chapitre i la variation de fréquence du réseau électrique

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE

SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE DES FRERES MENTOURI CONSTANTINE FACULTE DES SCIENCES DE L'INGENIEUR

DEPARTEMENT D'ELECTROTECHNIQUE

N° d'ordre :……..……..

Série :……………

Mémoire

Présenté en vue de l’obtention du

Diplôme de Master en Electrotechnique

Option Electrotechnique

Thème

Présenté par : Dirigé par:

KHALID RAMZI DR M.E.K OUMAAMAR

Soutenu le : 17 Juin 2015

SUIVI DE LA FRÉQUENCE DU

RÉSEAU ÉLECTRIQUE À L’AIDE

D’UNE CARTE ARDUINO

Promotion : 2015

Remerciement

Je tiens tout d’abord à remercier DIEU le tout puissant de m’avoir aidé et donne la

sante et la patience d’accomplir ce travail.

En seconde lieu, je tiens a remercier mon encadreur monsieur M.E.K

OUMAAMAR docteur a l’université Constantine 1, pour ses nombreux conseils et

sa compréhension.

Absolument, je remercie monsieur Pr. KHAZZARA le président de laboratoire

d’électrotechnique Constantine LEC qui nous a donné les meilleurs conditions, son

cher temps et ses conseils, soutien moral et tous ces efforts pour bien réussir

Ce projet.

Bien sûr, ne pas oublier remercie monsieur A.L.NEMMOUR pour se nombreux

conseils et pour son aide dans la réalisation de ce travail.

Mes vifs remerciements vont également aux membres du jury pour l’intérêt

qu’ils ont porté à mon recherche en acceptant d’examiner ce travail.

Mes sentiments de reconnaissance et mes remerciements s’adressent également

Aux membres de mon groupe de travail pour les moments sympathiques

Qu’on a passé ensemble.

Enfin, je tiens également à remercier gracieusement toute personne qui a

contribuée de près ou de loin à la réalisation de ce travail.

DÉDICACE

À MA MERE, ce travail est le fruit de tes efforts et l'aboutissement de tes nombreuses nuits de prières.

À mon père, pour m'avoir soutenu moralement, matériellement et financier

jusqu'à ce jour.

À mes frères LOUTFI et NOUFEL, à ma sœur DALAL et Je n’oublie jamais les deux petites ROJINA et MOUHAMED.

À ma grand-mère et à toute ma famille.

À tous mes collègues de la promotion Master 2 électrotechnique 2015

À tous mes amis.

RAMZI

LISTE DES FIGURES

FIG I.1 LES PARTIES D’UN RESEAU ELECTRIQUE ....................................................................................... 2

FIG I.2 LE MAINTIEN DE LA FREQUENCE ...................................................................................................... 5

FIG I.3VARIATIONS NORMALES DE FREQUENCE ....................................................................................... 5

FIG I.4 VARIATIONS GLOBALES DE FREQUENCE........................................................................................ 6

FIG I.5 LES FORTES VARIATIONS DE FREQUENCE ..................................................................................... 6

FIG I.6 SCHEMA DU PRINCIPE DU REGLAGE PRIMAIRE DE LA FREQUENCE ....................................... 9

FIG I.7 REGLAGE SECONDAIRE...................................................................................................................... 10

FIG II.1 LA CARTE " ARDUINO UNO" SUR LAQUELLE NOUS ALLONS TRAVAILLER ........................ 15

FIG II.2 L’INTERFACE DE LA CARTE ARDUINO UNO ................................................................................ 16

FIG II.3 SCHEMA SIMPLIFIE DE LA CARTE ARDUINO UNO ..................................................................... 16

FIG II.4LES CARACTERISTIQUES DE LA CARTE ARDUINO UNO ........................................................... 17

FIG II.5 LE MICROCONTROLEUR ATMEL ATMEGA328 ............................................................................. 17

FIG II.6 LE MODULE BLUETOOTH " HC-06" SUR LAQUELLE NOUS ALLONS TRAVAILLER ............ 19

FIG II.7 LE BRONCHEMENT DU MODULE BLUETOOTH " HC-06" AVEC LA CARTE ARDUINO ........ 19

FIG. III.1 La structure du projet .................................................................................................................. 21

FIG. III.2. Le schéma de circuit de synchronisation avec le réseau .................................................. 22

FIG. III.3. Les résultats de simulation de circuit de synchronisation avec le réseau….……………22

FIG. III.4. Le montage pour la mesure et l’affichage de la fréquence ........................................... 23

FIG. III.5. L’affichage de la fréquence mesuré dans l’ordinateur ..................................................... 23

FIG. III.6. Le montage pour mesurer la fréquence ............................................................................... 24

FIG. III.7. Le capteur de tension ................................................................................................................. 25

FIG. III.8. Le circuit de synchronisation avec le réseau électrique ................................................... 25

FIG. III.9. Le signale d’entré et le signale de la sortie du circuit de synchronisation ................. 25

FIG. III.10. L’affichage de la fréquence mesuré dans l’ordinateur ................................................... 26

