MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEURE UNIVERSITE DE DOUALA ECOLE NORMALE SUPERIEURE DENSEIGNEMENT TECHNIQUEENSET

DEPARTEMENT DU GENIE ELECTRIQUE

OPTION : ELECTROTECHNIQUE MEMOIRE DE FIN DETUDE

APPORT DE LUPFC A LAMELIORATION DU TRANSIT DE PUISSANCE : CAS DU CORRIDOR OUEST DU RISC

Mmoire prsent en vue de lobtention du diplme de professeur denseignement technique de deuxime grade (DIPET II)PAR

NDIGUI NTAMACK Pauline Stphanie Etudiante en 5ime anne dlectrotechnique, titulaire du DIPET I

&

Introduction gnraleNGOUNE Jean-Paul Etudiant en 5ime anne dlectrotechnique, titulaire du DIPET I

1

" Je vois trs gnralement les FACTS comme des tentatives pour tricher avec les lois de Kirchhoff, ou plutt pour les mater, pour montrer que l'astuce des ingnieurs, en modifiant artificiellement l'impdance des lignes est plus forte que les lois naturelles qu'on voulait leur imposer."Henri Persoz

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DEDICACES

Je ddie ce mmoire aux personnes qui ont su faire natre en moi lamour de la science et la passion pour lenseignement ; vous : Mme veuve NDIGUI ne NGO GWET Marie& feu NDIGUI NTAMACK Benot.

Retrouvez ici le fruit de votre labeur.

NDIGUI NTAMACK Pauline Stphanie

A ma mre pour tous les sacrifices consentis

NGOUNE Jean Paul

3

Remerciements

4

REMERCIEMENTS

Nous tenons remercier toutes les personnes qui ont uvr laccomplissement du travail prsent dans ce mmoire. Il sagit notamment de : Dr. NYOBE YOME Jean Maurice, chef du dpartement de gnie lectrique pour avoir accept de prsider le jury en dpit de ses nombreuses sollicitations ; Dr. MORAOGUE Sirandi, charg de cours lENSET pour son encadrement et son entire disponibilit malgr ses multiples occupations ; M. KENFACK Pierre, enseignant lENSET pour sa disponibilit, son aide chaleureuse et ses encouragements rcurrents sans lesquels ce travail naurait pu voir le jour ; M. EKE Samuel, enseignant la FGI (Facult du Gnie Industriel), pour son soutien et ses prcieux conseils qui ont t dcisifs dans laccomplissement du prsent travail ; Tous les membres de nos familles respectives pour leur soutien moral et matriel durant toutes ces annes de formation ; Tous nos camarades de la 30ime promotion pour lambiance damiti et de confiance quils ont su btir autour de nous pendant toutes ces annes de formation.

5

Rsum

6

RESUME

Le Rseau Interconnect Sud Camerounais (RISC) est caractris par des pertes importantes lies au transport de lnergie lectrique. Ces pertes sont assez leves le long du corridor Ouest. Le remde ce problme passe actuellement par lutilisation des compensateurs lectromcaniques dont les performances savrent assez limites. Il serait donc intressant pour le gestionnaire du rseau lectrique de trouver de nouveaux artifices permettant de satisfaire les besoins en nergie des consommateurs tout en prservant lintgrit des lignes. La technologie FACTS est un moyen permettant de remplir cette fonction. Avec leur aptitude modifier l'impdance apparente des lignes, les dispositifs FACTS peuvent tre utiliss aussi bien pour le contrle de la puissance active que pour celui de la puissance ractive et/ou de la tension. Plusieurs FACTS existent et le choix dun type particulier dpend des objectifs atteindre. Lobjectif de ce travail est damliorer le transit de puissance sur le corridor Ouest du RISC. Le dispositif FACTS utilis ici est lUPFC (Unified Power Flow Controller) qui est un compensateur hybride (srie parallle) pouvant contrler simultanment les trois paramtres lis au transit de la puissance lectrique notamment la tension, limpdance de la ligne et langle de transport. Lapport de lUPFC lamlioration du transit de puissance, est dmontr travers la comparaison des rsultats issus de la simulation du rseau non compens avec ceux du rseau compens par le FACTS UPFC.

Mots cls : FACTS, UPFC, rseau lectrique, transit de puissance, compensateur statique, pertes en lignes, capacits thermiques des lignes, simulation.

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Abstract

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ABSTRACTThe south Cameroonian Interconnected Network is characterized by important power losses. These power losses are very high on the western corridor of this network. Nowadays the problem is solves by using electromechanical compensator which performances are not very attractive. The aim of the power grid administrators is to provide the energy to the consumers without destroy the lines. FACTS technology permits to achieve this aim. FACTS are able to modify apparent impedance of the lines. So they can be used to improve both real and reactive power transmission. They can also be used to ameliorate voltage level. Many types of FACTS are available on the market, but the choice of one of them depends on the objectives to attend. The objective of this work is to improve the power flow on the western corridor of the Cameroonian interconnected south electrical network. The FACTS used in this work is the UPFC (Unified Power Flow Controller). It is able to influence all the three parameters related to the power flow: the transmission angle, the impedance of the lines and the voltage level The gain due to the UPFC is prove by comparing the results of the simulations of the compensated network to the non compensated network.

KEYWORDS: FACTS, UPFC, electrical network, power flow, static compensator, power loss, thermic capacity, simulation.

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TABLE DES MATIERES

Ddicace.3 Remerciements....5 Rsum....7 Abstract...9 Table des matires..10 Sigles et abrviations...14 Liste des tableaux....15 Liste des figures..16 Introduction gnrale ..17 Chapitre 1 : Etat de lart ..18 Plan du chapitre 1.1 Introduction 1.2 Les techniques traditionnelles de transit de puissance..201.2.1 Compensateur de puissance ractive rotatif 1.2.2 Le transformateur dphaseur 1.2.3 Lautotransformateur survolteur dvolteur 1.2.4 La compensation srie traditionnelle 1.2.5 La compensation parallle traditionnelle

1.3 Techniques bases sur les systmes FACTS 231.3.1 Les compensateurs srie 1.3.1.1 Le TCSC

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1.3.1.2 Le TCSR 1.3.1.3 Le SSSC 1.3.2 Les compensateurs parallles 1.3.2.1 Le SVC 1.3.2.2 Le STATCOM 1.3.3 Les compensateurs hybrides 1.3.3.1 Le TCPAR 1.3.3.2 LUPFC

1.4 Conclusion..30 Chapitre 2 : Etude structurelle et stratgies de commande de lUPFC .31 Plan du chapitre 2.1 Introduction 2.2 Structure gnrale de lUPFC ...342.2.1 Prsentation des diffrents blocs constitutifs de lUPFC a) Londuleur n 1 ou partie shunt de lUPFC b) Londuleur n 2 ou partie srie de lUPFC c) Circuit de liaison courant continu d) Le bloc de commande 2.2.2 Prsentation des composants semi conducteurs a) Les diodes b) Les thyristors c) Les interrupteurs bicommandable

2.3 Analyse fonctionnelle de lUPFC.............4011

2.4 Analyse structuro fonctionnelle de lUPFC .442.4.1 Etude structurelle des diffrents sous-systmes de lUPFC 2.4.1.1 STATCOM a) Structure b) Fonctionnement 2.4.1.2 SSSC a) Structure b) Fonctionnemen 2.4.2 Contribution des deux sous systmes la ralisation de la fonction de lUPFC

2.5 Performances de lUPFC ....49 2.5.1 Apport de lUPFC lamlioration du transit de puissance a) Amlioration du transit de la puissance active b) Amlioration du transit de la puissance ractive 2.5.2 Apport de lUPFC en vue de lamlioration de la stabilit du rseau

2.6 Stratgies de commande ...522.6.1 Commande par hystrsis 2.6.2 Commande par Modulation Largeur dImpulsion (MLI) 2.7 Conclusion....54

Chapitre 3 : Simulations et interprtations des rsultats ....55 Plan du chapitre 3.1 Introduction 3.2 Prsentation du RISC (Rseau Interconnect Sud Cameroun) .5712

3.3 Dlimitation de la zone dtude 60 3.4 Prsentation de la plate forme logicielle MATLAB 613.4.1 Prsentation de SIMULINK 3.4.2 Prsentation de SIMPOWER SYSTEMS

3.5 Simulations et interprtations des rsultats ..633.5.1 Simulations 3.5.2 Interprtation des rsultats

3.6 Conclusion 67 Conclusion gnrale ...68 Rfrences bibliographiques .70 Annexes ...72

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SIGLES ET ABREVIATIONS

AES-SONEL: Applied Energy Supply Socite Nationale dElectricit BJT: CSPR: EPRI: FACTS: GTO: IGBT: MATLAB: MLI: MOSFET: RISC: SSR: SSSC: STATCOM: SVC: TCBR: TCSC: TCSR: TCPAR: VSC: UPFC: Bipolar Junction Transistor Compensateur Statique de Puissance Ractive Electric Power Research Institute Flexible Alternative Current Transmission System Gate Turn-Off Insulated Gate Bipolar Transistor MATrix LABoratory Modulation Largeur dImpulsion Metal Oxyde Field Effect Transistor Rseau Interconnect Sud Camerounais Subsynchronous Resonance Static Synchronous Series Capacitors STATic synchronous Compensator Static Var Compensator Thyristor Controlled Breaking Resistor Thyristor Controlled Series Capacitors Thyristor Controlled Series Reactors Thyristor Controlled Phase Angle Regulator Voltage Source Converter Unified Power Flow Controller

