 024834
OTHER ALGEBRAIC VARIABLES
vf_Syn_1 103
pm_Syn_1 23972
p_Syn_1 23972
q_Syn_1 128843
vf_Syn_2 098247
pm_Syn_2 137351
p_Syn_2 137349
q_Syn_2 178813
vf_Syn_3 09835
pm_Syn_3 155818
p_Syn_3 155818
q_Syn_3 187617
vf_Syn_4 099741
pm_Syn_4 151503
p_Syn_4 151503
q_Syn_4 95238
vf_Syn_5 10128
pm_Syn_5 121778
p_Syn_5 121778
q_Syn_5 74705
vf_Syn_6 10497
pm_Syn_6 155819
p_Syn_6 155816
q_Syn_6 166126
152
vf_Syn_7 10637
pm_Syn_7 134243
p_Syn_7 134243
q_Syn_7 63977
vf_Syn_8 1028
pm_Syn_8 129449
p_Syn_8 129449
q_Syn_8 64436
vf_Syn_9 10267
pm_Syn_9 198968
p_Syn_9 198968
q_Syn_9 113339
vf_Syn_10 10476
pm_Syn_10 5993
p_Syn_10 5993
q_Syn_10 9148
vref_Exc_1 10563
vref_Exc_2 11432
vref_Exc_3 11833
vref_Exc_4 12003
vref_Exc_5 10381
vref_Exc_6 12634
vref_Exc_7 10906
vref_Exc_8 12373
vref_Exc_9 12358
vref_Exc_10 12612
wref_Tg_1 1
wref_Tg_2 1
wref_Tg_3 1
153
wref_Tg_4 1
wref_Tg_5 1
wref_Tg_6 1
wref_Tg_7 1
wref_Tg_8 1
wref_Tg_9 1
wref_Tg_10 1
v0_Sssc_1 024834
pref_Sssc_1 -65
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS01 BUS02 1 -30454 19186 005128 -003514
BUS01 BUS39 2 15227 -095928 000595 -023441
BUS01 BUS39 3 15227 -095928 000595 -023441
BUS02 BUS03 4 85484 71305 019364 20591
BUS02 BUS25 5 -56521 19983 030072 02429
BUS03 BUS04 6 16592 48844 005583 079567
BUS03 BUS18 7 -086611 013058 000137 -011907
BUS04 BUS05 8 -40971 039838 003086 043458
BUS04 BUS14 9 -60412 -063061 006702 10172
BUS05 BUS06 10 -114034 -15612 005995 075982
BUS05 BUS08 11 72754 19668 010307 13807
BUS06 BUS07 12 98009 356 014314 21465
BUS06 BUS11 13 -77454 -1037 009353 10297
BUS07 BUS08 14 41674 -055909 00177 017236
154
BUS08 BUS09 15 -093637 -42784 010612 14517
BUS09 BUS39 16 -10425 -57301 003733 -016642
BUS10 BUS11 17 79843 37573 005898 059683
BUS10 BUS13 18 75975 26941 004921 049144
BUS13 BUS14 19 74265 099622 010083 10471
BUS14 BUS15 20 12175 -16987 001532 -000336
BUS15 BUS16 21 -63125 -52883 011043 10493
BUS16 BUS17 22 53385 093664 003081 030328
BUS16 BUS19 23 -106504 -28279 028885 3285
BUS16 BUS21 24 -79033 -21786 007988 11662
BUS16 BUS24 25 -094316 -30262 000444 004057
BUS17 BUS18 26 46012 064426 002338 018941
BUS17 BUS27 27 07065 -001089 000102 -019408
BUS21 BUS22 28 -144177 -60454 02571 42727
BUS22 BUS23 29 090684 49468 001558 007174
BUS23 BUS24 30 84057 39679 021112 30663
BUS25 BUS26 31 16131 24983 003604 -004873
BUS26 BUS27 32 59739 2273 008058 068314
BUS26 BUS28 33 -32701 -010726 006433 013216
BUS26 BUS29 34 -4391 -001791 015431 089643
BUS28 BUS29 35 -81721 -088757 012378 11369
BUS02 BUS30 36 -5993 -71751 0 1973
BUS06 BUS31 37 -67594 -2422 0 64646
BUS06 BUS31 38 -67594 -2422 0 64646
BUS10 BUS32 39 -155818 -64515 0 123103
BUS12 BUS11 40 -008249 -098751 000391 010623
BUS12 BUS13 41 -011712 -1079 000469 012744