SOMMAIRE

INTRODUCTION GENERALE

CHAPITRE I : LA VARIATION DE LA FREQUENCE D’UN RESEAU ELECTRIQUE

INTRODUCTION……………………………………………………………………………………………………………………………………1

I.LES RESEAUX ELECTRIQUES………………………………………………………………………………………………………………..1

II.LA STABILITE DES RESEAUX ELECTRIQUES…………………………………………………………………………………………3

III. LA VARIATION DE LA FREQUENCE……………………………………………………………………………………………………4

III.1.DEFINITION DE LA FREQUENCE…………………………………………………………………………………………………4

III.2.LA VALEUR DE LA FREQUENCE ………………………………………………………………………………………………….4

III.3.LES DIFFERENTS TYPES DE LA VARIATIONS DE LA FREQUENCE………………………………………………… 5

III.4.L’ECROULEMENT DE FREQUENCE…………………………………………………………………………………………….7

IV.LA REGULATION DE LA FREQUENCE D’UN RESEAU ELECTRIQUE……………………………………………………….8

IV.1.LE REGLAGE PRIMAIRE……………………………………………………………………………………………………………..8

IV.2.LE REGLAGE SECONDAIRE…………………………………………………………………………………………………………9

IV.3.LE REGLAGE TERTIAIRE……………………………………………………………………………………………………………….11

CONCLUSION………………………………………………………………………………………………………………………………………..11

CHAPITRE II : GENERALITE SUR LA CARTE ARDUINO

INTRODUCTION: .............................................................................................................................................. 12

I.LE PROJET ARDUINO ...................................................................................................................................... 12

I.1.L’HISTORIQUE DU PROJET ARDUINO .......................................................................................................... 12

I.2.LA DEFINITION DE L’ARDUINO .................................................................................................................... 12

I.2.1.LA PATRIE MATERIELLE ............................................................................................................................ 13

I.2.2.LA PATRIE LOGICIEL ................................................................................................................................. 13

I.3.LE CHOIX DE LA CARTE ARDUINO ............................................................................................................... 15

II.LA CARTE ARDUINO UNO…………………………………………………………………………………………………………………………16

III.LE BUT DE L'UTILISATION DE L’ARDUINO .................................................................................................... 18

IV.LES APPLICATIONS DE L’ARDUINO .............................................................................................................. 18

V.LA COMMUNICATION BLUETOOTH ENTRE L’ARDUINO ET L’ORDINATEUR ................................................. 18

CONCLUSION………………………………………………………………………………………………………………………………………………

CHAPITRE III : REALISATION PRATIQUE ET SIMULATION DU PROJET

INTRODUCTION……………………………………………………………………………………………………………………………………..21

I. LA SIMULATION DU PROJET ……………………………………………..…………………………………………………………………21

I.1 LA SIMULATION DU CIRCUIT DE SYNCHRONISATION AVEC LE RESEAU ELECTRIQUE………………..…..21

I.2 LA SIMULATION DE LA MESURE ET DE L’AFFICHAGE DE LA FREQUENCE……………………….………..…..23

II. LA REALISATION PRATIQUE DU PROJET …………………………………………………………….…………….…………...…24

CONCLUSION………………………………………………………………………………………………………………………………………….26

ANNEXE 1

ANNEXE 2

CONCLUSION GENERALE



De nos jours, l'énergie électrique est très nécessaire dans tous les domaines et pour cela,

toutes les entreprises qui gèrent les réseaux électriques à travers le monde ont toujours

cherché à assurer la continuité de la distribution de l'énergie électrique et garder la stabilité du

réseau électrique. La stabilité du réseau électrique déterminé par la stabilité de deux critères

très importants et ils sont la tension et la fréquence, et cela doit suivre et contrôler l'ensemble

de ces critères de façon permanente.

Ce projet a été réalisé dans le cadre de la formation Master 2 recherche, option

électrotechnique, au sein du laboratoire d'électrotechnique de Constantine (LEC). Dans ce

travail on va représenter comment suivre la fréquence d’un réseau électrique à l’aide d’une

carte ARDUINO UNO.

Ce mémoire contient trois chapitres, organisés comme suit:

Dans le premier chapitre nous allons faire présenter des notions générales sur le réseau

électrique et l’étude de la variation de la fréquence.

Dans le deuxième chapitre nous exposerons quelques généralités sur la carte

ARDUINO.

Dans le troisième chapitre nous allons réaliser et simuler ce projet, pour le suivi de la

fréquence du réseau électrique à l’aide de la carte ARDUINO.

CHAPITRE I

LA VARIATION DE LA

Fréquence D’UN RESEAU

électrique

Chapitre I La variation de fréquence du réseau électrique

Page 1

Introduction

L’énergie électrique étant très difficilement stockable, il doit y avoir en permanence

équilibre entre la production et la consommation.

Les générateurs, les récepteurs et les réseaux électriques qui les relient ont des inerties

mécaniques et/ou électriques qui rendent difficile le maintien d’un équilibre garantissant une

fréquence et une tension relativement constantes.

Normalement, face à une variation de puissance, le système électrique, après quelques

oscillations, retrouve un état stable.

Dans certains cas, le régime oscillatoire peut diverger. Des études sont nécessaires pour

pouvoir éviter ce phénomène et garantir la stabilité du réseau électrique.

Dans ce chapitre, nous allons présenter la variation de la fréquence du réseau électrique.

Puis, on va présenter la régulation de cette fréquence.

I- Les réseaux électriques

L’énergie électrique est produite en même temps qu’elle est consommée, donc, en

permanence, la production doit s’adapter à la consommation.

