daou.rapport de stage.os.initiations à l'etude fonctionnement et prévision
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Ecole Nationale Polytechnique
Département de Génie Electrique
-Electrotechnique-
Nom : Daou
Prénom : Hocine
RAPPORT SUR LE STAGE EFFECTUE DU 28 AU 4 JUILLET
2012 DANS LA COMPAGNIE :
Département Étude Fonctionnement et Prévision.
THEME INITIATION A ’’ L’ETUDE
FONCTIONNEMENT ET PREVISIONS’’
ENCADRE PAR : Mme BENJADDI
1
REMERCIEMENTS :
Avant tout développement, j’ai d’abord à commencer par des remerciements
à tous ceux qui m’ont beaucoup appris au cours de cette coute période et à tous
ceux qui ont la gentillesse de faire de ce stage un moment très profitable.
Des lors, je tiens à remercier tout particulièrement et à témoigner toute ma
reconnaissance aux personnes suivantes, pour l’expérience enrichissante et
pleine d’intérêt qu’elles m’ont fait vivre durant une semaine au sein de la
société.
Monsieur Idir Azouz pour son accueil dès mon arrivée à la compagnie, puis
Mme Beniali pour l’intérêt qu’elle m’a accordé en me proposant un thème, un
plan de travail puis en m’orientant à chacun des cadres de l’Etude
Fonctionnement et Prévisions que je ne manquerai pas de remercier.
Alors, je tiens à remercier les cadres suivants de m’avoir rapidement intégré
au sein de la société, de m’avoir accordé toute leur confiance et enfin pour le
temps qu’ils m’ont consacré tout au long de la semaine sachant répondre à
toute mes interrogations ce qui a contribué grandement à l’acheminement de ce
rapport.
DAID OMAR Etude de compensation
BENAROUS OMAR Etude dynamique
MR KINANE Etude prévisionnelle et étude des charges nodales
AIOUAZ YOUCEF Etude de fiabilité
IDIR ALI
MLLE BOUTENZERE NABILA Etude prévisionnelle
2
Table des matières Table des matières……………………………………………………………………………………………………………………………..4 Remerciement Introduction Chapitre I l'adéquation Production-Demande 1. Quelques caractéristiques propres aux réseaux électriques industriels ………………………………………06 2. Effets de la température sur la demande de l’énergie électrique ………………………………………………..06 3. La corrélation température- demande ………………………………………………………………………………………..06 4. Variation de la puissance demandée en fonction de la température (Données 2005-2008) …………06 5. Profil de consommation journalier sur tout le territoire national. ………………………………………… …….07
5.1. Profil de la clientèle basse tension 5.2. Profile des consommateurs hauts tension et moyenne tension (industries)
6. Comparaison entre différentes courbes de charges journalière des 3 pays …………………………………08 UNITED STATES OF AMERICA- FRANCE- ALGERIE--MARROC
6.1. Analyse et interprétation ……………………………………………………………………………………………10 Chapitre II : Sonelgaz et l'OSE 1. L’organigramme de Sonelgaz…………………………………………………………… ………………………………………….11 2. L’operateur du système électrique …..………………………………………………………………………………………….12 3. Les études du l’OSE pour assurer ses missions………………………………………………………………………………12 4. La garantie de la sureté du réseau ……………………………………………..……………………………………………….13
4.1. La sureté du fonctionnement 4.2. L’action de l’OSE pour garantir la sureté du réseau
Chapitre III : l’étude de fonctionnement et prévision Introduction……………………………………………………………………………..………………………………………………………15
1. L’adéquation production-consommation 2. Exploitation du système électrique ………………………………………………………………………… 3. Département étude fonctionnement et prévision ……………………………………………… 4. Les principales missions du département étude fonctionnement et prévision à l’OSE 5. Initialisation aux études effectuées à l’OSE
5.1. Etude prévisionniste ………………………………………………………………………….……………………….16 5.1.1. La mission d’un ingénieur prévisionniste 5.1.2. Conditions d’exercice de la prévision 5.1.3. La prévision au sein de l’OSE
5.1.3.1. Méthodologie de l’étude provisionnelle de fonctionnement du SPTE 5.1.3.1.1. Analyse provisionnelle de l’équilibre Production-consommation 5.1.3.1.2. Processus de la prévision du planning annuel des entretiens des
unités de production par OSE 5.1.3.2. Disposition en cas de situation de déficit
5.2. Etude dynamique …………………………………………………………………………………………18.19.20.21
5.2. Introduction 5.2.1. La stabilité en régime dynamique 5.2.2. Objectif de l’étude dynamique 5. 2.3. Le but de l’étude dynamique 5. 2.4. Quelques éléments clés de l’étude dynamique du SPTE de l’année 2013
5.3.4.1. Méthodologie de l’étude
3
5.3.4.2. Les types de stabilités étudiées au sein de la OSE 5.3.4.3. Vérification du plan de stabilité au sein de l’OSE
5.2.5. Exemple de simulation 5. 2.5.1 Simulation de la perte de 2*400MW de la société SKH
5.3. Etude de compensation 5. 3.1. Introduction théoriques ……………………………………………………………………...22.23.24
5. 3.1.1. L’énergie active et réactive 5. 3.1.2. Le facteur de puissance 5. 3.1.3. Circulation de l’énergie réactive
5. 3.2. L’énergie réactive et le réseau 5. 3.3. Influence de la circulation de l’anergie réactive 5. 3.3. Comportement de quelques éléments du réseau avec l’énergie réactive 5.3.4. Le comportement des récepteurs les plus courants vis-à-vis de l’énergie réactive 5. 3.5. La consommation du client de l’énergie réactive …………………………………………..24 5. 3.6. L’intérêt de la compensation de l’énergie réactive ………………………………………..24 5. 3.7. Matériels de compensation d’énergie réactive ……………………………………………..24 5. 3.8. La compensation au sein de l’OSE ……………………………………………………………….25
Introductions 5. 3.8.1. Méthodologie ……………………………………………………………………………………26
5.3.8.1.1. Critère de l'évaluation de la compensation 5.3.8.1.2. Critère de l’évaluation de la tension
5. 3.8.1.3. Hypothèse de l'étude. …………………………………………………………..27 5.4. Etude de fiabilité …………………………………………….…………………………………………………………….28
