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Les configurations, enjeux et contraintes des réseaux et matériels HVDC
Congrès Arc Electrique – Clermont-Ferrand - 16 Mars 2015
Wolfgang GrieshaberDisjoncteur DC & solutions nouvelles
avec le support de L. Boisserenq, Ph. Robin-Jouan
Sommaire
• HVDC: qu’est-ce que c’est ?
• Pourquoi utiliser le HVDC ?
• Configurations
• Comment ça marche ?
• Exemple de réalisations
• Appareillage à arc dans station de conversion
• Commuter le courant continu
t
Idci
HVDC: qu’est-ce que c’est ?
• Système permettant d’échanger de l’énergie électrique par courant continu• Pas besoin d’être synchrone, même les fréquences peuvent différer !• Distance : 20 m (dos-à-dos) à 2380 km (Rio Madeira, Brésil)
R
Ligne / câbleOnduleurRedresseurTransfor
mateur
ConsommateursGénérateurs
Idc
VdcV1 V2
t
i
Iact
i
Iac
+
480MW 1440MW
220kV ACCrête = 311kV ±380kV DC
Même nombre de conducteursPylones & fondations inchangés,
Pourquoi HVDC ? … Raison 1
Augmentation de puissance transmise• DC: Tension efficace = crête
• Absence effet de peau
x 3
Pourquoi HVDC ? … Raison 2
Câble / ligne
AC• Inductances et capacité parasite• (Dé-)charge à chaque demi-cycle
− Particulièrement important dans câbles
− Compensation de ligne nécessaire construction de stations dédiées
Parasites (220kV) Câble Ligne
Capacité (nF/km) 210 11
Inductance (mH/km) 0.3 1
Résistance (mOhm/km) 18 0.1
I_ac I_dc
DC• Charge à la mise en route
uniquement• Compensation est inutile
Coût
Stations de Conversion AC/DC
DC
AC 800kmLigne
50kmCâble sous-marin
Distance
Lignes & Stations
Pourquoi HVDC ? … Raison 1+2
Stations AC
contrôlecont
rôle
Configurations
Ligne / câble haute tension
Monopole• Courant passe par le sol• Pas toujours permis:
− Conséquences environnementales− Influences sur boussoles de navires− Érosion d’électrodes
contrôlecontrôleco
ntrô
leco
ntrô
le
Configurations
Ligne / câble haute tension
Ligne/ câble haute tension
deux Monopoles = un Bipole• Seul le déséquilibre de courant passe par le sol
contrôlecont
rôle
Configurations
Ligne / câble haute tension
Ligne/ câble haute tension
Bipole• Contrôle commun minimise le passage courant par le sol
Comment ça marche ? … Convertisseur
Convertisseur• 3 phases AC 2 conducteurs DC• Commutation de phases
− Similaire à un redressement• Source pilotable
− En tension− En courant
3
64
1
2
5
~
~
~
A
B
C
+Udc
- Udc
R
Ligne / câbleOnduleurRedresseurTransfor
mateur
ConsommateursGénérateurs
Idc
V1 V2
B2(C)
A
1(A)
C3(B)
Ulissé
6
5 6
Comment ça marche ? … Convertisseur
3
64
1
2
5
~
~
~
A
B
C
Commutation entre phases• Pilotable par retard d’allumage
des thyristors
AC
Transfos de convertisseur
Comment ça marche ? … Convertisseur
Convertisseur• Augmentation de la
tension 2 groupes en série
• Diminution de l’ondulation déphasage = 60°
Groupe 1
Groupe 2
déphasage
Exemple de réalisations : module de valves
Convertisseur
• Module de ~20kV
− Accepte différents modèles de
thyristors
− Refroidissement à eau (des-ionisée)
• Flexible
− Mise en série pour augmenter la
tension
Répartiteur de tensionthyristors
Commande & surveillance
500kVdc (12 étages doubles)
250kVdc(8 étages doubles)
70kVdc(4 étages)
Exemple de réalisations : valves suspendues
Modules suspendus• Résistant aux tremblements de terre• Moins chers qu’empilés
Appareillage à arc
Ligne / câble haute tension
Ligne/ câble haute tension
Appareillage à arc = ‘X’• Limiter conséquences des défaillances (by-pass ferme vite)• Maintenance en service (transmission de puissance est réduite)
X
X
XX
X
X
X
maintenancem
aint
enan
ce
Appareillage à arc
Ligne / câble haute tension
Ligne/ câble haute tension
Maintenance en exploitation• Arrêt de groupes de valves courant dans le sol• Minimise temps de passage courant par le sol
X
X
X
X
X
X
X
maintenancem
aint
enan
ce
Appareillage à arc
Ligne / câble haute tension
Ligne/ câble haute tension
Maintenance en exploitation• Reconfiguration peu de courant dans la ligne (impédance !)
X
X
X
X
X
X
X
L’ arc aide à la commutation de courant continu
vers la ligne
Commuter le courant continu
Ic
Difficultés de la commutation DC• La source ne crée pas I=0 insertion contre-FEM (parafoudre)
• Nécessité d’éteindre l’arc ajout d’un circuit oscillant (LC)
tLU
LCI
dtdIR
dIdU
LdtId arccc
arc
arcc
12
2
0CQ
dtdILRIIU c
carcarc
Impédance de ligne
parafoudre
L, R
source
DCcarc III
Conditions d’amplification • Oscillations de courant s’amplifient, si
• Attendre que Ic > IDC Iarc = 0 insertion du parafoudre
0 RdIdU
arc
arc
Commuter le courant continu
Ic
Impédance de ligne
parafoudre
L, R
source
Dimensionnement d’appareil comprend• Nombre d’appareils en série • Dimensionnement énergétique du parafoudre
Connaissance de l’arc• Essais dédiés : mesure Uarc
• Paramétrage: Uarc (I) I-p
amortissement
Commuter le courant continu
Ic
Impédance de ligne
parafoudre
L, R
source
Commutation réussie• Arc court oscillations amorties• Arc long amplification d’oscillations
Iarc
Uarc
IDC
Appareil ouvert = arc long
Arc est éteint, I=0
Commutation dans parafoudre commence
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