De ce fait, l’ensemble production, acheminement, utilisation constitue un système

complexe appelé réseau électrique. Un réseau électrique doit aussi assurer la

gestion dynamique de l'ensemble production - transport - consommation, mettant en œuvre

des réglages ayant pour but d'assurer la stabilité de l'ensemble. Dans tous les cas, ses

caractéristiques s’expriment en termes de :

- grandeurs électriques.

- disposition spatiale.

- données temporelles.

-

Les grandeurs électriques sont :

- La fréquence

- La tension

http://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8mes_dynamiques

http://fr.wikipedia.org/wiki/Stabilit%C3%A9_des_r%C3%A9seaux_%C3%A9lectriques

http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9tastabilit%C3%A9


Page 2

Ces grandeurs de base sont influencées par l’intensité du courant qui circule dans les

lignes et les câbles ; laquelle est liée aux puissances actives et réactives générées, transportées

et consommées.

- La puissance active est produite par les alternateurs à partir d’énergie thermique ou

mécanique, et consommée également sous forme thermique ou mécanique par les

récepteurs.

- La puissance réactive est produite ou consommée dans tous les éléments réactifs du

réseau.

Il faut noter qu’en régime dynamique, l’énergie active est « stockée » par les machines

tournantes (inertie), et que l’énergie réactive l’est également, sous forme magnétique (ex.

transformateurs ou machines tournantes) ou capacitive (ex. câbles).

FIG I-1 : les parties d’un réseau électrique.

La notion de qualité de l’électricité apparaît sous l’aspect de :

- La continuité de fourniture : c’est la disponibilité de l’énergie électrique en un endroit

donné qui peut être interrompue par des coupures brèves ou longues.

- La forme de l’onde de tension (fréquence, amplitude).


Page 3

II- La stabilité des réseaux électriques

Les centrales doivent à tout instant produire la quantité d’électricité nécessaire à

l’alimentation de la consommation. Pour répondre à cet impératif, les centrales d’Algérie sont

interconnectées grâce au maillage du réseau de transport, et peuvent se secourir mutuellement

en cas de panne. Pour que le réseau interconnecté fonctionne, il existe une obligation

commune à toutes les centrales : leurs alternateurs doivent tourner à la même vitesse

électrique, afin de produire une alimentation de tension et de fréquence uniforme dans tout le

réseau. C’est ce qu’on appelle le synchronisme des alternateurs.

Les installations de production, de transport et de distribution de l'électricité forment un

système très vaste et très complexe du fait notamment de son fort non linéarité. De nombreux

acteurs, des producteurs aux consommateurs en passant par le réseau, composent et ont des

effets varies sur ce système. Chacun de ces acteurs ou combinaison d'acteurs peut avoir des

incidences favorables ou défavorables sur la qualité de l'énergie électrique, en termes de

tension et de fréquence, ainsi que sur la sureté des réseaux.

Ces systèmes électriques ont de nombreuses contraintes de fonctionnement. Ils ont la

nécessité en premier lieu de maintenir en permanence l'équilibre entre la production et la

consommation d'énergie électrique.

La stabilité du réseau électrique est caractérisée par les fluctuations de puissances

transitées dans le réseau et se mesure par les variations dans le temps des tensions et des

fréquences associées.

Les études de stabilité consistent à :

- envisager les principaux scénarios critiques tels que court-circuit, perte d’énergie

mécanique, perte de source électrique, variation de charge.

- prédire le comportement du réseau face à ces perturbations.

- préconiser les mesures à prendre en exploitation, telles que type de protection, réglage

de relais, délestages, configurations…etc. pour éviter les modes de fonctionnement

indésirables.

Une instabilité généralisée du réseau peut conduire à des dégâts matériels (côté

production, transport, distribution et clients) et/ou à la mise hors tension d'une partie ou de

l'ensemble du réseau (blackout).


Page 4

III- La variation de la fréquence

III-1- Définition de la fréquence

La fréquence correspond au nombre de cycles que fait le courant alternatif en une

seconde. Pour un alternateur, elle correspond au nombre de tours que fait l’arbre de la turbine

en une seconde, multiplié par le nombre d’électro-aimants placés dans le rotor.

n=f/P

n : vitesse de l’alternateur [tr/s]

f : la fréquence [Hz]

P : nombre de paire de pôles.

À la déférence de la tension, qui est un paramètre local (la tension est différente en tout

point du réseau, elle dépend du courant qui circule dans les lignes au voisinage du point

considéré), la fréquence est homogène dans tout le réseau électrique dés lors que la production

et la consommation sont en équilibre.

III-2- La valeur de la fréquence

Le choix de la fréquence a été fait il y a plus de 100 ans. Cette fréquence correspond à

un optimum technico-économique. Une fréquence plus élevée conduirait à des coûts de

transport supérieurs et une fréquence trop faible risquerait d’être visible sur les ampoules, que

l’œil humain verrait scintiller.

La fréquence doit être maintenue autour de la valeur nominale, quelles que soient les

variations de consommation ou de production. Elle est mesurée et contrôlée en temps réel

avec précision afin de la maintenir dans une zone acceptable (± 0,5 Hz autour de 50 Hz ou 60

Hz selon le pays).

En Effet, d’une part, une fréquence évoluant sans cesse rendrait l’électricité inutilisable

pour de multiples usages, d’autre part, la plupart des composants du système électrique sont

conçus pour fonctionner dans une plage de fréquence donnée, en dehors de laquelle des

dysfonctionnements graves de matériels peuvent apparaitre.