5.4.1. Les indices d'étude de fiabilité 5.4.2. Les méthodes d'évaluation de la fiabilité.
5.4.2.1. Méthode probabiliste 5.4.2.2. Méthode déterministe
5.4. Le centre de conduite ………………………………………….……………………………………………………..29
5.4.1. La mission d'un dispatcheur 5.4.2. Conditions d'exercice de la conduite
4
Introduction :
L’évolution du réseau électrique et son expansion fait que ce système
électrique au moment où j’écris cette introduction ne sera pas le même système
qui sera conduit dans une année ni même celui prévu par la planification vu
qu’il faut à tout instant assurer l’adéquation production-consommation et vu
que l’énergie électrique n’est pas stockable alors il est impératif de bien prévoir
le comportement du système électrique et prendre les dispositions nécessaires
pour assurer sa bonne conduite en temps réel.
La demande électrique est sujet de fluctuations peu maitrisables en termes
de sa matérialisation en puissance tel que ces fluctuations sont dues
généralement à un élément majeur qui est la température atmosphérique.
5
L’adéquation production demande
6
Quelques caractéristiques propres aux réseaux électriques industriels : [1]
• Etendue géographique des sites jusqu’à plusieurs dizaines d’hectares.
• Longueur des connexions, lignes et câbles, jusqu’à plusieurs kilomètres pour les
différents niveaux de tension.
• Sources d’énergie ; distributeurs extérieurs, auto production (réseau isolé) et solutions
mixtes tensions : plusieurs niveaux dans une gamme allant de 380 V à 90 kV ou
même plus.
• Puissances : 250 kVA à 100 MVA ou plus.
• Charges : présence très importante des moteurs asynchrones ; noter aussi des charges
spéciales liées au procès (par exemple électrolyse, fours...).
• Complexité de l’architecture du réseau qui doit pouvoir alimenter des consommateurs
prioritaires, avoir des redondances d’alimentation, et être reconfigurable.
• Constantes de temps de stabilité : typiquement de une à dix secondes.
Effets de la température sur la demande de l’énergie électrique : Une corrélation entre la demande et la température est à constater tel que :
• La demande augmente lorsque la température baisse notamment en période hivernale
(Décembre, Janvier et Février).
• La demande augmente également lors de forte chaleur (climatiseur) est ce en période
estivale (Juin, Juillet et Aout).
La corrélation température- demande :
L’influence de la température sur la demande se fait sentir comme suit :
En Hiver :
Au seuil de 5°C avec un gradient de : 40MW/°C à 90 MW/°C
En été :
Au seuil de 25°C avec un gradient de 40 MW/°C à 60 MW/°C [11] voir plus vu la
généralisation de l’utilisation de la climatisation dans les foyers pour ce, l’été est devenu plus
agressif en terme d’appel de puissance par rapport à l’hiver.
Variation de la puissance demandée en fonction de la température :
(Données 2005-2008)
Figure1 : Influence de la température sur la demande [litoral] [11]
7
Figure 2 : Influence de la température sue la demande [Haut Plateau] [11]
Figure 3: Comparaison entre les courbes de charge de deux jours de températures
différentes [13]
D’après les graphes ci-dessous on constate que la demande est vraiment liée à la
température pour cela il faut une prévision raffinée de la demande.
Pour une connaissance raffinée, il faut bien localiser les profils de consommation sur
tout le territoire national est les acteurs responsables en quelques sortes sur toute
consommation.
Profil de consommation journalier sur tout le territoire national : [11]
Profil de la clientèle basse tension : Généralement on enregistre deux pointes matin et soir.
Le sud :
On enregistre la plus grande pointe qui est matinale à cause de l’effet température et
l’irrigation qui se fait tôt le matin
8
Le nord :
La pointe se situe le soir avec la pointe nationale à cause de l’effet lumière (les
familles se rassemblent dans leurs foyers à partir de 21 H, 22 H.)
[Une courbe de charge nationale mise à jour est détaillée sera exposée par suite]
Profile des consommateurs hauts tension et moyenne tension (industries) : Diffèrent selon le mode de l’activité de chaque industries car il y a ceux qui travaillent
seulement le matin, ceux juste le soir et il y a ceux qui n’arrêtent pas leur activité qui sont
malheureusement comptables aux doigts de la main vu que nous sommes pas du tout un pays
industrialisé.
Plus que un pays est industrialisé plus qu’il attribue à l’amélioration de la courbe de
charge national qui tend ainsi à une droite légèrement déformables tel que la charge du
consommateur basse tension n’influe pas sur la demande par rapport à celle exprimée par la
grosse industrie.
Une courbe de charge plus au moins linéaire (pays industrialisés) favorise grandement
la gestion, l’étude, les prévisions à long et à court terme du système électrique par conséquent
de grands avantages sont tirés en terme de stabilité du fonctionnement tel que l’adéquation
production-consommation est bien maitrisée.
Comparaison entre différentes courbes de charges journalière des 3 pays :
(UNITED STATES OF AMERICA- FRANCE- ALGERIE--MARROC
Figure 4: energy consumption tends (1970-2005) in USA and comparison of industrial,
residential, and commercial and total [6].