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 2.1 : Comparaison des interrupteurs dlectronique de puissance Tableau 3.1 : Parc de production dnergie du RISC Tableau 3.2 : Lignes 225 KV Tableau 3.3 : Lignes 90 KV Tableau 3.4 : Rsultats des simulations Tableau 3.5 : Calcul des ratios

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LISTE DES FIGURES

Figure 1.1 : Compensation srie : principe et diagramme de Fresnel Figure 1.2 : Structure dun TCSC Figure 1.3 : Structure dun TCSR Figure 1.4 : Schma de base dun SSSC Figure 1.5 : Structure du SVC Figure 1.6 : Schma du SVC accompagn dun TCBR Figure 1.7 : Schma de base du STATCOM Figure 1.8 : Schma de base du TCPAR Figure 1.9 : Schma de base de lUPFC Figure 2.1 : Schma synoptique dun UPFC connect au rseau Figure 2.2 : Schma simplifi dun UPFC connect au rseau Figure 2.3 : Ligne de transport reliant deux rgions A et B Figure 2.4 : Introduction dun compensateur en srie avec la ligne de transport Figure 2.5 : Schma vectoriel de la ligne avec compensateur srie Figure 2.6 : EA et EB sont en phase mais damplitudes ingales Figure 2.7 : Structure de base du STATCOM Figure 2.8 : EAN = EUN : Aucun change dnergie ractive Figure 2.9 : EAN < EUN : Lnergie ractive est transmise la ligne de transport Figure 2.10 : EAN> EUN: Lnergie ractive est absorbe par le convertisseur Figure 2.11 : Structure du compensateur statique srie synchrone Figure 2.12 : Contrle de courant par hystrsis Figure 2.13 : Contrle de courant par MLI Figure 3.1 : Architecture simplifie de MATLAB Figure 3.2 : Page daccueil et feuille de travail SIMULINK Figure 3.3 : Page daccueil MATLAB et fentre des composants SIMPOWER SYSTEMS

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INTRODUCTION GENERALE

La problmatique du transport dnergie lectrique consiste lintgrit des ouvrages de transport dnergie.

en une transmission

optimale dnergie produite avec une minimisation des pertes en ligne, tout en prservant

En effet, la solution consistant la construction de nouvelles lignes de transport savre de plus en plus inapproprie. les cots lis celle-ci sont trs levs. Par ailleurs, elle suscite des problmes fonciers trs important. Il devient alors intressant pour le gestionnaire du rseau lectrique denvisager des artifices lui permettant de transiter de faon optimale la puissance sur le rseau tout en prservant lintgrit de ce dernier. Le prsent travail est une contribution lamlioration du transit de puissance sur le corridor Ouest du rseau interconnect Sud camerounais par lutilisation de lUPFC. LUPFC appartient la famille des systmes FACTS qui sont des compensateurs statiques qui ont t spcialement mis sur pied pour la rsolution des problmes lis la transmission dnergie sur les rseaux lectriques. Le corridor Ouest du rseau interconnect sud actuel est caractris par des pertes en ligne importantes et des chutes de tension trs leves ceci entrane un mauvais approvisionnement des populations situes en bout de ligne et des pertes importantes de la part du gestionnaire du rseau. Nous allons faire dans un premier temps ltat de lart des techniques aussi bien traditionnelles que modernes utilises dans la compensation des rseaux lectriques. A lissue de cette tude nous justifierons le choix du FACTS utilis quest lUPFC. Ensuite nous procderons la prsentation de lUPFC et des stratgies de commande de celui ci. Nous procderons enfin la simulation dans lenvironnement MATAB/SIMULINK du flux de puissance sur le corridor Ouest du rseau interconnect Sud Camerounais en mettant en exergue les amliorations apportes par linsertion de lUPFC au sein de ce dernier. conomiques

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CHAPITRE I : ETAT DE LART

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PLAN DU CHAPITRE

1.1 Introduction 1.2 Les techniques traditionnelles de transit de puissance1.2.1 Compensateur de puissance ractive rotatif 1.2.2 Le transformateur dphaseur 1.2.3 Lautotransformateur survolteur - dvolteur 1.2.4 La compensation srie traditionnelle 1.2.5 La compensation parallle traditionnelle

1.3 Techniques bases sur les systmes FACTS1.3.1 Les compensateurs srie 1.3.1.1 Le TCSC 1.3.1.2 Le TCSR 1.3.1.3 Le SSSC 1.3.2 Les compensateurs parallles 1.3.2.1 Le SVC 1.3.2.2 Le STATCOM 1.3.3 Les compensateurs hybrides 1.3.3.1 Le TCPAR 1.3.3.2 LUPFC

1.4 Conclusion

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Chapitre 1ETAT DE LART

1.1 Introduction :Laccroissement important des besoins en nergie lectrique et lexigence sans cesse accrue des consommateurs quant la qualit de lnergie qui leur est fournie placent les gestionnaires des rseaux lectriques face un problme pineux : la ncessit dacheminer dans les conditions de sret optimale une quantit dnergie suffisante et de bonne qualit vers les consommateurs. De prime abord, ce problme pourrait tre rsolu en construisant de nouvelles sources de production et de nouvelles lignes de transport ; cependant, cette solution est trs coteuse et gnre dimportants problmes fonciers et environnementaux. Le gestionnaire doit donc recourir des techniques lui permettant dutiliser de faon optimale les ouvrages existants de manire augmenter la capacit transite et amliorer le contrle du rseau [1]. Plusieurs techniques ont t mises en uvre dont les techniques bases sur les systmes FACTS (Flexible Alternative Current Transmission System). Nous procderons dans ce chapitre une tude synoptique des diffrentes techniques damlioration et de contrle du transit de puissance sur le rseau lectrique. Nous tudierons de faon dtaille les techniques bases sur les systmes FACTS, avec un plus grand intrt accord lUPFC dont lapport dans le rseau fait lobjet de notre travail.

1.2 Les techniques traditionnelles de contrle du transit de puissance :Les techniques traditionnelles de contrle du transit de puissance sont bases principalement sur les systmes lectromcaniques. Elles sont caractrises par un temps de rponse plus ou moins lent. Autrement dit, face aux contingences ncessitant un bref temps de raction ils deviennent de moins en moins adapts. La prsente section dresse un bref rcapitulatif de quelques unes de ces techniques traditionnelles.

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1.2.1 Compensateur de puissance ractive rotatif :Un compensateur rotatif de puissance ractive ou compensateur synchrone est un moteur synchrone qui tourne vide et dont la seule fonction est de fournir ou dabsorber de la puissance ractive sur une ligne de transport ou sur un rseau [2]. En effet, pour rgulariser la tension sur un rseau lectrique, on doit lui fournir de la puissance ractive pendant les heures de forte consommation. Inversement, pendant les heures de faible consommation, lexcs de puissance ractive gnre par les lignes doit tre absorb, ceci pour viter le phnomne de surtension par effet Ferranti [3]. Le compensateur synchrone permet de compenser ces fluctuations de puissance ractive en ajustant lexcitation selon les besoins. Le compensateur agit comme une norme capacitance ou une inductance variable dont la valeur est rglable en faisant varier le courant dexcitation de son rotor. Sa mise en service se fait de la mme faon que pour les moteurs synchrones conventionnels. Cependant, du fait des dlais de mise en service trs longs, les compensateurs synchrones ne peuvent pas tre utiliss pour une compensation dynamique des rseaux. Ils sont dlaisss pour des systmes plus rapides de contrle de la tension.

1.2.2 Le transformateur dphaseur :La puissance active P transite entre deux rseaux de tensions respectives V1 et V2 prsentant un angle de transport (Dphasage entre V1 et V2), et connects par une liaison dimpdance X est donne par la formule suivante [1], [2].P= V1V2 sin X

(1.1)

Cette quation montre quil est possible de rguler le transit de la puissance lectrique entre deux systmes en agissant sur langle de transport. Cest ce que fait le transformateur dphaseur. Les transformateurs dphaseurs sont des machines statiques dont les caractristiques constructives sont proches de celles des transformateurs classiques. De part leurs connexions internes, ils permettent dobtenir un dphasage entre les tensions en entre et en sortie. En effet, limpdance ajoute dans la ligne en srie par le transformateur dphaseur, permet de moduler les transits de puissance dans la ligne suivant un rglage trs fin de langle de dphasage et dans un temps de rponse trs court [4]. Le transformateur dphaseur peut tre install sur une ligne

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faible capacit pour limiter le transit de puissance et en garantir ainsi la stabilit, ou sur une ligne forte capacit thermique pour augmenter le transit de puissance.

1.2.3 Lautotransformateur survolteur-dvolteur :Sur le rseau, la tension est une grandeur locale fortement influence par les variations de consommation et les transits de puissance ractive [5]. Celle-ci se transporte mal et au prix des chutes de tension importantes. Cette tension peut tre rgle partir des sources de puissance ractive reparties sur le rseau. Cependant, lorsquil faut augmenter ou diminuer la tension dans une gamme plus importante (comprise entre 20% et 50% de la valeur nominale), il est avantageux dutiliser un autotransformateur. En effet, pour une mme puissance transforme, lautotransformateur est beaucoup plus petit et cote mois cher quun transformateur conventionnel [2].