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FIG I-2- Le maintien de la fréquence

III-3- Les différents types de variation de la fréquence

La fréquence varie en permanence très légèrement en fonction de la consommation

d’électricité et des événements affectant la production. Les écarts de fréquence sont mesurés

en millièmes d’Hertz. Les systèmes de régulation des centrales corrigent ces variations de

fréquence. Les différents types de variations de fréquence :

1- les petites variations globales et aléatoires autour de 50Hz dues aux évolutions

continues de la consommation.

FIG I-3-variations normales de fréquence.

49.8

49.85

49.9

49.95

50

50.05

50.1

50.15

00

:00

:00

00

:10

:40

00

:21

:20

00

:32

:00

00

:42

:40

00

:53

:20

01

:04

:00

01

:14

:40

01

:25

:20

01

:36

:00

01

:46

:40

01

:57

:20

02

:08

:00

02

:18

:40

02

:29

:20

02

:40

:00

02

:50

:40

03

:01

:20

03

:12

:00

03

:22

:40

03

:33

:20

03

:44

:00

03

:54

:40

04

:05

:20

04

:16

:00

04

:26

:40

04

:37

:20

04

:48

:00

04

:58

:40

05

:09

:20

05

:20

:00

05

:30

:40

05

:41

:20

05

:52

:00


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2- les variations globales de fréquence, qui peuvent être provoquées par des variations

brules de production (arrêt inopiné d’une centrale ou avarie sur la ligne de

raccordement d’une groupe).

FIG I-4-variations globales de fréquence.

3- les fortes variations locales de fréquence qui surviennent lors d’incidents de type

court-circuit.

FIG I-5-les fortes variations de fréquence.

49,47

49.1

49.2

49.3

49.4

49.5

49.6

49.7

49.8

49.9

50

50.1

50.2

09

:30

:00

09

:31

:50

09

:33

:40

09

:35

:30

09

:37

:20

09

:39

:10

09

:41

:00

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:42

:50

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:44

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09

:46

:30

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:48

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:50

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:53

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09

:59

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10

:01

:10

10

:03

:00

10

:04

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10

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:40

10

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10

:10

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10

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:10

10

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:00

10

:15

:50

10

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:40

10

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10

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:20

10

:23

:10

10

:25

:00

10

:26

:50

10

:28

:40


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III-4- L’écroulement de fréquence

Lorsqu’un réseau est dans une situation tendue pour l’équilibre production /consommation,

parce que la consommation atteint un niveau exceptionnel, ou à cause d’un parc de production

en partie indisponible, une baisse de fréquence peut se produire. En dessous d’un certain seuil

de fréquence, les groupes de production se séparent du réseau pour éviter d’être endommagés.

La fréquence chute alors un peu plus, et de nouveaux groupes se séparent du réseau,

accélérant le déséquilibre entre production et consommation, donc la chute de fréquence, c’est

l’écroulement de fréquence. Ce phénomène est rapide, on constate une baisse de plusieurs

Hertz par seconde. L’ensemble du réseau interconnecté se trouve alors dans une situation très

critique.

La variation de fréquence peut résulter :

- d’un court-circuit proche d’une source.

- d’une très grosse variation de puissance de la source.

- du passage sur une source de remplacement ou de secours.

Tout écart entre la production programmée et la consommation se traduit par une

variation de la fréquence (le principe de conservation de l’énergie impose instantanée du

déséquilibre par une variation de l’énergie cinétique de toutes les <<masses tournantes>>,

groupes de production ou moteurs, tournant au synchronisme), et par une variation des

échanges à travers les interconnections transfrontalières.

Or l’équilibre production-consommation est perpétuellement remis en question par les

fluctuations de la consommation et par le non-respect rigoureux des programmes de

production, qui en pratique sont impossibles à tenir parfaitement.

En cas de chute importante de la fréquence, due à une surcharge importante, deux

solutions peuvent alors être engagées :

- si la surcharge vient de la perte d’unité de production (suite à la perte d’une

interconnexion par exemple), des systèmes automatiques lancent alors le délestage de

certaines portions du réseau.

- si la surcharge ne vient pas du réseau ou des unités de production, mais uniquement

d’une consommation accrue, des unités de production sont mises en service et

connectées au réseau.


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IV- La régulation de la fréquence d’un réseau électrique

La régulation de la fréquence d’un réseau électrique est l’ensemble des moyens mis en

œuvre afin de maintenir proches de leurs valeurs de consigne les grandeurs de la fréquence

sur l'ensemble du réseau.

Le réglage de fréquence, est essentiel pour la sureté, la qualité et l’optimisation du

système électrique, ainsi il permet d’assurer le respect du plan de fréquence des réseaux

interconnectés. Tout permettant aux utilisateurs du réseau de faire fonctionner leurs matériels

dans des conditions optimales, il assure aux gestionnaires du réseau une exploitation des

réseaux à moindre cout et dans des conditions de sureté satisfaisantes.

Le réglage de la fréquence est réalisé à l’aide de 3 groupes d’actions distinctes qui se

différencient par leurs temps de réponse respectifs.

IV-1-Le réglage primaire

Le réglage primaire de fréquence est indispensable à la sûreté du système électrique.