BUS19 BUS20 42 39856 -11624 001542 030405
BUS19 BUS33 43 -149249 -49505 022544 45733
155
BUS20 BUS34 44 -119985 -38853 017926 35853
BUS22 BUS35 45 -155816 -15265 0 13477
BUS23 BUS36 46 -133266 -10795 009776 53183
BUS25 BUS37 47 -128261 -18513 011877 45923
BUS29 BUS38 48 -194987 -35705 039812 77634
LINE FLOWS
From Bus To Bus Line P Flow Q Flow P Loss Q Loss
[pu] [pu] [pu] [pu]
BUS02 BUS01 1 30966 -19537 005128 -003514
BUS39 BUS01 2 -15167 072488 000595 -023441
BUS39 BUS01 3 -15167 072488 000595 -023441
BUS03 BUS02 4 -83548 -50713 019364 20591
BUS25 BUS02 5 59528 -17554 030072 02429
BUS04 BUS03 6 -16034 -40887 005583 079567
BUS18 BUS03 7 086747 -024965 000137 -011907
BUS05 BUS04 8 4128 003621 003086 043458
BUS14 BUS04 9 61082 16479 006702 10172
BUS06 BUS05 10 114633 2321 005995 075982
BUS08 BUS05 11 -71723 -058609 010307 13807
BUS07 BUS06 12 -96578 -14135 014314 21465
BUS11 BUS06 13 78389 20668 009353 10297
BUS08 BUS07 14 -41497 073145 00177 017236
BUS09 BUS08 15 10425 57301 010612 14517
BUS39 BUS09 16 10798 55637 003733 -016642
BUS11 BUS10 17 -79253 -31605 005898 059683
BUS13 BUS10 18 -75483 -22027 004921 049144
156
BUS14 BUS13 19 -73257 005086 010083 10471
BUS15 BUS14 20 -12022 16953 001532 -000336
BUS16 BUS15 21 64229 63376 011043 10493
BUS17 BUS16 22 -53077 -063336 003081 030328
BUS19 BUS16 23 109393 61129 028885 3285
BUS21 BUS16 24 79832 33448 007988 11662
BUS24 BUS16 25 09476 30668 000444 004057
BUS18 BUS17 26 -45779 -045485 002338 018941
BUS27 BUS17 27 -070548 -018318 000102 -019408
BUS22 BUS21 28 146748 103181 02571 42727
BUS23 BUS22 29 -089126 -48751 001558 007174
BUS24 BUS23 30 -81946 -090159 021112 30663
BUS26 BUS25 31 -1577 -2547 003604 -004873
BUS27 BUS26 32 -58934 -15898 008058 068314
BUS28 BUS26 33 33345 023942 006433 013216
BUS29 BUS26 34 45453 091434 015431 089643
BUS29 BUS28 35 82958 20245 012378 11369
BUS30 BUS02 36 5993 9148 0 1973
BUS31 BUS06 37 67594 88866 0 64646
BUS31 BUS06 38 67594 88866 0 64646
BUS32 BUS10 39 155818 187617 0 123103
BUS11 BUS12 40 00864 10937 000391 010623
BUS13 BUS12 41 012181 12065 000469 012744
BUS20 BUS19 42 -39702 14665 001542 030405
BUS33 BUS19 43 151503 95238 022544 45733
BUS34 BUS20 44 121778 74705 017926 35853
BUS35 BUS22 45 155816 166126 0 13477
BUS36 BUS23 46 134243 63977 009776 53183
BUS37 BUS25 47 129449 64436 011877 45923
157
BUS38 BUS29 48 198968 113339 039812 77634
GLOBAL SUMMARY REPORT
TOTAL GENERATION
REAL POWER [pu] 1484574
REACTIVE POWER [pu] 1164575
TOTAL LOAD
REAL POWER [pu] 1444346
REACTIVE POWER [pu] 326439
TOTAL LOSSES
REAL POWER [pu] 40229
REACTIVE POWER [pu] 838136
Annexe B3 Reacutesultats de simulation du reacuteseau IEEE 39-nœuds avec lrsquoinsertion du
SSSC agrave la linge 45 (Zone 3)