1.2.4 La compensation srie traditionnelle :Lquation (1.1) montre que la puissance active change entre deux systmes peut tre augmente si on rduit limpdance de la liaison lectrique dont le comportement est essentiellement inductif [1]. Cest ce que ralise la compensation srie par ladjonction en srie avec la ligne dun banc de condensateurs dimpdance Xc ; ainsi, limpdance de la ligne est artificiellement rduite passant de X (X-Xc). Ceci a pour consquence laugmentation de la puissance active transite travers la ligne. On note galement que pour amliorer la stabilit transitoire du rseau de transport face une centrale loigne du rseau gnral, une mthode consiste utiliser la compensation srie afin damliorer la qualit du lien synchronisant entre la centrale et le rseau gnral par une diminution de la distance lectrique les sparant [6]. Toutefois, il faut noter quau del de certaines valeurs du taux de compensation (compensation suprieure 40%), un phnomne de rsonance hyposynchrone (SSR) peut apparatre entre les bancs de condensateurs et larbre des gnrateurs des groupes de production [1], pouvant entraner la rupture de larbre de ces gnrateurs. Par ailleurs, les risques de surtension sont galement craindre ; en effet, le condensateur srie produit de la puissance ractive en fonction du courant qui le traverse. Cette puissance ractive fait augmenter la tension lectrique dans les proportions importantes.

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Figure 1.1 : Compensation srie : principe et diagramme de Fresnel [1] On observe sur le diagramme de Fresnel que le profil de tension est amlior tout au long de la ligne (ES ER plus petit) et langle de transport est rduit, ce qui amliore la stabilit dynamique de la liaison.

1.2.5 La compensation parallle traditionnelle :La compensation parallle (shunt compensation) consiste en linstallation des ractances inductives ou banc de condensateurs connects entre les phases du rseau et la terre en gnral par le biais des disjoncteurs [1]. Ces lments permettent de compenser le rseau en puissance ractive et de maintenir la tension dans les limites contractuelles. Lorsque le rseau est peu charg, la tension en bout de ligne est suprieure celle du gnrateur (effet Ferranti). Ce phnomne est dautant plus important que le rseau est exploit en haute tension et la ligne est longue. Pour rduire la tension en bout de ligne, on peut connecter une ou plusieurs ractances inductives en parallle. Cependant, lorsque le rseau est trs charg les ractances doivent tre dconnectes pour maintenir la tension dans les limites contractuelles. Par ailleurs, si la charge absorbe beaucoup de puissance ractive, on pourrait assister des chutes de tension importantes. Dans ce cas, la connexion dun ou plusieurs bancs de condensateurs en parallle avec la charge permettra de maintenir la tension en fournissant la puissance ractive consomme par la charge et en vitant ainsi le transport du courant ractif sur de longues distances. Cependant, compte tenu du nombre limit des oprations et des dlais de fermeture/ouverture des disjoncteurs, les techniques traditionnelles de con trole de transit de puissance napportent pas une souplesse dans la gestion des rseaux. Avec lavnement des semiconducteurs de puissance, dautres techniques ont vu le jour : celles bases sur les systmes FACTS

1.3 Techniques bases sur les systmes FACTS :Le programme FACTS a t lanc en 1988 par lElectric Power Research Institute (EPRI) de Palo Alto en Californie en collaboration avec des manufacturiers dquipements et des

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compagnies dlectricit [2], ceci afin de rsoudre les problmes de transit de puissance sur les transit rseaux lectriques. Le concept de FACTS regroupe tous les dispositifs base dlectronique de puissance qui permettent damliorer lexploitation des rseaux lectriques. Leur technologie btie, autour des interrupteurs statiques leur assure une vitesse suprieure celle des systmes lectromcaniques traditionnels [7]. Les FACTS peuvent tre classs en trois catgories : Les compensateurs sries ; Les compensateurs parallles ; Les compensateurs hybrides (srie - parallle).

1.3.1 Les compensateurs srie : 3.1Ces compensateurs sont connects en srie avec le rseau et peuvent tre utiliss comme impdance variable (inductive, capacitive) ou une source de tension variable. Ils modifient limpdance des lignes de transport en insrant des lments en srie avec celle transport celle-ci. Nous prsentons ci-dessous quelques uns de ces compensateurs. dessous

1.3.1.1 Le TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitors) :Dans un TCSC une inductance est installe en parallle avec un banc de condensateurs et le courant travers linductance est contrl par thyristor. Le contrle de la compensation permet de sadapter en temps rel aux besoins du rseau et donc de contrler le transit de puissance sur la ligne [1].

Figure 1.2 : Structure dun TCSC [7] Si les thyristors sont bloqus, le TCSC a une impdance fixe qui est celle du condensateur. Si les thyristors sont commands en interrupteurs lectroniques et en pleine conduction, limpdance du TCSC est encore fixe et quivalente limpdance de linductance en impdance parallle avec le condensateur [7].24

Les modules TCSC sont de plus en plus associs aux compensateurs sries classiques afin de rduire les risques de rsonance hyposynchrone. En effet le TCSC prsente une impdance srie qui est inductive basse frquence et limine les risques de SSR avec les units de production [1].

1.3.1.2 Le TCSR (Thyristor Controlled Series Reactor : Reactors)Le TCSR est un compensateur inductif qui se compose dune inductance en parallle compensateur avec une autre inductance commande par thyristor afin de fournir une ractance en srie variable [7].

Figure 1.3 : Structure dun TCSR [7] Le fonctionnement du TCSR est analogue celui du TCSR. Lorsque les thyristors sont bloqus, limpdance du TCSR est fixe et gale celle de linductance X1. Lorsque les thyristors sont en pleine conduction, limpdance du TCSR est encore fixe et gale celle de linductance gale X1 en parallle avec linductance X2.

1.3.1.3 Le SSSC (Static synchronous Series Capacitors) :Il est constitu dun onduleur triphas coupl en srie avec la ligne lectrique laide dun transformateur.

Figure Figur 1.4 : Schma de base du SSSC [7]25

Le rle du SSSC est dintroduire une tension triphase, la frquence du rseau en srie avec la ligne de transport. Lavantage de ce compensateur est de ne pas introduire physiquement une inductance ou un condensateur, mais de simuler leurs fonctions. Cela vite lapparition des oscillations dues la rsonance avec les lments inductifs du rseau [7].

1.3.2 Les compensateurs parallles :Les compensateurs parallles injectent du courant au rseau via le point de raccordement, en effet, quand une impdance variable est connecte en parallle sur le rseau, elle consomme ou injecte un courant variable. Cette injection de courant modifie les puissances actives et ractive qui transitent sur la ligne. Nous prsentons ici quelques compensateurs parallles.

1.3.2.1 Le SVC (Static Var Compensator) :Le Static Var Compensator encore appel Compensateur Statique de Puissance Ractive (CSPR) est un quipement de compensation parallle base dlectronique de puissance capable base de ragir en quelques cycles aux modifications du rseau. Il est gnralement constitu dun ou de plusieurs bancs de condensateurs fixes ou commutables soit par disjoncteur soit par thyristors (TSC : Thyristor Switched Capacitors) et dune ractance rglable (TCR : Thyristor Controlled hed Reactor) [1].

Figure 1.5 : Structure du SVC [7]

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Le rglage de langle damorage des thyristors permet dadapter linjection ou labsorption du courant en fonction des sollicitatio du rseau. sollicitations On branche souvent en parallle au SVC une TCBR (Thyristor Control Controlled Breaking Resistor) afin damliorer la stabilit du rseau pendant la prsence des perturbations [7].

Figure 1.6 : Schma du SVC accompagn dun TCBR [7] un

1.3.2.2 Le STATCOM (STATic Synchronous COMpensator) :Le STATCOM est un convertisseur source de tension (VSC : Voltage Source Converter) connect en parallle un rseau alternatif, en gnral par le biais dun transformateur abaisseur. En rglant le dphasage du VSC gal celui de la tension au point de connexion, le flux de courant dans limpdance du rseau est parfaitement ractif [1]. Si lon rgle la tension du VSC de faon ce quelle soit suprieure celle du rseau, de la puissance ractive est fournie au rseau, rseau et la tension au point de connexion se trouve augmente. Si on rgle tension du VSC de faon ce quelle soit infrieure celle du rseau, de lnergie ractive est absorbe au rseau et la tension au point de connexion se trouve diminue. t

27

Figure 1.7 : Schma de base du STATCOM [7] Lavantage du STATCOM est de pouvoir changer de lnergie de nature inductive ou capacitive uniquement laide dune inductance. Contrairement au SVC, il ny a pas dlment capacitif qui puissent provoquer des rsonances avec les lments inductifs du rseau [7]. Le STATCOM peut fournir le maximum de sa puissance ractive pour des tensions de rseau trs faibles [2].

1.3.3 Les compensateurs hybrides :Les compensateurs hybrides intgrent dans leurs structure une partie shunt et une partie et une partie srie. Nous prsentons ici deux des structures hybrides les plus tudies : le TCPAR et lUPFC.

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I.3.3.1 Le TCPAR (Thyristor Controlled Phase Angle regulator) : Controlled

Le TCPAR est un transformateur dphaseur base de thyristor. Ce dispositif a t cr pour remplacer les transformateurs rgleurs en charge qui sont commands mcaniquement.