En effet, face aux aléas et incidents tels que fluctuations rapides de la consommation et

déclenchements de groupes de production, c’est le dispositif qui rétablit automatiquement et

très rapidement l’équilibre production - consommation et maintient la fréquence à une valeur

proche de la fréquence de référence.

Le réglage primaire est mis en œuvre par l’action des régulateurs de vitesse des groupes

de production qui agissent en général sur les organes d’admission du fluide moteur à la

turbine lorsque la vitesse du groupe (image de la fréquence) s’écarte de la vitesse de consigne

par suite d’un déséquilibre entre la production et la consommation de l’ensemble du système

interconnecté synchrone.


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FIG I-6- schéma du principe du réglage primaire de la fréquence.

Cependant, le réglage primaire ne rétablit l’équilibre offre - demande que si on dispose

d’une réserve de puissance - la réserve primaire - suffisante.

La réserve primaire disponible est la somme des réserves primaires des groupes (La

réserve primaire d’un groupe égale à la différence entre la puissance nominale et la puissance

délivrée en instantané d’un groupe) de l’ensemble du système interconnecté synchrone.

IV-2- Le réglage secondaire

Ce type de réglage n’existe que dans les réseaux connecté avec les réseaux voisins

étrangers.

Le réseau algérien et connecté avec le réseau tunisien et le réseau marocain qui est

connecté à son tour avec le réseau espagnol puis le réseau européen.

L’échange en puissance entre les payes interconnecté doit être égal à « 0 » ou à une

valeur déterminée par un programme d’échange convenu.

L’action du réglage primaire laisse subsister un écart de fréquence par rapport à la

fréquence de consigne (50 HZ). Elle provoque également des écarts sur les échanges entre les

pays du système interconnecté synchrone.

Le réglage secondaire donc pour but de :

Solliciter essentiellement la réserve secondaire de la seule zone de réglage où est

apparu ce déséquilibre.


Page 10

Retrouver le programme d’échange initialement convenu entre la zone origine de la

perturbation et l’ensemble des zones voisines auxquelles elle est interconnectée, et de

ramener la fréquence du système synchrone à sa valeur de référence.

De restaurer l’intégralité de la réserve primaire pour pallier tout nouveau déséquilibre

production - consommation.

Les groupes désignés pour participer au réglage secondaire sont des groupes bien

déterminés repartis uniformément dans le territoire et ces groupes contiennent une bande de

réglage secondaire.

La bande de réglage secondaire égale à la différence entre la puissance nominale et la

puissance délivrée en instantané du groupe et elle doit être importante.

Ce réglage secondaire est réalisé par un organe centralisé situé au centre nationale de

conduite (dispatching nationale), avec pour rôle de modifier automatiquement la production

des groupes réglant.

FIG I-7-réglage secondaire.

La réserve secondaire, ne peut pas compenser toutes les perturbations comme par

exemple la perte du plus gros groupe couplé.

Dans ce cas, la mobilisation de la réserve secondaire ne permet pas de reconstituer

intégralement la réserve primaire qui reste entamée et la réserve secondaire est épuisée : il

faut donc mobiliser une réserve complémentaire, la réserve tertiaire.


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IV-3- le réglage tertiaire

Le réglage tertiaire intervient lorsque l’énergie réglant secondaire disponible est

insuffisante.

Contrairement aux réglages primaire et secondaire qui sont des automatismes, l’action

du tertiaire est mise en œuvre manuellement. Elle se fonde sur un ensemble de contrats avec

les producteurs plus ou moins contraignants en temps de réponse et en puissance requise.

Le réglage tertiaire fait appel au mécanisme d’ajustement. Cette réserve supplémentaire

d’énergie est dite rapide si elle peut être mobilisée en moins de 15 minutes ou complémentaire

si elle est mobilisable en moins de 30 minutes.

Conclusion

Un réseau est un ensemble de producteurs et de consommateurs d’énergie électrique

reliés entre eux. L’état électrique du réseau est le résultat de toutes les interactions de ses

différents composants. Les modifications de cet état, inhérentes à la vie du réseau entraînent

une évolution naturelle du comportement vers un nouvel état, stable ou non. Dans ce dernier

cas, il y a perte d’utilisation d’énergie, au moins partielle et parfois même totale (écroulement

du réseau). Il peut s’ensuivre pour l’industriel, des pertes très coûteuses de production, des

destructions de matériels tant électriques que du processus, voire des risques pour les

personnes.

Ce chapitre a montré l’intérêt des études de la variation de la fréquence du réseau

électrique. Cela permet de préconiser des solutions pour éviter les états d’instabilité, et ainsi

assurer une disponibilité optimale de l’énergie électrique.

Dans le prochain chapitre nous allons présenter la carte ARDUINO qu’on a utilisé dans

ce projet.

CHAPITRE II

Généralité SUR LA

CARTE ARDUINO

Chapitre II Généralité sur la carte ARDUINO

Page 12

Introduction

Dans ce chapitre, on va présenter le projet ARDUINO à ces deux parties (matérielle et

Logiciel), et nous allons parler spécialement de la carte ARDUINO UNO mentionnant les

caractéristiques et le principe de fonctionnement et nous donnons le schéma de principe de

cette carte. Puis, nous présenterons le but de l'utilisation de l’ARDUINO et citer des

applications de cette carte.et enfin, on va présenter la communication Bluetooth entre

l’ARDUINO et l’ordinateur.