9
Figure 5 : Courbe de charge journalière France (04/07/2012) [5]
Figure 6 : Courbe de charge résiduelle de l’Algérie (mise à jour)
0
1000
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MW Courbe de charge de la journée du 27 Juin 2012
PMA
Pointe matin
8850 MW
Pointe soir
8725 MW
Creux de nuit 5393 MW
Creux du jour
6953 MW
10
Figure 7: Courbe de charge au Maroc (en puissance et pas en énergie)
[12]
Analyse et interprétation :
Plus le pays est industrialisé plus la puissance journalière appelée est grande.
Le profil de la courbe de charge soit pour un pays industrialisé ou non, a presque la
même allure (deux pointes matin et soir) mais diffèrent au niveau de la puissance
appelée pour chaque pays.
Plus le pays manque d’industrie plus la consommation (courbe de charge) dépend de la
clientèle basse tension.
Pour ces raisons une étude fonctionnement et prévision est nécessaire pour prévenir la
demande est la contrer par une production adéquate.
11
Chapitre 2
Sonelgaz
OSE
12
L’organigramme de Sonelgaz : [8] Sonelgaz est la société nationale de l’électricité et du gaz ses principales missions
sont :
l’élaboration de la stratégie et le pilotage du Groupe
l’exercice du contrôle des filiales
l’élaboration et la mise en œuvre de la politique financière
Sonelgaz se compose de 35 filiales et de 5 sociétés en participation.
Parmi ces filiales on site celle de Métiers de Base qui sont de nombre de 7 :
La Société Algérienne de Production de l’Électricité (SPE),
La Société Algérienne de Gestion du Réseau de Transport de l’Électricité (GRTE),
L’Opérateur Système électrique (OSE), chargée de la conduite du
système Production / Transport de l’électricité. La Société Algérienne de Distribution de l’électricité et du gaz d’Alger (SDA),
La Société Algérienne de Distribution de l’électricité et du gaz du Centre (SDC),
La Société Algérienne de Distribution de l’électricité et du gaz de l’Est (SDE),
La Société Algérienne de Distribution de l’électricité et du gaz de l’Ouest (SDO).
Les principales fonctions de ces filiales sont :
la production de l’électricité
la gestion du réseau de transport de l’électricité
la gestion du système production / transport de l’électricité
la gestion du réseau de transport du gaz
la distribution de l’électricité et du gaz (quatre sociétés)
L’operateur du système électrique : [10]
L’operateur du système électrique est une société par actions détenue à 100% par
Sonelgaz.
La société fut créée en 2006 dans le but de répondre aux exigences immédiates du
réseau électrique notamment en termes de gestion, étude de fonctionnement et de
planification.
Les missions de l’OSE sont :
La gestion du système de production et de transport de l’électricité (dispatching)
Assurer en permanence l’équilibre de l’adéquation production-consommation
d’électricité par la coordination du système de la production et celui du transport, et ce
afin d’assurer la sécurité du réseau, la fiabilité et l’efficacité de l’alimentation.
Les études du l’OSE pour assurer ses missions : [10]
La prévision à court et moyen terme du niveau d’utilisation du parc de production et de sa
programmation ;
La gestion de la réserve du parc de production d’électricité ;
La gestion des échanges internationaux d’électricité ;
La coordination des plans d’entretien des ouvrages de production et de transport
d’électricité;
L’établissement et le contrôle des paramètres de fiabilité du système de production et de
transport de l’électricité ;
13
La définition et la mise en œuvre des plans de défense et de sauvegarde du réseau de
transport en collaboration avec le gestionnaire du réseau de transport, les producteurs, les
distributeurs et les clients éligibles ;
L’élaboration du plan de développement du réseau de transport de l’électricité;
L’exécution des décisions des pouvoirs publics relatives à la garantie de l’alimentation
électrique. [10]
La garantie de la sureté du réseau :
La sureté du fonctionnement :
Consiste au control de l’évolution et changements que subit le réseau électrique et
limiter les conséquences de ces aléas qui consistent en général l’évolution imprévue de la
demande, perte soudaine d’une unité de production ou d’un élément de réseau
(transformateur).
L’action de l’OSE pour garantir la sureté du réseau :
Mettre différente lignes de défense pour contrôler et éviter chaque type d’évènement
affectant le système électrique et ceci afin d’éviter l’effondrement partiel ou total du
réseau.
Préparer le réseau électrique pour qu’ il fasse face aux aléas du courant en constituant les
réserves de production et en adaptant un schéma électrique du réseau même en absence
d’un ou plusieurs éléments.
Adapter en temps réel et en permanence la production à la demande pour éviter toute
perturbation au niveau de la fréquence.
Suivre les actions exceptionnelles et automatiques déclenchées par le système de
sécurité.
14
Chapitre 3 L’étude fonctionnement et
de la prévision
15
INTRODUCTIONS :
L’adéquation production-consommation :
Dans certaines situations, l’intérêt économique ou la nécessité technique peuvent conduire
à adapter la consommation à la production. C’est le cas :
Exceptionnellement : A la suite d’un incident conduisant à la perte de moyens de
production ou à un fractionnement du réseau.
De manière permanente : ou tout au moins durable, pour atteindre un meilleur
optimum économique global, en déplaçant dans le temps une partie de la
consommation (lissage de la courbe de charge), ou si l’évolution de la charge est très
supérieure aux moyens de production disponibles. [20]
Exploitation du système électrique :
C’est la gestion provisionnelle, la surveillance, la conduite en temps réel du réseau
électrique en moyenne et haute tension afin d’en assurer la sécurité et la qualité de
l’alimentation de la clientèle. [7]
Département étude fonctionnement et prévision : [7]
Ce département est divisé en deux pôles : pôles étude fonctionnement et prévision tel que
au fil du temps ces études furent impérativement vitale pour la survie du système compte tenu
des résultats qui en découlent.