Figure 1.8 : Schma de base du TCPAR [7]

Le TCPAR est constitu de deux transformateurs, lun connect en srie avec la ligne, lautre en parallle. Ce dernier possde de diffrents rapports de transformation n1, n2, n3. Ces transformateurs sont relis par des thyristors. Son principe de fonctionnement est dinjecter sur thyristors. les trois phases de la ligne de transmission, une tension en quadrature avec la tension dphaser [7].

1.3.3.2 LUPFC (Unified Power Flow Controller) 2LUPFC est constitu de deux VSC connects la mme source de tension continue, VSC lun tant connect en parallle avec le rseau, lautre en srie avec la ligne de transmission [1]. Loriginalit de ce compensateur est de pouvoir contrler les trois paramtres associs au transit de puissance dans une ligne lectrique : la tension, langle de transport et limpdance de la ligne. issance29

LUPFC est capable daccomplir les fonctions des autres dispositifs FACTS savoir le rglage de la tension, la rpartition des flux dnergie, lamlioration de la stabilit et lattnuation des oscillations de puissance [7].

Figure 1.9 : Schma de base de lUPFC Le grand avantage de lUPFC est la flexibilit qui lui permet de contrler les trois paramtres associs au transit de puissance en un seul dispositif comprenant seulement deux s onduleurs de tension triphass. De plus, il peut instantanment basculer de lune lautre de ces fonctions en changeant la commande des onduleurs, ce qui permet de faire face d dfauts ou des des modifications du rseau en privilgiant temporairement lune des fonctions. Nous procderons une tude plus approfondie de ce dispositif dans le prochain chapitre.

1.4 Conclusion :Le prsent chapitre nous a permis de faire ltat de lart des compensateurs utiliss pour lamlioration du transit de puissance sur le rseau lectrique .en effet, le transit optimal de puissance sur le rseau lectrique est lun des enjeux majeurs dans lexploitation des lignes de transport et de distribution dnergie. . Les compensateurs traditionnels ont t prsents ainsi que leurs limites. Une prsentation des compensateurs FACTS a t faite en regroupant ces derniers en trois grands groupes savoir les compensateurs srie, Shunt et hybri hybrides. LUPFC, de par sa souplesse dutilisation qui lui permet dagir sur les trois paramtres qui rgissent le transit de puissance, offre un grand intrt. Son tude fera lobjet du prochain chapitre.

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CHAPITRE II : ETUDE STRUCTURELLE ET STRATEGIES DE COMMANDE DE LUPFC

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PLAN DU CHAPITRE

2.1 Introduction 2.2 Structure gnrale de lUPFC2.2.1 Prsentation des diffrents blocs constitutifs de lUPFC a) Londuleur n 1 ou partie shunt de lUPFC b) Londuleur n 2 ou partie srie de lUPFC c) Circuit de liaison courant continu d) Le bloc de commande 2.2.2 Prsentation des composants semi conducteurs a) Les diodes b) Les thyristors c) Les interrupteurs bicommandables

2.3 Analyse fonctionnelle de lUPFC 2.4 Analyse structuro fonctionnelle de lUPFC2.4.1 Etude structurelle des diffrents sous-systmes de lUPFC 2.4.1.1 STATCOM a) Structure b) Fonctionnement 2.4.1.2 SSSC a) Structure b) Fonctionnement

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2.4.2 Contribution des deux sous systmes la ralisation de la fonction de LUPFC 2.5 Performances de lUPFC 2.5.1 Apport de lUPFC lamlioration du transit de puissance a) Amlioration du transit de la puissance active b) Amlioration du transit de la puissance ractive 2.5.2 Apport de lUPFC en vue de lamlioration de la stabilit du rseau

2.6 Stratgies de commande2.6.1 Commande par hystrsis 2.6.2 Commande par Modulation Largeur dImpulsion (MLI) 2.7 Conclusion

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Chapitre 2Etude structurelle et stratgies de commande de lUPFC2.1 Introduction :Le prsent chapitre propose une tude dtaille de la structure de lUPFC. Il met galement en exergue les diffrentes performances de ce FACTS sur le rseau lectrique : il sagit en occurrence de lamlioration du transit de puissance ; de la stabilit statique et de la stabilit dynamique. Une tude de diffrentes stratgies de commande de lUPFC est galement faite. Plusieurs approches existent en ce qui concerne ltude de la structure de lUPFC. Nous pouvons voquer lapproche fonctionnelle dans la quelle un accent est mis sur ltude des modles lectriques et sur ltablissement des diagrammes vectoriels. Nous avons galement lapproche structuro fonctionnelle qui sappuie sur ltude des diffrentes sous- structures dlectronique de puissance dont est constitu lUPFC (STATCOM, SSSC) [7]. Le travail dans ce chapitre sarticulera autours des diffrents points suivants : La prsentation de la structure gnrale de lUPFC ; Lanalyse fonctionnelle de lUPFC ; Lanalyse structuro- fonctionnelle de lUPFC ; Ltude des diffrentes performances de lUPFC ; Les diffrentes stratgies de commande de lUPFC.

2.2 Structure gnrale de lUPFC :Le dispositif UPFC est un compensateur hybride (srie- parallle) qui a t prsent par Gyugyi en 1990[8]. Il est constitu de deux onduleurs triphass de tension qui ne sont en fait que des VSC (Voltage Source Converter) connects la mme rserve de tension continue [1]. Lun est connect en parallle avec le rseau et lautre en srie avec la ligne de transmission comme le montre la figure ci-dessous :34

Figure 2.1 : Schma synoptique de lUPFC [7] Loriginalit de ce dispositif FACTS quest lUPFC est son pouvoir de contrler les trois paramtres associs au transit de puissance (tension, impdance, dphasage) et daccomplir les fonctions des autres dispositifs FACTS savoir le rglage de la tension, la rpartition de flux dnergie et lamlioration de la stabilit du rseau lectrique [8].

2.2.1 Prsentation des diffrents blocs constitutifs de lUPFC :Une vue plus dtaille de lUPFC faisant ressortir les diffrents composants de cet ensemble peut se voir sur la figure ci- dessous :

Figure 2.2 : schma simplifi dun UPFC connect sur rseau [8]

De ce schma, il ressort que le dispositif UPFC peut tre subdivis en quatre principaux blocs savoir :35

Londuleur no1 ; Londuleur no2 ; Le bloc de commande ; Le circuit de liaison courant continu.

a) Londuleur no1 ou partie shunt de lUPFC :Londuleur no1 nest rien dautre que le FACTS STATCOM qui est un convertisseur de tension triphas constitu de 3 bras dinterrupteurs et reli au rseau via un transformateur triphas [7]. Chaque bras dinterrupteur est constitu dune association de deux blocs ayant chacun un interrupteur commandable (GTO) mont en antiparallle avec une diode et ayant pour rle de bloquer les tensions inverses. Son rle est de redresser la puissance courant alternatif provenant du transformateur et de lenvoyer au circuit courant continu [2], [9]. En plus de cela il ralise aussi la fonction de compensation de la puissance ractive puisquil peut fournir ou absorber de la puissance ractive, indpendamment de la puissance active, au rseau [8].

b) Londuleur no2 ou partie srie de lUPFCLonduleur no2 est le FACTS SSSC qui est galement un convertisseur de tension triphas constitu de 3 bras dinterrupteurs et reli au rseau par lintermdiaire de trois transformateurs monophass dont les primaires sont coupls en toile [7]. Tout comme le STATCOM, chaque bras dinterrupteur est constitu dune association de deux blocs ayant chacun un interrupteur commandable (GTO) mont en antiparallle avec une diode et ayant pour rle de bloquer les tensions inverses [9]. Sa fonction est de retransformer la puissance continue provenant du bloc de liaison du circuit courant continu en puissance alternative et de linjecter dans la ligne de transport sous une tension E [2]. Cette tension est injecte la mme frquence que celle du rseau et dont lamplitude et la phase sont ajustables [7].

c) Le circuit de liaison courant continuCe circuit est essentiellement constitu dun condensateur de filtrage C ayant pour fonction principal de se charger et de se dcharger jusqu une certaine valeur en fonction des exigences du rseau.

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d) Le bloc de commandeCe module est un systme asservi qui permet de gnrer des ordres douverture et de fermeture des interrupteurs des diffrents bras de convertisseurs en fonction de lcart observ entre les valeurs de rfrence et les valeurs mesures. Le but de cette commande est de faire en sorte que la tension gnre par le convertisseur soit la plus proche de la tension de rfrence [7].