I. Le projet ARDUINO

I.1.L’historique du projet ARDUINO

Une équipe de développeurs composée de Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom

Igoe, Gianluca Martino, David Mellis et Nicholas Zambetti a imaginé un projet répondant au

nom de Arduino et mettant en œuvre une petite carte électronique programmable et un

logiciel multiplateforme, qui puisse être accessible à tout un chacun dans le but de créer

facilement des systèmes électroniques.

I.2.La définition de l’ARDUINO

L’ARDUINO est une plate-forme de prototypage d'objets interactifs à usage créatif

constituée d'une carte électronique et d'un environnement de programmation. Sans tout

connaître ni tout comprendre de l'électronique, cet environnement matériel et logiciel permet

à l'utilisateur de formuler ses projets par l'expérimentation directe avec l'aide de nombreuses

ressources disponibles en ligne. Pont tendu entre le monde réel et le monde numérique,

l’ARDUINO permet d'étendre les capacités de relations humain/machine ou

environnement/machine.

L’ARDUINO est un projet en source ouverte : la communauté importante d'utilisateurs

et de concepteurs permet à chacun de trouver les réponses à ses questions. Des dizaines de


Page 13

milliers d'artistes, de designers, d'ingénieurs, de chercheurs, d'enseignants et même

d'entreprises l'utilisent pour réaliser des projets incroyables dans de multiples domaines:

- prototypage rapide de projets innovants utilisant l'électronique.

- captation et analyse de données scientifiques.

- installations d'arts numériques.

- projets pédagogiques.

I.2.1.La patrie matérielle

La carte ARDUINO repose sur un circuit intégré (un Miniordinateur appelé également

microcontrôleur) associée à des entrées et sorties qui permettent à l'utilisateur de brancher

différents types d'éléments externes :

- Côté entrées, des capteurs qui collectent des informations sur leur environnement

comme la variation de température via une sonde thermique, le mouvement via un

détecteur de présence, le contact via un bouton-poussoir, etc.

- Côté sorties, des actionneurs qui agissent sur le monde physique telle une petite lampe

qui produit de la lumière, un moteur qui actionne un bras articulé, etc.

Comme le logiciel ARDUINO, le circuit électronique de cette plaquette est libre et ses

plans sont disponibles sur internet. On peut donc les étudier et créer des dérivés. Plusieurs

constructeurs

proposent ainsi différents modèles de circuits électroniques programmables et

utilisables avec le logiciel ARDUINO.

I.2.2. La patrie Logiciel

ARDUINO IDE

L'environnement de programmation ARDUINO IDE est une application écrite en Java,

dérivée du langage Processing. L’IDE permet d'écrire et modifier es codes et les convertir en

une série d'instructions compréhensibles par la carte. Le programme qui envoyé vers la carte

ARDUINO est enregistré de manière permanente, ce programme est activé à chaque fois que

l'on alimente la carte.


Page 14

Lorsque l'ARDUINO est connecté à un ordinateur, il est capable de communiquer avec

diverses applications, notamment :

Processing

Conçu par des artistes, pour des artistes, Processing est un environnement de création

fréquemment utilisé pour générer des œuvres multimédias à partir d'un code informatique sur

ordinateur. L'attrait de ce logiciel réside dans sa simplicité d'utilisation et dans la diversité de

ses applications : image, son, applications sur Internet et sur téléphones mobiles, conception

d'objets électroniques interactifs.

Processing fédère une forte communauté d'utilisateurs professionnels et amateurs :

artistes, graphistes, vidéastes, typographes, architectes, web designers et designers en général.

Il est également utilisé par des enseignants en arts qui souhaitent familiariser leurs étudiants

avec les potentialités artistiques de la programmation, les concepteurs du logiciel l'ayant

pensé dès l'origine comme un outil d'apprentissage.


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I.3.Le Choix de la carte ARDUINO

La diversité des cartes (UNO, DUE et MEGA ….etc.) disponibles sur le marché pose le

problème du choix approprié pour une application donnée. Pour le bon choix d’une il faut

connaitre:

- Le nombre des ports I/O qu’on a besoin pour notre application.

- La vitesse de travaille maximale et minimale du microcontrôleur intégré.

- La nature et la capacité de la mémoire programme.

- La mémoire RAM (pour les calculs intermédiaires du microcontrôleur).

- La mémoire EPROM pour la sauvegarde de certaines données lors d’une coupure de

source d’alimentation.

- Le prix de la carte par rapport au prix de l’application.

- La disponibilité du microcontrôleur choisi sur le marché.

Nous choisirons d'utiliser la carte portant le nom de «ARDUINO UNO».

FIG II.1: La carte " ARDUINO UNO" sur laquelle nous allons travailler.

II. La carte ARDUINO UNO

Le modèle UNO de la société ARDUINO est une carte électronique dont le cœur est un

microcontrôleur ATMEL de référence ATMega328. L’ATMega328 est un microcontrôleur

8bits de la famille AVR dont la programmation peut être réalisée en langage C ou C++.


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FIGII.2: L’interface de la carte ARDUINO UNO.

FIGII.3: Schéma simplifié de la carte ARDUINO UNO.


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FIG II.4: Les caractéristiques de la carte ARDUINO UNO.