Ces études reposent sur l’anticipation du comportement réel du système électrique et
arriver à le simuler (par des simulateurs performants) en passant par des calculs complexes
pouvant déterminer les paramètres qui reflètent son comportement en différente situation pour
en fin aboutir aux contraintes pouvant l’affecter.
Avec l’anticipation de comportement et les contraintes du système l’équipe peut proposer
des dispositions pour assurer le bon fonctionnement du système en temps réel.
Les principales missions du département étude fonctionnement et prévision { l’OSE; [10] Réalise les études annuelles de fonctionnement du SPTE;
Etabli et arrête le planning d’entretien des ouvrages Production/Transport en
collaboration avec les producteurs et le Gestionnaire du réseau de Transport de
l’électricité;
Elabore et actualise les plans de sauvegarde, de défense et de restauration du système
électrique en adéquation avec l’évolution du système et en coordination avec les autres
opérateurs;
Assure le suivi et l’actualisation du fichier des ouvrages de Production et Transport de
l'électricité;
Elabore les prévisions globales et nodales de la demande en énergie et puissance;
Analyse l’adéquation offre/demande saisonnière et annuelle du système électrique;
Définir les niveaux et la localisation des réserves nécessaires au fonctionnement et à la
sécurité du système électrique interconnecté.
16
Analyse en coordination avec les autres opérateurs les incidents importants sur le
système électrique et assure le suivi de la mise en œuvre des recommandations;
Actualise et adapte le « code du réseau » et études des propositions;
Etudie les propositions d’amendement au « code du réseau »;
INITIONIONS AUX ETUDES EFECTUEES A L’O.S.E :
ETUDE PREVISIONISTE:
La mission d’un ingénieur prévisionniste : [5] Il prépare la conduite du réseau à très court, moyen et long termes en intégrant des calculs
de prévisions de consommation, de production et d’échanges ainsi que les besoins
d’entretien du réseau et planifie l’indisponibilité de ses ouvrages.
Élabore les solutions permettant de minimiser le coût d’exploitation du réseau.
Établit les stratégies d’exploitation prévisionnelles et les transmet aux équipes
responsables de la conduite du réseau en temps réel.
Conditions d’exercice de la prévision : [5] Utilisation d’outils informatiques, de logiciels, de modes de prévision et de simulation
ultra sophistiqués
Dialogue en continu avec les gestionnaires du réseau notamment GRTE, service
météorologique, distributeurs, autorité de régulation, les clients HT….
La prévision au sein de l’OSE : Méthodologie de l’étude provisionnelle de fonctionnement du SPTE :
• Sur la base des informations transmises par les acteurs du système électrique, l’OS
établit :
– Une vision prospective de la demande et de la production;
– Une analyse prévisionnelle de l’équilibre Production - Consommation
• Réalise une étude prévisionnelle N+5 sur le fonctionnement du SPTE pour anticiper
les éventuelles difficultés d’exploitation principalement en périodes de forte
consommation.
Analyse provisionnelle de l’équilibre Production-consommation : L’OS réalise cette étude pour l’année N et N+5 dans l’intérêt de :
Identifier l’éventuelle insuffisance de la production par rapport à la demande en calculant la
pointe de consommation pour chaque semaine de l’année.
17
Prévision de la demande :
Comme déjà cité précédemment la demande est sujet d’avaries pour causes
climatiques.
Les prévisions sont faites pour le scénario fort et le scénario moyen en se basant sur une
analyse statistique antérieure de minimum de 5 ans.
Scénario fort : Etabli en utilisant les taux de croissance de la demande exceptionnels
représentant la consommation dans des conditions climatiques extrêmes.
Scénario moyen : Etabli en utilisant les taux de croissance normaux autrement dit l’évolution
de la consommation dans les conditions climatique normales.
Prévision de la disponibilité de la production :
Les prévisions de disponibilité pour l’année N+1 sont établies en se référant sur les capacités
de production déclarées par les producteurs tel que :
– Les indisponibilités des groupes suite incidents.
– Programme d’arrêt pour maintenance et réhabilitation.
– Les limitations techniques de puissance sur certains groupes.
– Les puissances prévues pour déclassement.
– Les limitations de puissance par effet température des groupes turbines à gaz.
– L’arrivée de nouvelles centrales de production
Processus de la prévision du planning annuel des entretiens des
unités de production par OSE : 1. Notification des programmes d’indisponibilités pour entretien des Unités de
production d’électricité et faire une analyse de sécurité de réseau de transport pour
l’année N+1
2. Evaluer l’adéquation production – consommation du SPTE pour l’année « N+1 »
avec comme indicateur la marge (réserve) de la capacité de production en N-1;
3. Modifier le planning de l’entretient des unités de production après discussion avec les
producteurs si leur programmations des indisponibilités ont un effet préjudiciable sur
la capacité de production et/ou sur la sécurité du système.
Disposition en cas de situation de déficit :
• Déterminer le parc clients HT et MT (par suite de négoces) pour d’éventuels
effacements en pointe en période d’hiver.
• Recourir au délestage de la demande pour garantir la sécurité et la stabilité du système
électrique.
• recours à l’importation à partir des réseaux voisins.
• En cas de déficit, solliciter les groupes de disponibilité aléatoire en les fiabilisant
18
ETUDE DYNAMIQUE :
Introduction :
Comme je l’ai déjà mentionné, un équilibre entre la demande et la consommation est
nécessaire pour la stabilité du système.
Les réseaux électriques contiennent des inerties mécaniques ou électriques qui rendent
difficile le maintien d’une fréquence et une tension relativement constantes.