2.2.2 Prsentation des composants semi-conducteursPlusieurs composants dlectronique de puissance sont utiliss dans la mise en uvre des dispositifs FACTS. Ces composants peuvent tre classs en trois grandes catgories [9], [12]: Les diodes : composants ouverture et fermeture spontane ; Les thyristors : commandables la fermeture mais ouverture spontane ; Les interrupteurs bicommandables : commands aussi bien la fermeture qu louverture. Dans cette partie, nous allons faire une succincte tude comparative des performances de ces semi- conducteurs de puissance. Par la suite, nous ferons ressortir les composants adquats pour la mise en uvre de lUPFC eu gard leurs caractristiques intrinsques en apportant des justifications.

a) Les diodesLes diodes de puissance sont utilises dans les cellules de commutation des interrupteurs. Elles peuvent tre montes en anti-parallle avec les lments commandables dans les convertisseurs pour le blocage des tensions inverses. Elles peuvent galement tre utilises pour la connexion des niveaux intermdiaires dun convertisseur de tension multi niveaux ou comme convertisseur pour fournir de la puissance active au FACTS [9]. Les diodes de nos jours peuvent supporter des courants et des tensions assez importants. Ceci justifie leurs utilisations dans la mise en uvre des cellules de commutations des dispositifs FACTS fonctionnant des tensions assez leves et supportant des courants importants.

b) Les thyristorsLes thyristors sont des composants commandables lamorage et blocage naturel [10]. Lamorage des thyristors ncessite lapplication dune tension positive et linjection dun courant de gchette suffisant. Les thyristors de puissance prsentent les caractristiques lectriques37

intressantes. En effet, ils peuvent supporter des tensions de lordre de 5 7 Kv et couper des courants pouvant atteindre 4000A. La chute de tension leurs bornes sont de lordre de 1,5 3 V. et les gradients de courant et de tension sont respectivement de lordre de 500 A/sec et 1000 V / sec [12].

c) Les interrupteurs bicommandables Le thyristor GTO (Gate- Turn- Off)Le thyristor GTO est un composant commandable lamorage et au blocage. Pour lamorcer, on doit lui appliquer une tension positive et lui injecter un courant de gchette suffisant [11]. Le blocage est assurer par lapplication dune tension gchette cathode ngative qui a pour consquence lenvoie dune impulsion de courant ngative sur la gchette. Les GTO sont capables de supporter des tensions de lordre de 5000 V et de couper des courants pouvant atteindre 3000 A. les chutes de tension en conduction sont de lordre de 2 3 V. la vitesse de commutation de ces composants est de 25 sec [12].

Les transistors bipolaires jonction (BJT)Les BJT sont des composants commands en courant, tant que le composant est amorc, le courant de base doit tre maintenu. Autrement dit le blocage du transistor sera assur par lannulation du courant de base. Le gain en courant des transistors de puissance est de lordre de 5 10 [11]. Afin dobtenir des gains de courant important, ces transistors sont souvent connects en montage Darlington ou mme triple Darlington En conduction, le BJT de puissance prsente des chutes de tension de lordre de 1 2 V, entranant des pertes de conduction moins importantes que celle causes par le thyristor ou le GTO. Les BJTs de puissance peuvent supporter des tensions de lordre de 1400V et couper des courants pouvant atteindre 800A. Ils peuvent tre utiliss dans les convertisseurs ayant des puissances apparentes atteignant 500KVA, et fonctionnant des frquences de plusieurs centaines de KHz [12].

Le MOSFET de puissanceLes MOSFETs de puissance sont des composants commands en tension. Lamorage du MOSFET se fait en lui appliquant une tension grille - source approprie (infrieure la tension

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de seuil VGSthreshold). Cette tension doit tre maintenue tout au long de la conduction. Le blocage sefait par annulation de la tension grille - source [11].

Les vitesses de commutation des MOSFET sont trs leves, elles vont de 10nsec quelques centaines de nanosecondes. Ceci entrane des pertes de conduction trs basses. Cependant, les chutes de tension pendant la conduction sont plus leves ; elles sont de lordre de 4 5 V, pour des tensions de 500V et des courants coups atteignant 10 A. Il existe des MOSFET supportant des tensions pouvant atteindre 1000V, pour des courants coups assez faibles. Il en existe galement qui peuvent couper des courants de 100A mais supportant des tensions trs basses. Les tensions de commande grille -source sont de lordre de 5 20 V [12].

Le transistor bipolaire grille isole (IGBT)LIGBT combine les avantages du MOSFET, du BJT et du thyristor [12]. Comme le MOSFET, il est command en tension et a une impdance dentre trs leve, ce qui rduit lnergie requise pour sa commande. Comme le BJT, il entrane des pertes de conduction assez faibles et il fonctionne des frquences plus leves que le BJT, ceci pour des tensions et des courants comparables. Il peut supporter des tensions atteignant 1200V et couper des courants de lordre 400 A. A cause de ses performances lIGBT a tendance remplacer le BJT dans la plupart des applications. Le tableau suivant rsume et compare les performances des interrupteurs de puissance sus voqus [12].

Tableau 2.1 Comparaison des interrupteurs dlectronique de puissanceComposant BJT MOSFET GTO IGBT Thyristor Puissance dutilisation Moyenne Basse Eleve Moyenne Eleve Rapidit de commutation Moyenne Rapide Lente Moyenne. Moyenne

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Il ressort de cette tude que les composants les plus appropris lheure actuelle pour la mise en uvre des dispositifs FACTS sont le GTO et le thyristor de puissance. En effet ils supportent des tensions assez leves et ont des vitesses de commutation qui, bien que faibles compares celles des autres composants, sont trs leves par rapport celles des dispositifs lectromcaniques. Le GTO est privilgi dans la construction de lUPFC car, bien que plus lent que le thyristor, il est bicommandable et ne ncessite donc pas des circuits spcifiques destins assurer son blocage. Sa commande est donc allge par rapport celle des thyristors. Le BJT, le MOSFET et lIGBT ont certes des vitesses de commutation leves mais les plages de courant et de tension quils supportent sont assez basses ltat actuel de la technologie et ne leur permettent donc pas dtre utiliss dans la mise en uvre des dispositifs FACTS en gnral et de lUPFC en particulier.

2.3. Analyse fonctionnelle de lUPFC :LUPFC est un compensateur hybride (Srie-parallle) qui permet de contrler aussi bien le transit de la puissance active que celui de la puissance ractive sur une ligne lectrique. Cette section explique le fonctionnement de lUPFC ainsi que les diffrents changes nergtiques qui seffectuent entre ce dernier et la ligne de transport. Soient deux rgions A et B trs loignes relies par une ligne de transport dimpdance X. On suppose que ces rgions sont tellement puissantes que leurs tensions et leurs angles respectifs ne sinfluencent pas [2]. En supposant les tensions de ligne gales et en phase dans les deux rgions, on en dduit que le courant de ligne travers linductance X est nul, et donc aucun transit de puissance active ou ractive ne peut se faire entre les deux rgions.X A I EB B EA

Figure 2.3 : Ligne de transport reliant deux rgions A et B [2]

40

Cette situation est regrettable car deux rgions interconnectes devraient effectuer des changes dnergie et se supporter mutuellement en cas de dfaut. Pour pallier ce manquement il faudrait : Crer un dphasage entre les tensions des rgions A et B afin de permettre un change de puissance active entre ces dernires ; Crer une diffrence entre les valeurs des tensions des rgions A et B afin de permettre un change de puissance ractive entre elles. LUPFC insre en srie avec la ligne de transport une tension EC la mme frquence que le rseau dont lamplitude et la phase sont ajustables [2]. La figure suivante prsente la ligne de transport dans laquelle est insre la tension EC.UPFC X AEC

B EX ET EB

EA

Figure 2.4 : Introduction dun compensateur en srie avec la ligne de transport [2]. Daprs la figure 2, nous pouvons crire lquation suivante :ET = E A + E C

(2.1)

Le schma vectoriel correspondant est le suivant :

ET E A , EB

EC

EcI EC

Figure 2.5 : Schma vectoriel de la ligne avec compensation srie [2].41

La tension ET en amont de la ractance X est gale , la somme vectorielle des tensions EA et EC. Si on dsigne par le dphasage entre ET et EB, il sen suit donc quune puissance active peut tre transite de la rgion A vers la rgion B. Cette puissance est donne par la relation suivante :P=

(E )(E )sin T B

X

(2.2)

Lorsquon fait varier langle , dphasage entre la tension EC et les tensions EA et EB, lextrmit du vecteur ET dcrit un cercle complet. Langle de transport varie donc dune valeur maximale positive vers une valeur maximale ngative en passant par une valeur nulle. On en dduit daprs la relation (2.2) que la puissance active peut tre transite dans les deux sens suivant le signe de langle . Par ailleurs, notons que EC est gale EX ; donc, le courant I travers la ligne est en retard de 90 sur la tension EC. Dans ce cas aucune puissance active ne peut tre dbite sur le rseau par lUPFC (cos90=0). Cependant, une puissance ractive est fournie la ligne daprs la relation suivante :Q C = E C I sin 90 0 = E C I

(2.3)

Cette puissance ractive est entirement consomme par la ractance X de ligne. Plus gnralement, lorsque lextrmit du vecteur EC dcrit le cercle, on peut dfinir respectivement pour les puissances active et ractive deux sens de transit possible. La puissance active sera transite de la rgion A vers la rgion B lorsque langle de transport est positif et dans le sens in verse lorsque cet angle est ngatif. Quant la puissance ractive nous savons que son transit obit la relation suivante [2] :

Q=

ET ( ET E B cos ) X

(2.4)

Il ressort de cette relation que la puissance ractive sera transite de la rgion A vers la rgion B si et seulement si :ET E B cos > 0 cos < ET EB

(2.5)

42

La puissance ractive sera transite en sens inverse si la relation (2.5) nest plus vrifie. Supposons que les tensions EA et EB sont toujours en phase mais que EB soit suprieure EA. Dans ce cas, EC dcrit toujours un cercle complet lorsque langle varie. Cependant, contrairement au cas tudi prcdemment EC nest plus gale EX. La chute de tension dans la ligne est EX =j IX= ET - EB et le courant I est en retard de 90 sur EX. Le schma vectoriel obtenu est celui de la figure suivante :

EC

ETI

EX

EA EB

Figure 2.6 : EA et EB sont en phase, mais damplitudes ingales [2]. Le courant I est en avance sur EA et EB dun angle , on peut alors en dduire les relations suivantes : La puissance active dbite par la rgion A scrit :

PA = E A I cosLa puissance ractive reue par la rgion B est donne par la relation

(2.6)

PB = EB I sin

(2.7)

Contrairement au cas prcdent o les tensions EA et EB taient gales, le convertisseur dbite une puissance active PC sur le rseau. Cette puissance est gale la diffrence entre PA et PB.