Microcontrôleur ATmega328

Tension de fonctionnement 5V

Tension d'alimentation

recommandée

7 à 12V

Tension d'alimentation limite 6 à 20 V

Entrées/sorties numériques 14 dont 6 disposent d'une sortie PWM

Entrées analogiques 6 (ATTENTION : le niveau max en

entrée doit être de 5 volts)

Courant max par broches E/S 40 mA (ATTENTION : 200 mA

cumulé pour l'ensemble des broches E/S)

Courant max sur sortie 3,3 V

générée par le régulateur interne

50 mA

Mémoire Flash 32 KB dont 0.5 KB utilisée par le boot

loader

Mémoire SRAM 2 KB

Mémoire EEPROM 1 KB

Fréquence horloge 16 MHz

Dimensions 68.6mm / 53.3


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FIGII.5:Le microcontrôleur ATMEL ATMega328.

III. Le but de l'utilisation de l’ARDUINO

Le système ARDUINO, nous donne la possibilité d'allier les performances de la

programmation à celles de l'électronique. Plus précisément, nous allons programmer des

systèmes électroniques. Le gros avantage de l'électronique programmée c'est qu'elle simplifie

grandement les schémas électroniques et par conséquent, le coût de la réalisation, mais aussi

la charge de travail à la conception d'une carte électronique.

En vue des performances qu’elles offrent, les cartes ARDUINO sont relativement peu

couteuses, ce qui est un critère majeur pour le débutant. Celle que nous utiliserons pour la

suite du cours a un prix qui tourne aux environs de 25 € TTC ce qui est un bon rapport

qualité/prix. En plus de sa Le logiciel est fourni gratuitement.

IV. Les Applications de l’ARDUINO

Le système ARDUINO nous permet de réaliser un grand nombre de choses, qui ont une

application dans tous les domaines, vous pouvez :

- contrôler les appareils domestiques

- fabriquer votre propre robot

- faire un jeu de lumières

- communiquer avec l'ordinateur

- télécommander un appareil mobile (modélisme)

- …etc.


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V. La communication Bluetooth entre l’ARDUINO et l’ordinateur

La connexion série de l'ARDUINO est très pratique pour communiquer avec un pc,

mais son inconvénient est le câble USB. Comment faire pour communiquer à distance sans

devoir s’encombrer d'un câble pour relier le module ARDUINO et le pc ? Tout simplement en

utilisant un module Bluetooth pour remplacer la liaison USB.

Être capable de contrôler votre projet ARDUINO utilisant Bluetooth totalement génial. Vous

n’avez pas à transporter un contrôleur compliqué ou être proche de projet pour le surveiller. Il

ya plusieurs écrans et modules Bluetooth compatible ARDUINO vous pouvez utiliser. Je

utilise le module particulier HC-06, mais devrait être similaire avec les autres.

FIG II.6: Le module Bluetooth " HC-06" sur laquelle nous allons travailler.

Vous devez avoir soit intégré dans le module Bluetooth ou un dongle Bluetooth installé

sur votre ordinateur. En outre, vous devez avoir installé sur votre système à la fois les

logicielles ARDUINO IDE et Processing.

Le HC- 06 dispose de 6 broches : WAKEUP (réveil), VCC, GND, TXD, RXD et STATE (de

l'État). En ce moment je ne traiterai que quatre épingles, qui sont VCC, GND, TXD et RXD.

Voici comment vous devez connecter le module Bluetooth à votre ARDUINO :

GND (Bluetooth) ⇒ GND (ARDUINO)

VCC (Bluetooth) ⇒ 3.3V (ARDUINO)

TX-O (Bluetooth) ⇒ RX (0) (ARDUINO)

RX-I (Bluetooth) ⇒ TX (1) (ARDUINO)


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FIG II.7: Le bronchement du module Bluetooth " HC-06" avec la carte ARDUINO.

Une fois que vous avez écrire et téléchargé le code ARDUINO sur votre ARDUINO,

débranchez le câble USB ARDUINO de votre ordinateur, Vous pouvez utiliser une batterie

externe ou de toute autre source externe pour alimenter votre ARDUINO. Puis écrire un code

Processing pour gérer la communication entre l’ARDUINO et l’ordinateur via le Bluetooth

(envoyer et recevoir les informations).

Conclusion

Dans ce chapitre nous avons présenté le projet ARDUINO, puis nous avons donné une

généralité sur la carte ARDUINO UNO sans mentionner les petits détails, et en fin nous avons

présenté la connexion Bluetooth entre la carte ARDUINO et l’ordinateur, c'est dans le but de

l'utiliser dans les chapitres suivants.

Dans le prochain chapitre nous allons présenter la simulation et la réalisation du ce projet.

CHAPITRE III

Réalisation PRATIQUE

ET SIMULATION DU

PROJET

Chapitre III Réalisation pratique et simulation du projet

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Introduction

Dans ce chapitre on va présenter la simulation et la réalisation d’un dispositif qui

mesuré la fréquence du réseau électrique. Ce dispositif comparant à deux parties, la premier

partie est le circuit de synchronisation avec le réseau électrique qui donne un signale

rectangulaire entre 0V et le 5V pour injecter dans le pin 2 de la carte ARDUINO (entré

digitale), la deuxième partie est la carte ARDUINO qui calculé la fréquence est envoie leur

valeur vers l’ordinateur à l’aide de la communication Bluetooth pour l’affichage.