Le système subit des variations de puissances mais il rattrape son déficit et devint
stable au bout de quelques instants mais dans certains cas le système ne peut guère répondre
et suit son instabilité et oscillations jusqu'à un point de non-retour, pour cet effet des études de
stabilité dynamique sont nécessaires.
La stabilité en régime dynamique : Le réseau est apte à éviter tout régime oscillatoire divergent et à revenir à un état
stable acceptable. Ceci inclut l’intervention éventuelle des protections et automatismes divers
fonction des perturbations envisagées [2].
Objectif de l’étude dynamique : Consistent à analyser et connaître à l’avance les variations dans le temps des grandeurs
électriques en différents points d’un réseau et les évolutions des paramètres mécaniques des
machines tournantes, suite à des perturbations brutales. [2] Le but de l’étude dynamique : C’est de chercher : [2]
• Les conditions de fonctionnement du réseau pour assurer une bonne continuité
d’alimentation des récepteurs,
• La puissance maximale que l’on peut secourir lors d’une perturbation,
• Les valeurs optimales de réglage des éléments du système de protection,
• Le plan de délestage pour assurer l’alimentation des récepteurs vitaux,
• Les meilleurs réglages des régulations des machines.
L’étude dynamique au sein de l’OSE : [3] Quelques éléments clés de l’étude dynamique du SPTE de l’année 2013 :
L’objectif est d’étudier le comportement du SPTE pour l’année 2013 après des
perturbations brutales afin de prédire son retour au non au régime stable et garder le
synchronisme.
Il a été envisagé les principaux scénarios suivants :
le court-circuit triphasé proche des centrales de production.
La perte d’une ou plusieurs unités de production.
La perte d’une grande charge ou d’une ligne de transport fortement chargée.
Variation de charge.
Vérification de plan de défense.
19
Méthodologie de l’étude :
Vérification de toutes les stabilités.
Vérification du plan de défense.
Les types de stabilités étudiées au sein de la OSE :
Stabilité de fréquence :
La chute de fréquence est due si la consommation et supérieure à la production.
La sur-fréquence est due à un excès de la production par rapport à la consommation.
L’étude consiste à simuler un paquet important de production telle qu’une grosse
centrale et voir la réponse du système.
Stabilité d’angle :
Le système est considéré stable si après un régime oscillatoire et transitoire l’angle interne des
génératrices reste dans les normes exigées.
L’examen des angles est réalisé en simulant un court-circuit triphasé (le plus
défavorable) sur les lignes d’évacuation des unités de production et déterminer le CCT
(le temps critique d’élimination du défaut par les unités de production).
Stabilité de tension :
C’est la capacité de garder une tension acceptable dans les postes avec des groupent
fonctionnant normalement.
L’analyse de la stabilité de tension est réalisée en déterminant le point critique de
l’écroulement de tension (puissance maximale, tension critique) en appliquant des
rampes de montées de la charge dans certains postes et vérifie la capacité du système à
garder les tensions dans des plages admissibles et les groupes dans leurs limites
d’exploitation en active et en réactive.
Vérification du plan de stabilité au sein de l’OSE :
Définition d’un plan de défense :
C’est un plan de mise en œuvre de l’ensemble d’actions préventives et correctives pour
maitriser toutes perturbations qui engendrent une perte partielle ou totale du control du SPTE.
L’objectif d’un plan de défense :
Il faut que le système reste le plus longtemps possible interconnecté après une avalanche de
phénomènes les plus déplorables qu’ils soient ; (surcharges thermiques et/ou surcharges
transitoires, les chutes de tension instantanées, les baisses de tension lentes et continues, les
baisses de fréquence).
L’étude consiste à simuler une ou plusieurs contraintes cités ci-dessus puis vérifier la
réponse du SPTE en interprétant les résultats du logiciel SPIRA en se focalisant
surtout sur les stades de délestage, la puissance active délestée tout en essayant de
l’optimisant (la minimisant).
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Les stades de délestage :
1ier
stade : 49,3 Hz, instantané
2ieme
stade : 49,0 Hz, instantané
2ieme
stade temporisé : 49,0 Hz, temporisé à 10 s
3ieme
stade : 48,5 Hz, instantané
4ieme
stade : 48,0 Hz, instantané
Exemple de simulation : Simulation de la perte de 2*400MW de la société SKH :
SKH :
Shariket Kahraba Hadjret Enouss SPA sise à Tipaza de capacité de production de 1227MW.
Les résultats de simulation :
Les échanges Algérie-Maroc et Algérie-Tunisie sont mentionnés dans le tableau suivant :
Lignes
Transit MW
Situation initiale Après déclenchement
Pic Régime permanent
S.A.Boussidi→ Bourdim 1 et 2 138
T=1.3s Activation de la protection
Wattmétrique en instantanée
Oujda→ Ghazaouet 71
Oujda →Tlemcen 2x101
Total sur les lignes 400kV 7 en émission
El Aouinet -Tajerouine (220kV) 26
T=16s
Activation de la protection
Wattmétrique temporisée
El Aouinet- Tajerouine (90kV) 8
D.E.Onk- Metlaoui (150kV) -25
El Kala -Fernana (90kV) -12
Total sur ITA 3 en réception
Interprétations des résultats : Le comportement du système suite au déclanchement de deux groupes (2*400MW) de SKH :
L’activation des protections Wattmétriques des lignes 400kV d’interconnexion IMA
en instantanée à t=1.3s (les lignes 220kV IMA se déclenchent en Situation N vue le
dépassement des transits tolérés).
21
Activation des protections Wattmétriques des lignes d’interconnexion ITA après le
déclenchement de la ligne 220kV El Aouinet –Tajerouine par le réglage Wattmétrique
temporisé (140MW ,3sec) à t=16.