PC = EC I cos( )

(2.8)43

Etant donn que lUPFC dbite de la puissance ractive sur le rseau, il doit en absorber autant dun accumulateur. A moins dtre trs gros, celui-ci se dchargerait trs rapidement, donc au lieu dutiliser un accumulateur, on pourrait le remplacer par un redresseur qui serait aliment par un transformateur mont en parallle avec la ligne. Cette solution demande linstallation de deux convertisseurs connects par une liaison courant continu. Le premier convertisseur redresse la puissance courant alternatif en provenance du transformateur mont en parallle avec la ligne et lenvoie au circuit de liaison courant continu. Le second convertisseur retransforme cette dernire sous forme de puissance courant alternatif et linjecte sur la ligne de transport sous la tension EC. Lensemble des deux convertisseurs constituent lUPFC [2].

2.4 Analyse structuro fonctionnelle de lUPFCLUPFC est constitu de deux convertisseurs de tension (VSC : Voltage Source Converter) connects une mme rserve de tension continue, lun tant connect en srie avec la ligne de transmission, lautre en parallle [1]. Le convertisseur connect en parallle avec la ligne est un STATCOM et celui reli en srie est un SSSC ; la rserve de tension continue est constitue par un condensateur [9]. Nous nous proposons dans la prsente section : Dtudier la structure et le fonctionnement des deux convertisseurs qui entrent dans la constitution de lUPFC ; De donner lapport de chacun de ces convertisseurs en vue de la ralisation des diffrentes fonctions de lUPFC

2.4.1 Etude structurelle des diffrents sous systmes de lUPFCCette section est consacre ltude de lchange nergtique qui seffectue dune part entre les sous systmes de lUPFC (STATCOM et SSSC) et le rseau dautre part entre ces deux sous systmes.

44

2.4.1.1 Le STATCOM a) StructureLe STATCOM est reli la ligne de transport triphase par le biais dun transformateur abaisseur. Il est aliment une source de tension continue que constitue le condensateur. Le convertisseur comporte des cellules de commutations constitues de thyristors GTO ou dIGBT [1] avec des diodes montes antiparallles. La figure suivante prsente la structure de base dun STATCOM.X y z A U

ConvertisseurEH

B

V

Transfor mateur Abaisseur

Triphas DC-AC

C

W

Commande des interrupteurs

Figure 2.7 : Structure de base du STATCOM [2]. b) Fonctionnement Les ractances x sont en ralit les ractances de fuite du transformateur abaisseur qui permet de connecter le convertisseur au rseau. En jouant sur lamplitude et la phase des tensions au secondaire du transformateur et lentre du convertisseur, le STATCOM peut changer avec le rseau aussi bien la puissance ractive que la puissance active. Lamplitude de la tension alternative lentre du convertisseur est commande en faisant varier EH, tandis que langle est command par lenvoie des impulsions de dclanchement appropries aux thyristors GTO ou aux IGBT [2]. Echange de puissance ractive Considrons lune des phases du convertisseur, la phase A en loccurrence.

45

Si EAn = EUn, le courant I travers la ractance de fuite du transformateur est nul ; donc

la compensation est nulle [2]. Ceci correspond au diagramme vectoriel suivant :I=0 EUn

Figure 2.8 : EAn = EUn : aucun change dnergie ractive Si EAn < EUn alors un courant I circulera dans la ractance x ce courant sera en retard de

90o sur la tension EUn [2]. Sa valeur est donne par la relation suivante :

I=

EUn E An x

(2.9)

Le compensateur absorbe alors de la puissance ractive de la ligne de transport. Il se comporte donc comme une inductance mme si aucune bobine nest prsente et aucun champ magntique nest produit [2]. La puissance ractive est donne par la relation suivante :Q = I .E An sin 90 0 = I .E AnEAn

(2.10)

EUn

I

Figure 2.9 : EAn < EUn : lnergie ractive est absorbe par le convertisseur Si EAn > EUn le courant I est alors en avance de 90o sur EUn sa valeur est encore donne

par la relation (2.9). On constate que I est maintenant ngatif par consquent le convertisseur fournit de la puissance ractive la ligne de transport. Il se comporte donc comme un grand condensateur mme sil nya pas de plaque lectrostatique ni de champ magntique [2].

I

EUn

EAn

Figure 2.10 : EAn > EUn : lnergie ractive est fournie la ligne de transport

46

Nous constatons que le STATCOM, sans disposer dlments inductifs ni capacitifs est capable dchanger de lnergie ractive avec la ligne de transport. Par ailleurs contrairement au SVC il est capable de gnrer sur le rseau sa puissance ractive maximale mme lorsque sa tension chute considrablement [1], [7]. Il est en autre caractris par une bonne rponse dynamique (il rpond instantanment), ceci grce aux performances ces des interrupteurs dlectronique de puissance dont il est constitu (GTO, IGBT) [7]. Cependant, le STATCOM gnre sur le rseau de nombreux harmoniques ce qui impose la ncessit dinstaller des filtres pour les attnuer [7]. Echange de puissance active Lchange de la puissance ractive entre le rseau le STATCOM, dpend du niveau de tension aux bornes de la source dalimentation constitue par le condensateur. En effet, si lon dsire produire de la puissance ractive, le systme de commande dphasera temporairement la tension gnre par londuleur de quelques degrs( 1 2 degrs) en arrire de la tension du rseau de faon faire circuler une puissance active dans londuleur et charger la condensateur une valeur EH suprieure la valeur EH0 correspondant au courant I nul. Puis, le systme de commande ramne la tension gnre par londuleur en phase avec la tension du rseau. Comme la tension de londuleur est plus grande que celle du rseau, le STATCOM gnre de la puissance ractive [2]. Inversement, pour absorber de la puissance ractive, le systme de commande dchargera le condensateur une valeur infrieure EH0, en dphasant la tension gnre par londuleur de quelques degrs en avance sur la tension du rseau. Ainsi, une puissance active circule temporairement de londuleur vers le rseau permettant ainsi la dcharge du condensateur [2].

2.4.1.2 Le SSSC a) StructureComme nous lavons dit plus haut, le compensateur statique srie synchrone SSSC est constitu dun convertisseur source de tension (VSC) insr en srie sur la ligne de transport via un transformateur. Sa structure set prsente sur la figure suivante :

47

I

Uq

U0

Ucc CSource dnergie optionnelle

Figure 2.11 : Structure du compensateur statique srie synchrone [9]

b) FonctionnementLe SSSC introduit une tension triphase la frquence du rseau en srie avec la ligne et en quadrature avec le courant de ligne de faon simuler soit le fonctionnement dune inductance, soit celui dun condensateur [7], [9]. Cette tension est donne par la relation suivante :

U = j.K.X .IK : degr de compensation ; X : ractance de la ligne ; I : courant de ligne.

(2.11)

De la relation prcdente, il ressort que suivant la valeur et le signe de K, on peut introduire une ractance inductive ou capacitive en srie avec la ligne : Si K>0, on introduit en srie avec la ligne une ractance capacitive ; Si K< 0, on introduit en srie avec la ligne une ractance inductive. Ainsi, le SSSC est capable de simuler le fonctionnement dune inductance ou dun condensateur sans insrer physiquement ces deux lments sur la ligne. Cela permet dviter les phnomnes doscillations avec les lments inductifs et capacitifs de la ligne [9], [7].48

2.4.2 Contribution des deux sous-systmes la ralisation de la fonction de lUPFCEn reliant les deux convertisseurs tudis ci-dessus au travers dune liaison srie constitue dun condensateur on obtient le FACTS UPFC dont la structure est prsente la figure 2.2. Le convertisseur srie injecte une tension la mme frquence que celle du rseau dont lamplitude et la phase sont ajustables. Ce rglage damplitude et de phase permet dobtenir trois modes de fonctionnement [7] : Rgulation de la tension : la tension insre en srie sur la ligne par lUPFC sadditionne vectoriellement celle de la source. Ainsi, on obtient une tension maximale la sortie de lUPFC lorsque ces deux tensions sont en phase. Contrle de limpdance : la tension injecte est en quadrature avec le courant de ligne. Cette tension est quivalente celle voque la relation (2.11). en faisant varier la valeur de K, on peut faire varier virtuellement limpdance de la ligne, agissant ainsi implicitement sur le transit de la puissance active de la ligne. Contrle de la phase : la tension injecte en srie avec la ligne introduit un dphasage avec la tension de source. Ce dphasage peut varier entre 0 et 360o. Ce large ventail de variation de offre une plus grande flexibilit du contrle du transit de puissance active et ractive sur la ligne lectrique. Le convertisseur shunt permet essentiellement dchanger de la puissance ractive avec le rseau. Il permet ventuellement de fournir de lnergie active la partie srie via la liaison continue que constitue le condensateur.

2.5 Performances de lUPFCLes multiples performances dont regorge le dispositif UPFC font de lui lun des dispositifs FACTS le plus utiliss. Cette section explicitera les performances de lUPFC sous trois principaux angles savoir : lamlioration du transit de puissance, lamlioration de la stabilit statique et dynamique et lamlioration de la stabilit en tension.