FIG. III.1 La structure du projet

I. La simulation du projet

La simulation dans ce projet est faite par le logiciel PROTEUS ISIS.

I.1 La simulation du circuit de synchronisation avec le réseau électrique

Les composants de circuit de synchronisation avec réseau électrique :

Comparateur TL082 : pour comparer le signale sinusoïdal avec zéro, le résultat est un

signal rectangulaire entre -15V et 5V.

Diode 1N4006 : pour négligiez la partie négative, le résultat est un signal rectangulaire

entre 0V et 5V pour injecter dans le pin 2 de la carte ARDUINO.

résistances de 1KOhms.


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FIG. III.2. Le schéma de circuit de synchronisation avec le réseau

FIG. III.3. Les résultats de simulation de circuit de synchronisation avec le réseau


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I.2 La simulation de la mesure et de l’affichage de la fréquence

FIG. III.4. Le montage pour la mesure et l’affichage de la fréquence

Dans notre travail, on a utilisé la communication Bluetooth entre la carte ARDUINO et

l’ordinateur (chapitre II), alors on a affiché la fréquence mesuréesur ordinateur.

FIG. III.5. L’affichage de la fréquence mesurée sur ordinateur


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II. La réalisation pratique du projet

FIG. III.6. Le circuit réalisé pour mesurer la fréquence

Les composants du ce montage est :

le capteur de tension : comprend un gain qui abaisse la tension du réseau électrique

220V AC/ 10VAC.

le circuit de synchronisation avec le réseau électrique: converti le signale sinusoïdal

10V AC vers un signal rectangulaire entre 0V et 5V.

la carte ARDUINO UNO : mesure la fréquence du signal rectangulaire qui l’injecte

dans le pin 2 de la carte ARDUINO (chapitre II).

Le module Bluetooth HG-06 (chapitre II)pour envoie la valeur da la fréquence

mesurée vers l’ordinateur


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FIG. III.7. Le capteur de tension

FIG. III.8. Le circuit de synchronisation avec le réseau électrique


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FIG. III.9. Le signal d’entrée et le signal de la sortie du circuit de synchronisation avec

le réseau électrique

FIG. III.10. L’affichage de la fréquence mesurée sur ordinateur


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Conclusion

Dans ce chapitre nous avons présenté la simulation et la réalisation pratique de notre

projet, nous avons donné les résultats de validation expérimentale, nous ont permis de

confirmer, la fiabilité de ce projet à travers des tests. Alors ce projet nous a permis de mesurer

la fréquence du réseau électrique de façon permanente.

Annexe 1

Le programme ARDUINO pour mesurer la fréquence d’un signal rectangulaire :

Annexe 2

Le programme MATLAB pour éliminer les harmoniques du réseau électrique : la FMV

Le spectre de tension avant la FMV (en bleu) a le fondamental (50 Hz) et

l’harmonique trois (150Hz).

Le spectre de tension après la FMV (en rouge) a le fondamental seulement.

CONCLUSION GÉNÉRALE

Dans le cadre de la préparation d’un Master en Électrotechnique, Spécialité

Électrotechnique, ce travail vise à présenter une étude théorique , de simulation et réalisation

d’un dispositif pour suivre la fréquence d’un réseau électrique.

Le premier chapitre a été dédié à la présentation de la variation de la fréquence du

réseau

Ensuite, dans le deuxième chapitre, j’ai d'abord exposé quelques généralités sur la carte

ARDUINO.

Enfin, dans le troisième chapitre, j’ai décrit la réalisation et la simulation de notre projet

pour suivre la fréquence du réseau électrique à l’aide d’une carte ARDUINO.

Dans ce travail nous avons donné les résultats de validation expérimentale de ce projet

réalisé. Alors Ce projet réalisé nous permettons de suivre la fréquence du réseau électrique

d’une façon permanente.

L’intérêt d’utilisation une carte ARDUINO UNO c’est que elle a un bon rapport

qualité/prix. En plus de sa la simplicité de l'utilisation.

L’utilisation de la communication par Bluetooth est un avantage économie d’une part et

nous permet d’éviter les problèmes produits par le câblage d’autre part.

RÉFÉRENCES

http://arduino.cc/en/main/software

http://arduino.cc/en/Reference/HomePage

http://www.hackaday.com/category/arduino-hacks/

http://www.instructables.com/tag/type-id/category-technology/channel-arduino/

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février 2007, IEEE Transactions on Power Systems, Vol 22 # 1, p. 350- 357, ISSN :

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- Hasan ALKHATIB, Étude de la stabilité aux petites, perturbations dans les grands

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Université Paul Cézanne Aix Marseille III, 2008 (lire en ligne).

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RÉSUMÉ

L'objectif de ce travail est le suivi de la variation de la fréquence du réseau

électrique de façon permanente à l'aide de la carte ARDUINO, pour qu’on

puisse assurer la stabilité de la fréquence.

ABSTRACT

The objective of this project is to control and monitor the change in the

frequency of the electrical network permanently with an ARDUINO board, to

ensure the stability of frequency.

: الملخص

باستخذامالهذف مه هذا المشزوع هى مزاقبة ورصذ التغيز في تزدد الشبكة الكهزبائية بشكل دائم

، لضمان استقزار التزدد. اردوينى بطاقة

chapitre i la variation de fréquence du réseau électrique

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