Activation du 1er stade du plan de délestage par Min de fréquence en délestant une
charge de 1110MVA.
La fréquence du système Algérien baisse à 49.3Hz et se stabilise à 50Hz.
Les tensions 400kV restent dans les limites admissibles.
Les tensions 220kV restent dans les limites admissibles néanmoins les tensions
dégradées à Tlemcen et Ghazaouet sont due au déclenchement des interconnexions
220kV IMA et les tensions dégradées dans la région Sud-est persistent toujours, un
problème qui n’est pas lié au déclenchement du groupe.
Pour information les caractéristiques des IMA, ITA sont données dans le tableau suivant :
Lignes d'interconnexion Tension
(kV)
Transits (MW) Réglage des protections
Wattmétriques
Situation Eté matin
Situation du Creux
En réception En émission
IMA
Oujda→ Ghazaouet 220 138 - 180MW - 160MW, 3min
- 100MW
Oujda →Tlemcen 220 71 - 80MW
S.A.Boussidi→ Bourdim 1et 2 400 2x101 - 150MW - 130MW, 3min
- 150MW
Total (MW) 7 en
émission
ITA
El.Aouinet→Tajerouin 220 26 - 180MW - 140MW, 3sec
- 200MW - 150MW, 3sec
El.Aouinet→Tajerouin 90 8
60MW D.E.Onk→ Metlaoui 150 25
El Kala →Fernana 90 12
Total (MW) 3 en
réception
22
ETUDE DE COMPENSATION :
Introduction : Tout système électrique utilisant le courant alternatif engendre la consommation plus
ou moins importante de l’énergie active ou réactive.
Introductions théoriques : [9]
L’énergie active et réactive:
L’énergie active exprimée en kWh est la transformation complète de l’énergie
électrique en énergie mécanique, thermique ou lumineuse.
Donnée par la formule :
L’énergie réactive : exprimée en kVaRh, c’est une forme d’énergie importante dans le
processus de magnétisation des circuits magnétiques notamment les transformateurs, les
moteurs… Elle est également produite par les lignes électriques suivant leur charge et leurs
longueurs.
Donnée par la formule
Tel que ϕ est l’angle de déphasage entre le courant et la tension ou couramment on le
désigne comme angle de déphasage entre la composante active et réactive du courant.
La puissance apparente exprime le courant absorbé par la charge donnée par la
formule suivante : √ exprimée en kVa. (à partir de la MT on utilise le kilo)
Le facteur de puissance :
P1 : puissance active du fondamental.
Q : puissance réactive du fondamental
F=P/S
P : puissance active totale y compris celle des harmoniques.
Q : puissance réactive totale y compris celle des harmoniques.
En absence d’harmonique le facteur de puissance est égale à mais en présence
d’anharmonique le F et peuvent être d’une déférence non négligeable tel que :
F =Fd * cos , Fd est un facteur de déformation.
Circulation de l’énergie réactive :
D’autant plus que l’angle est important plus le est minimal.
Pour la même puissance active consommée, plus le est minimal plus on fournit de la
puissance apparente donc un appel de courant plus important tel que monté sur la figure
suivante
23
Figure 8 : appel de puissance apparente pour deux valeurs de
On déduit alors :
Important => faible => S consommée est élevée => demande de courant élevée
Influence de la circulation de l’anergie réactive :
Echauffement dans les installations électriques à cause de l’importance du courant ce
par conséquent une déperdition de l’énergie active.
Chutes de tension
Ce qui va impérativement causer le surdimensionnement des équipements électriques.
Solution :
Installation de condensateurs qui fournissent de l’énergie réactive, par ailleurs pour
éviter le circulation de cette dernière dans les lignes il faut placer les batterie de condensateurs
le plus près de l’utilisateur car la circulation de l’énergie réactive se fait seulement entre
l’outil de compensation et le consommateur réactif.
Comportement de quelques éléments du réseau avec l’énergie réactive : [9]
Lignes et câbles :
les lignes consomment de la puissance réactive
les câbles MT produisent de la puissance réactive à faible charge et en consomment à
forte charge
les câbles BT consomment de la puissance réactive.
Les transformateurs :
Ils sont des consommateurs de la puissance réactive ;
La puissance réactive totale est exprimée ainsi :
Qt=Q0+Q
Q=Ucc*S2/Sn et Q0=√ *Un*I
24
Le comportement des récepteurs les plus courant vis-à-vis de l’énergie réactive :
Comportement des récepteurs les plus courant vis-à-vis de l’énergie réactive
(exprimée en ) :
On sait que pour une même puissance active est important => Q l’est aussi.
La consommation du client de l’énergie réactive : [9]
L’opérateur de distribution fait payer au client le et non le F, par conséquent il
fait ses calculs à base de pour l’installation des batteries de condensateurs.
L’intérêt de la compensation de l’énergie réactive : [9]
Elever le facteur de puissance, par conséquent diminuer la puissance apparente puis
enfin la réduction du cout de l’électricité due à la consommation excessive de
l’énergie réactive.
Diminution des pertes dans les conducteurs à puissance active constante
Augmentation de la puissance active transportée à courant apparent constant
Diminution de la chute de tension.
Matériels de compensation d’énergie réactive : [9]
Batteries fixes.
Batteries de condensateurs en gradins avec régulateur automatique.
Les batteries fixes : de puissance constatant utilisés soit aux bornes de récepteurs et sur les
jeux de barres dont la fluctuation de la charge est moindre.