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2.5.1 Apport de lUPFC en vue de lamlioration du transit de puissanceLaction sur les diffrents paramtres de lUPFC peut permettre damliorer le transit aussi bien de la puissance active que de la puissance ractive.

a) Amlioration du transit de la puissance activeConsidrons nouveau deux rgions A et B entre lesquelles doivent de faire un transit de puissance active (voir figure x). Nous rappelons que la puissance transite entre les deux rgions est donne par la formule (2.2) suivante :

P=

(E )(E ) sin T B

X

Cela signifie que pour amliorer le transit de la puissance active, lUPFC devra tre capable dagir sur au moins lun des trois paramtres rgissant ce transit savoir :

Limpdance X de la ligne ;

Langle de transport ;

Les tensions aux extrmits de la ligne.

Pour faire varier limpdance de la ligne de transport, lUPFC insre grce sa composante srie quest le SSSC une tension U= -j.K.X.I. En faisant varier le facteur de compensation K, lUPFC fera varier de faon virtuelle limpdance de la ligne, augmentant ainsi la puissance transite sur la ligne de transport [9]. En se rfrant lanalyse fonctionnelle faite prcdemment, lextrmit du vecteur de tension insr par lUPFC en srie avec la ligne pouvait dcrire un cercle tout entier. Cette variation induit celle de langle de transport qui peut prendre aussi bien des valeurs positives que ngatives. Ceci implique la possibilit du transit de puissance dans les deux sens. Le niveau de tension sur la ligne de transport est influenc par les changes dnergie ractive qui seffectue entre cette dernire et le compensateur. Pour ce faire lUPFC va utiliser sa branche

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shunt quest le STATCOM pour injecter ou absorber de la puissance ractive au point de raccordement avec la ligne de transport.

b) Amlioration du transit de puissance ractiveEn considrant toujours nos deux rgions, le transit de la puissance ractive est donn par la relation (2.4) suivante :

Q=

ET ( ET E B cos ) X

Nous constatons que pour amliorer le transit de la puissance ractive, il suffit encore de jouer sur les mmes paramtres de transit de la puissance active. Cependant le sens de transit de la puissance ractive va dpendre du signe du numrateur de la relation (2.4). Par exemple pour favoriser un transit de la puissance ractive de la rgion A vers la rgion B il faudrait queET E B cos > 0 cos < ET EB

2.5.2 Apport de lUPFC en vue de lamlioration de la stabilit du rseauDans cette section nous traiterons de deux types de stabilit savoir :

La stabilit dynamique ;

La stabilit transitoire. On peut dfinir la stabilit comme tant laptitude dun rseau retrouver un point

dquilibre aprs une contingence plus ou moins importante. La stabilit dynamique est la facult pour un rseau retrouver son mode de fonctionnement normal en rgime permanent suite une perturbation mineure effectue sur le rseau, partir dun rgime permanent stable [13]. Ces perturbations peuvent tre dues un changement dans la structure du rseau dans les conditions dexploitation, dans les systmes dexcitation ou au niveau des charges.

51

La stabilit transitoire dun rseau lectrique est son aptitude retrouver une position dquilibre stable aprs une perturbation brusque de forte amplitude [7]. Cette perturbation peut carter notablement le rseau de sa position initiale. Le phnomne de stabilit transitoire concerne les grandes perturbations. Nous pouvons citer :

Les courts circuits affectant un lment du rseau,

La perte douvrage,

La perte de groupe de production

Les consquences de ces dfauts peuvent tre trs graves pouvant conduire ainsi leffondrement complet du rseau [7].

2.6 Stratgies de commandeLa commande est gre par une unit centrale de traitement (UCT). LUCT en fonction :

des rfrences ;

de ltat des mesures des capteurs ;

des lois de commande.

Dlivre des ordres de commande qui pilotent le convertisseur qui dans notre cas est lUPFC [14]. Lobjectif ici est de gnrer les ordres douverture et de fermeture des onduleurs de sorte que la tension cre par londuleur soit la plus proche de la tension de rfrence. Deux mthodes de commande peuvent tre utilises :

la commande par Hystrsis ;

la commande par MLI (Modulation de largeur dimpulsion)

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2.6.1 Commande par hystrsisLa commande par hystrsis est utilise pour le contrle des courants. Elle consiste maintenir chacun des courants gnrs dans une bande enveloppant les courants de rfrences (fourchette de courants). Chaque violation de cette bande donne un ordre de commutation.

Iref

T1+

I

-

T2

Figure 2.12 : Contrle de courant par hystrsis [7] La diffrence entre le courant de rfrence et celui mesur est applique lentre dun comparateur hystrsis dont la sortie fournit directement lordre de commande des interrupteurs du bras correspondant de londuleur [7]. Lavantage de cette commande rside dans sa simplicit de mise en uvre et son principal inconvnient est que sa frquence de commutation est variable.

2.6.2 Commande par Modulation Largeur dImpulsion (MLI)La commande MLI est utilise pour le contrle de la tension de rfrence des onduleurs. Elle met en uvre dabord un rgulateur qui, partir de lcart entre le courant et sa rfrence, dtermine la tension de rfrence de londuleur (modulatrice). Cette dernire est ensuite compare avec un signal en dent de scie de frquence leve (porteuse). La sortie du comparateur fournit lordre de commande des interrupteurs [7]. Le schma de principe de cette mthode est donn la figure ci dessous :

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1

T1

Iref

Correcteur

I Figure 2.13 : Contrle de courant par MLI [7]

T2

2.7 ConclusionLe prsent chapitre a port sur ltude structurelle et fonctionnelle de lUPFC. Nous avons galement identifi quelques stratgies de commande de ce dispositif. La prsentation des diffrents bocs constitutifs de lUPFC ainsi que celles des composants semi-conducteurs utiliss dans sa mise en uvre a t faite. Une analyse fonctionnelle de lUPFC nous a permis de lenvisager en tant que compensateur srie mais galement comme compensateur shunt. Lanalyse structuro fonctionnelle quant elle nous a permis dtudier les diffrents convertisseurs de base entrant dans la construction de lUPFC. Il sagit notamment du STATCOM utilis dans la branche parallle et le SSSC utilis dans la branche srielle. Ceci nous a permis de mettre en exergue la contribution de ces deux sous systmes en vue de la ralisation de la fonction UPFC. Quelques performances de lUPFC ont t mises en relief. Nous avons ainsi montr lutilisation de lUPFC en vue de lamlioration du transit de puissance et des stabilits dynamiques et transitoires des rseaux lectriques. Une brve vocation des stratgies de commande a t faite. Connaissant globalement la constitution du dispositif UPFC, nous pouvons dsormais envisager avec srnit la simulation du comportement dun rseau lectrique contenant ce dernier. Cest ce qui ferra lobjet du prochain chapitre.

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CHAPITRE III : SIMULATIONS ET INTERPRETATIONS DES RESULTATS

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PLAN DU CHAPITRE

3.1 Introduction 3.2 Prsentation du RISC (Rseau Interconnect Sud Cameroun) 3.3 Dlimitation de la zone dtude 3.4 Prsentation de la plate forme logicielle MATLAB 3.4.1 Prsentation de SIMULINK 3.4.2 Prsentation de SIMPOWER SYSTEMS 3.5 Simulations et interprtations des rsultats 3.5.1 Simulations 3.5.2 Interprtation des rsultats 3.6 Conclusion

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Chapitre 3 Simulations et interprtations des rsultats3.1 IntroductionCe chapitre a pour but la validation des performances de lUPFC dmontres thoriquement au chapitre prcdent. Les performances du rseau actuel seront compares celles du rseau exprimental dot dun module UPFC afin de mettre en exergue lapport de ce dernier sur le transit de puissance. Une prsentation succincte du rseau sous investigation (Rseau Interconnect Sud Camerounais) est faite. Un bref expos des possibilits de MATLAB pour la simulation des rseaux lectriques est galement fait. Nous allons clturer ce chapitre par une prsentation et interprtation des rsultats.

3.2 Prsentation du RISC (Rseau Interconnect Sud Cameroun) [15]Le rseau Sud dAES SONEL, stend sur le Littoral, le Centre et le grand Ouest du Cameroun. Il prend sa source au niveau des centrales de production dEda et de Song-Loulou qui sinterconnectent au poste de contrle de Mangomb de l, lnergie est achemine vers dautres postes dinterconnexions et de transformation. La topologie actuelle du rseau est prsente en annexe. Le rseau Sud AES- SONEL est constitu des centrales de production, du rseau de transport et du rseau de distribution.

3.2.1 Centrales de productionLe rseau Sud AES SONEL est aliment par deux types de centrales : Les centrales thermiques : elles sont surtout utilises en secours et fournissent environ 20% de la production (tableau3.1) ; Les centrales hydrauliques : elles fournissent environ 80%de la production (tableau 3.1).

