Impact d’une combinaison SMES-IPFC sur le comportement d’un réseau électrique multi-machines

Abstract

Dans ce travail, nous nous sommes attachés à montrer l’impact sur la conduite des réseaux électriques d’une combinaison de deux FACTS. Notre intérêt s’est porté sur le SMES et l’IPFC avec comme objectif d’évaluer leur influence sur les réseaux électriques que ceux-ci soient en régime sain ou en régime perturbé. Nous avons tenu compte de la réalité des réseaux électriques où la production décentralisée est de plus en plus présente ce qui nous a amenés donc à introduire un parc éolien dans l’un des réseaux test étudiés. Après avoir traité, dans le premier chapitre, la modélisation d’un système électrique général où les FACTS sont pris en compte et décrit trois types de compensateurs FACTS : série, parallèle et hybride sachant que l’IPFC est une association de deux ou plusieurs compensateur de type série et le SMES est de type parallèle, nous avons montré l’apport d’un FACTS de type parallèle en l’occurrence un STATCOM dans le réglage de tension du réseau quand la fonction de compensation synchrone d’un alternateur s’avère insuffisante. L’apport de l’IPFC dans la solution des problèmes de surcharge de liaison dans un réseau électrique tenant compte de la génération d’énergie dispersée est examiné en détail dans le deuxième chapitre. L’introduction de l’IPFC permet d’optimiser les ressources existantes du réseau et éviter son renforcement donc différer les investissements de développement de réseaux électriques. Cette optimisation est obtenue par le fait que l’IPFC transfère la puissance d’une liaison surchargée vers une autre qui l’est moins permettant au réseau électrique de satisfaire la demande en énergie électrique dans les conditions de qualité de service acceptable. Dans le troisième chapitre, les performances du deuxième élément de la combinaison FACTS étudiée à savoir le SMES ont été évaluées sur un réseau 3 machines-9 nœuds utilisé comme réseau test. L’étude a porté sur l’analyse du réseau en cas de grande perturbation matérialisée par un court-circuit triphasé connecté à la terre sachant que ce type de court-circuit est le plus contraignant sur le réseau. La commande du SMES retenue pour permettre l’échange de puissances entre le SMES et le réseau se fait dans les quatre quadrants du dispositif et pour des angles d’amorçage inégaux afin de garder un découplage entre la puissance active et la puissance réactive permettant une flexibilité de réglage de la fréquence et de la tension du réseau. La méthode phaseur utilisée dans cette commande s’avère très intéressante aussi bien du point de vue simplicité et que du point de vue efficacité. La comparaison des performances de la régulation conventionnelle et celles de du SMES montre un net avantage pour ce dernier qui permet une marge de manœuvre beaucoup plus grande que celle qu’on peut obtenir avec des moyens de régulation conventionnelle. Dans les quatrième et cinquième chapitres, la stratégie de commande de l’association SMES-IPFC élaborée a montré son efficacité dans la conduite des réseaux et le maintien de leur stabilité. Deux approches de contrôle ont été testées : l’une en mode séparé et l’autre en mode couplé. Dans ce dernier, le SMES remplace l’élément de stockage traditionnel de l’IPFC. La configuration de la commande est basée sur un convertisseur maître et un convertisseur esclave associés à un hacheur quatre quadrants à base de transistors IGBT. Celui-ci contribue à la simplicité de la commande en évitant un hacheur multi-niveaux à base de thyristors GTO. L’étude a tenu compte de tout type de réseau qu’il soit mono-machine ou multi-machine. Les bons résultats obtenus confirment l’efficacité du choix d’un tel dispositif combinant SMES et IPFC. Améliorer la capacité de stockage d’un IPFC par l’utilisation d’un SMES est également très intéressant dans le cas de longues lignes. En effet, les capacités de transfert de celles-ci sont limitées par les contraintes de stabilité et non par leur capacité thermique. La résolution des problèmes de stabilité permet alors d’augmenter les capacités de transfert de puissance de ces lignes qui peuvent alors être exploitées au plus proche de la capacité thermique. Ce travail nous a permis de voir dans quelle mesure une association de FACTS peut améliorer les conditions d’exploitation des réseaux et différer certains investissements qui auraient été nécessaires sans la contribution des FACTS. Comme montré dans ce travail, le SMES est un outil très puissant dans la conduite des réseaux. Il reste malheureusement peu répandu dans son utilisation à cause de contraintes telles que la nécessité de basse température ou de pollution magnétique. Des progrès sont enregistrés en ce qui concerne l’augmentation de la température des supraconducteurs mais pas très suffisants pour rendre l’utilisation des SMES rentable dans les nombreux réseaux actuels à moins de réduire leur dimensionnement. C’est une piste de recherche qu’il est souhaitable de «creuser » pour voir dans quelle mesure des SMES abordables du point de vue économique peuvent s’intégrer dans des réseaux particuliers tels que les micro-réseaux. Ces derniers sont de plus en plus présents dans les réseaux intelligents (smart grids). Des recherches axées sur les techniques d’optimisation pourraient contribuer à déterminer des tailles de bobine supraconductrice fonction de la commande utilisée et des objectifs poursuivis.