APPAREIL
Moteur asynchrone ordinaire chargé à :
0
25
50
75
100
0,17
0,55
0,73
0,80
0,85
Variateurs de vitesse électroniques pour moteurs
asynchrones (de puissance inférieure à 300 kW) quelle
que soit la charge
0.85
Lampes à incandescence
Lampes fluorescentes non compensées
lampes fluorescentes compensées (0,93)
Lampes à décharge non compensées
1
0,5
0,93
0,4 à 0,6
Machines à souder à résistance
Postes statiques monophasés de soudage à l'arc
Groupes rotatifs de soudage à l'arc
Transformateurs-redresseurs de soudage à l'arc
0,3 à 0,8
» 0,5
0,7 à 0,9
0,7 à 0,8
25
Batteries en gradin avec régulateur :
L’intérêt est de maintenir le facteur de puissance à une valeur choisie ultérieurement donc ils
préférable de les installer aux bornes des tableaux généraux BT et sur les départs de puissance
importante.
Figure 9 : batterie de condensateur fixe Figure 10 : batterie de condensateur automatique
La compensation au sein de l’OSE : [1]
Introduction :
Au cours de mon stage Mr Daid chargé de l’étude de compensation m’a exposé en
général la méthode de compensation au sein de l’OSE en se fiant à l’étude mise à jour à savoir
celle conçue pour la période 2012-2015.
Le but est alors l’évaluation de la compensation de l’énergie réactive du système
production-transport du réseau du transport pour le passage de l’été sur la période 2012-2015.
L’étude est effectuée sous le découpage en 6 régions tel que les résultats de la
simulation seront présentés en situation N puis en situation N-1.
Les résultats de la simulation de la compensation restent confidentielles et je peux en
aucun cas les exposer dans ce rapport par ailleurs les éléments théoriques sont plus ou moins
exposés.
Remarque :
1) Le réseau algérien est découpé en plusieurs régions qui sont :
Ouest(Oran)-Contre-haut plateau-Est(Annaba)-Sud (réseau à part)-
2) La situation N : veux dire situation en fonctionnement normale sans aucune anomalie,
autrement dit tous les ouvrages sont fonctionnels.
3) La situation N-1 : le fonctionnement du système est supposé handicapé par une mise
hors service d’un ouvrage (ligne, groupe ou transformateur).
4) SPTE : système de production et de transport de l’électricité.
26
Méthodologie de compensation : [1]
Bacone : Est un outil d’optimisation de l’installation des batteries de condensateur en réseau de
transport identifiant leur volume minimal (batteries) associé à cela un réglage optimal de la
tension des générateur pour en garantir une plage de tension acceptable en situation N et N-1
Critère d’évaluation de la compensation : [1]
Les deux critères d’évaluation de la compensation :
Critère 1 :
Minimiser la compensation issue soit d’une part de certains nombre de générateurs bien
prédéfinies et de l’autre de la compensation issue des batteries de condensateur et puis établir
un bon plan de tension au niveau de tout le réseau.
Garantir le critère 1 :
Pour une configuration de réseau donnée et pour assurer les deux critères précédents
l’ingénieur compensateur agit sur les variables de control suivantes :
Sélectionner les générateurs qui réaliseront le réglage de la tension modification de
leur énergie réactive fournie en agissant sur la consigne de courant de l’excitation et
celle de la tension au final varier la tension de sortie.
La position des échangeurs des transformateurs
Introduire les nœuds 60kV pour déterminer la localisation et la quantité des batteries
de condensateurs à rajouter ou à déconnecter pour le maintien du plan de tension.
Critère 2 :
Respecter la marge de sécurité de la production du réactif des groupes.
Garantir le critère 2 :
Au niveau des groupes :
Pointe été matin :
Qmax = Correspondant à un cos(ϕ) égal à 0.9.
Qmin = 0 (les groupes n’absorbent pas d’énergie réactive).
Pour le fonctionnement en heures creuses :
Tous les groupes doivent absorber de l’énergie réactive car les lignes en produisent.
Critère de l’évaluation de la tension : Soit en régime normal ou perturbé, le niveau de tension est acceptable si il se trouve
dans un intervalle [Vmin, Vmax ] selon le palier de tension considéré.
Par ailleurs pour les niveaux 400/220 kV le changement du profil de la tension par le
régulateur en charge des transfos 400/220kV est bien pris en compte dans le processus de
simulation.
Ainsi la vérification du plan de tension est faite au niveau de postes sentinelles qui
caractérisent significativement le profil de tension du réseau.
27
Tension
en kV
Limite de tension en situation normale
Limite de tension en situation perturbée
min Max min max
400
400
420
380
420
220
220
230
209
231
150
150
157.5
142.5
157.5
90 90
94.5
85.5
94.5
60 60 63.5 57 63.5
Tableau illustrant les limites de tensions prisent en compètes lors de la simulation de
compensation.
Hypothèse de l’étude :[1]
Prévision de la demande :
Charge des postes HT/MT et THT/MT :
Disposer des puissances actives des postes HT/MT et THT/MT :
Les puissances actives des postes HT/MT et THT/MT en pointe été matin de la période
2012– 2015 ont étés estimées sur la base des données réalisées et des taux de croissance de
chaque postes calculés sur la base d’un historique des cinq dernières années.
Le facteur de puissance :
On considéré un facteur de puissance de 0.8 (poste HT/MT) pour la situation pointe été matin
de période 2012-2015.
Parc de production : Le parc considéré est celui de 2010 ajoutant les nouveaux producteurs décidés en
termes de la période 2010-2015 ainsi une considération du planning de l’entretien a été faite.
Configuration du réseau de transport considéré : [1]
On envisage le réseau en service à la fin 2010 à savoir :
Toutes les lignes 400 kV, 220 kV et 60 kV,
Tous les transformateurs THT/HT et HT/MT
On prévoit dans l’étude aussi :
Le planning d’entretien des lignes et postes.
Le rajout de tous les renforcements HT/MT et tous les ouvrages décidés ou prévues et
qui coïncide avec notre période de l’étude.
La mise en service est prévue sur la période de l’étude y compris les programmes
connus de réhabilitation des lignes et postes.
Parc de compensation de l’énergie réactive : [1]
Prendre en considération tout le parc disponible et non disponible des selfs et batteries
de condensateurs ainsi les batteries et les selfs décidées qui coïncide la période 2010-2015.
28
ETUDE DE FIABILITE
La fiabilité : Aptitude d’un dispositif à accomplir une fonction requise dans des
conditions donné pendant une période précise. (Définition CEI)
Fiabilité du système électrique : [4]
C’est l’aptitude de satisfaire la demande en électricité de tous les clients système en quantité
et en qualité.
Quantité : En termes de demande en actif et en réactif
Qualité : Vue que de plus en plus les composants des clients sont sophistiqués stabilité de
tension et de fréquence avec des valeurs acceptables sont les qualités recherchées.
La mesure de la fiabilité du système électrique :
Elle se mesure non pas par la continuité du service mais par la fréquence des interruptions.
Indices d’étude de la fiabilité :
Fréquence et durée moyenne des interruptions temporaires.
Fréquence et durée moyenne des interruptions prolongées.
Nombre d’atteintes des limites (minimales ou maximales) des tensions et fréquences
acceptables.
Nombre d’interruptions ou de délestage.
Pour cela le planificateur a besoin de méthodes de calculs probabilistes et déterministe
Approche déterministe :
Le planificateur par son expérience choisit un certain nombre d’évènements contraignant pour
le réseau et étudie le comportement du réseau dans ces conditions.
Approche probabiliste :
Revient à étudier un nombre réduit d’évènements critiques puis le passage aux états possibles
du système en passant par des méthodes de calculs analytiques.
Figure : illustration de la méthode de l’évaluation de la fiabilité.
29
LE CENTRE DE CONDUITE : [5]
La mission d’un dispatcher : Il garantit la sécurité et la qualité de l’alimentation électrique de la région dont il pilote
les flux d’énergie.
Il anticipe les modifications de l’équilibre offre / demande et des flux électriques liées à
des aléas de production ou de consommation
Il élabore et met en œuvre les stratégies d’exploitation pour faire face à ces aléas
Il prend les décisions d’urgence adaptées aux différentes situations et communique aux
clients et exploitants les actions à mettre en œuvre.
Il participe également au développement de la performance en étant responsable de
missions et de projets.
Conditions d’exercice de la conduite : [5] Travail en service continu (24h/24, 7j/7 en roulement) au sein de dispatching.
Travail en équipe, en salle de conduite.
Dialogue en temps réel avec les clients de Sonelgaz, et les équipes internes de filiales
Sonelgaz.
30
Conclusion :
Ainsi, j’ai effectué mon stage pratique visant à me rapprocher à ce que peut
être le monde de l’entreprise et d’apprendre à s y intégrer, approcher l’école
polytechnique de la vraie vie tout au moins du monde socio-professionnel et le
perfectionnement du niveau de l’élève ingénieur en concordant ses connaissance
théoriques avec le milieu pratique et relationnel, et ceci en effectuant mon stage sur
Etude Fonctionnement et Prévision au sein de la société Operateur du système
électrique (OS).
Après une vive introduction théorique sur l’électrotechnique, un plan de travail
a été tracé pouvant cerner le sujet tout en restant dans le délai réservé qui est d’une
semaine.
Après la phase d’introductions commence alors la partie explicative de tout ce
que s’occupe l’OS en s’initiant aux études que l’operateur effectue ,en terminant par
une visite rapide du centre de conduite et de control.
Ma tâche consiste en réalité à assimiler toutes ces informations, effectuer une
synthèse bibliographique en se fiant à la documentation disponible et enfin rédiger le
rapport tout en respectant les indication et remarques des encadreurs.
Je tiens à souligner que je garde de ce stage un excellent souvenir, il constitue
désormais une expérience professionnelle valorisante et encourageante pour mon
avenir.
Je pense que cette autre expérience en entreprise m’a offert encore une fois une
préparation à mon insertion professionnelle car elle fut pour moi une expérience
enrichissante qui conforte mon désir d’exercer mon métier d’ingénieur.
Enfin, je tiens à exprimer ma satisfaction d’avoir pu travaillé dans de bonnes
conditions matérielles et environnementales agréables.
31
Références Bibliographiques :
[1] Documentations internes de l’OSE Département Étude Fonctionnement et Prévision.
N° /EFP/DEA/OS/2011 Termes de référence de l’étude de la compensation de
l’énergie réactive du réseau de transport de l’électricité.
[2] Cahiers techniques n 185 stabilité dynamique des réseaux industriels.
[3] Documents internes. « étude dynamique ».
[4] http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/flux_1162-
9630_1987_num_3_9_1111 Conférence internationale des grands réseaux électriques.
à hautes tension, « Fiabilité du système électrique ».
[5] RTE .France. « Réseau de distribution d’électricité ».
[6] Lawrence Berkeley National Laboratory.
[7] Publication Trimestrielle éditée par la Société Opérateur du Système Electrique. N°
03, Septembre 2009.
[8] www.sonelgaz.dz site officiel de Sonelgaz
[9] Cahier technique Schneider. « La compensation de l’énergie réactive ».
Guide de conception des réseaux électriques industriels
[10] http://www.ose.dz site officiel OS.
[11] Revue N°5 avril 2010 publication trimestrielle éditée par la Société Opérateur du
Système électrique (OS.SPA)
[12] ROYAUME DU MAROC MINISTERE DE L’ENERGIE, DES MINES,DE L'EAU
ET DE L'ENVIRONNEMENT
« Centre de Développement des Energies Renouvelables »
[13] http://portail.cder.dz/spip.php?article1727