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Tableau 3.1 : Parc de production dnergie du RISCLieu Type de centrale Puissance (MW) Puissance (MVA) Tension (KV) Eda I Groupes 1 et 2 Groupe 3 Eda II Groupes 4, 5, 6, 7, 8 et 9 Groupes 10, 11, 12, 13 et 14 Hydraulique 11.4 12.5 20.3 14.3 14.3 24.5 5.5 5.5 10.3

Eda III

21.5

24.5

10.3

SONGLOULOU paires de groupes 1, 2, 3, et 4 LIMBE OYOMABANG BASSA LOGBABA BAFOUSSAM MEFOU Thermique

49.5

57

10.3

85 41 21.6 22 18 4

11 15 11 11 5.5

Source AES-SONEL

3.2.2 Rseau de transportIl permet dacheminer lnergie lectrique des centrales de production vers les postes de rpartition. Le transport dnergie lectrique sy effectue en HTB. Ce rseau comporte 06 lignes de 225 KV quipes de conducteurs Almlec de 366mm2 de section. Plusieurs lignes de 90KV quipes de conducteurs en Alu acier de 173mm2 et 228mm2 de section ou en Almlec de 228mm2 et 366mm2 de section. Les caractristiques liniques des diffrentes lignes sont consignes dans le tableau suivant :

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Tableau 3.2 : Lignes 225KV

Lignes

Longueur Section en Km en mm 336 336 336 3362

R en /Km 0.098 0.098 0.098 0.098

X /Km 0.42 0.42 0.42 0.42

en Z en

Song-loulou Mangombe1 Song-loulou Mangombe 2 Song-loulou Logbaba Logbaba - Bekoko

58 58 93 26.2

24.94 24.94 40.109 11.273

Logbaba - Mangombe Mangombe- Oyomabang Source AES - SONEL Tableau 3.3 : Lignes 90 KV

61.5 168

336 336

0.098 0.098

0.42 0.42

26.462 72.287

Lignes

Longueur Section en Km en mm2 336 336 228 228

R en /Km 0.098 0.098 0.171 0.171

X /Km 0.42 0.42 0.40 0.40

en Z en

Ngousso - Oyomabang BRGM - Oyomabang BRGM - Oyomabang Njock Nkong Eda 3

24 4.4 4.4 76.1

10.326 1.893 1.893 33.06

Mangombe 1 - Kribi

82.87

228

0.171

0.40

36.048

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Mangombe 2- Eda 3 Mangombe 1- Eda 3 Eda 1- Eda 3 Mangombe 1 - Logbaba Mangombe 2 - Logbaba Logbaba - Koumassi Logbaba Bassa 1 Logbaba Bassa 2 Bassa - Dido Dido - Bonabri Bonabri - Bekoko Bekoko - Limbe Bekoko - Nkongsamba Nkongsamba - Bafoussam Bafoussam - Bamenda Mbalmayo Oyomabang Bassa - Makepe Source AES SONEL

2.6 2.8 0.02 65 62 7.56 2.9 3.663 5.2 3.45 17.78 44.2 113.5 93 70 49 5.4

366 366 366 173 366 366 173 366 366 366 366 228 228 228 228 366 366

0.098 0.098 0.098 0.223 0.098 0.098 0.223 0.098 0.098 0.098 0.098 0.171 0.171 0.171 0.171 0.098 0.0970

0.42 0.42 0.42 0.407 0.42 0.42 0.407 0.42 0.42 0.42 0.42 0.40 0.40 0.40 0.40 0.42 0.3942

1.121 1.2075 0.0086 26.768 26.677 3.252 1.2138 1.576 2.237 1.484 7.650 19 48.813 39.99 30.1052 21.083 2.9108

3.3 Dlimitation de la zone dtudeLe rseau Sud comme nous lavons dit prcdemment stend sur trois grandes zones : le Centre, le Littoral et le grand Ouest. De ces trois rgions, cest le corridor de transit dnergie lectrique vers la rgion de lOuest qui prsente le plus de problmes. En effet, le transport dnergie lectrique sy fait avec beaucoup de pertes.

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La problmatique du transport de lnergie lectrique est dacheminer cette dernire jusquaux consommateurs avec le moins de pertes possibles. Ceci suppose lutilisation dartifices (compensateurs) destins rduire au maximum les pertes lies au transport dnergie lectrique. Nous nous proposons dinsrer sur le corridor Ouest du RISC, lUPFC afin damliorer le transit de la puissance lectrique vers la rgion de louest.

3.4 Prsentation de la plate forme logicielle MATLABMATLAB est une abrviation de MATrix LABoratory. Ecrit lorigine en Fortran par Cleve MOLER, MATLAB tait destin faciliter laccs au logiciel matriciel. La version actuelle crite en C par the MatWorks Inc., existe en version professionnelle, tudiant et est incontournable aujourdhui dans les domaines de la recherche et de lenseignement des sciences appliques [16]. MATLAB est disponible pour Windows, Unix, Linux et est un rseau de boites outils interconnects un noyau intgrant des macro-primitives dusage gnral comme le montre la figure ci-dessous [17] :

ToolBox OPTIMIZATION

ToolBox DSP

NOYAU ToolBox CONTROL Primitives dusage gnral

ToolBox SYMBOLIC

Interfaces C++, Fortran

Interface Utilisateur

Modules SIMULINK

Figure 3.1 : Architecture simplifie de MATLAB [17] Dans le cadre de nos simulations nous utiliserons la boite outil SIMULINK de MATLAB dans sa version 7.2.0.232. Plus particulirement le module SIMPOWER SYSTEM dans le quel se trouvent les diffrents composants utiliss dans la simulation des rseaux lectriques.61

3.4.1 Prsentation de SIMULINKSIMULINK est la boite outil de MATLAB utilise pour la modlisation, la simulation et lanalyse des systmes dynamiques. Il est utilis pour les systmes linaires et non linaires. Ces derniers pouvant tre temps continu ou discret et mme hybride [18]. Cette boite outils propose plusieurs modules parmis lesquels le module SIMPOWER SYSTEMS.

Figure 3.2 Page daccueil et feuille de travail SIMULINK

3.4.2 Prsentation du module SIMPOWER SYSTEMSLe module SIMPOWER SYSTEMS contient les diffrents composants utiliss dans la simulation des rseaux lectriques. Ces derniers sont organiss en plusieurs sous groupes : Extra library ; Applications libraries ;

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Electrical sources ; Elements ; Machines ; Measurements ; Power Electronics. Il est important de souligner quon peut galement accder ces diffrents sous groupes en introduisant la commande >> powerlib dans la feuille principale de MATLAB.

Figure 3.3 : Page daccueil MATLAB et fentre des composants de SIMPOWER SYSTEMS

3.5 Simulations et interprtation des rsultatsNous nous proposons dans cette partie de simuler le transit de la puissance lectrique sur le corridor Ouest du RISC ceci en se servant des caractristiques des lignes prsentes dans les63

pages prcdentes. Nous allons procder dans un premier temps la simulation du rseau actuel non compens. Ensuite nous allons simuler ltat du rseau avec insertion de lUPFC. Une tude comparative sera ensuite faite entre les rsultats issus des deux simulations afin de mettre en exergue lapport de lUPFC lamlioration du transit de puissance sur le rseau lectrique.

3.5.1 SimulationsLe tableau ci dessous prsente les diffrents rsultats de simulations. Ces rsultats refltent limage des tensions, des puissances actives et ractives aux diffrents jeux de barres avant et aprs linsertion de lUPFC. Le placement de lUPFC sur le rseau sest fait aprs une srie dessais. Ceci dans loptique de dterminer la position permettant un flux optimal dnergie. Nous avons placs lUPFC en amont des diffrents jeux de barres du corridor (Bekoko, Nkongsamba, Bafoussam, Bamenda). A lissu de ces diffrents tests, nous avons retenu comme position optimale de placement de lUPFC, celle situe en amont du jeu de barre de Nkongsamba. Tableau 3.4 : Rsultats des simulations Rgions Tensions entre phase sans lUPFC Bekoko 73.06 KV Tensions entre phase avec lUPFC 81.03 KV Puissance active sans lUPFC 35.06 MW 85.66 MW Puissance active avec lUPFC Puissance ractive sans lUPFC 34.15 MVAR Nkongsamba 63.34 KV Puissance ractive avec lUPFC 21.55 MVAR 41.42 MVAR 23.88 MVAR 9.02 MVAR

83.6 KV

35.85 MW

62.25 MW

23.72 MVAR

Bafoussam

58.83 KV

77.64 KV 24.97 MW

43.6MW

13.68 MVAR

Bamenda

57.76 KV

76.24 KV 9.02 MW

15.75 MW

5.2 MVAR

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3.5.2 Interprtation des rsultatsCalculons dans un premier temps les ratios afin de mettre en relief les pourcentages dvolutions les diffrents paramtres des rsultats de simulations. Ensuite nous allons procder lanalyse globale des rsultats.

a) Calculs des ratiosCes ratios sont calculs daprs la formule suivante : R= Val f Val i Val i (3.1)

Valf : Valeur aprs la compensation ; Vali : Valeur avant la compensation ; R : Ratio.

Tableau 3.5 : Calcul des ratios Rgions Ratio de la tension Ratio de la puissance active Bekoko Nkongsamba Bafoussam Bamenda 10.9% 31.98% 31.97% 31.99% 144.32% 73.64% 74.6% 74.61% Ratio de la puissance ractive -36.89% 74.62% 74.56% 73.46%

b) Analyse des rsultatsA la lumire des rsultats de simulations et du calcul des ratios effectu prcdemment, les analyses suivantes se dgagent : Amlioration du niveau de tension aux diffrents jeux de barre :

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Avant linsertion de lUPFC, les tensions efficaces mesures entre phase aux diffrents jeux de barres taient toutes infrieures au niveau minimal admissible (10% de la tension nominale). Aprs linsertion de lUPFC, nous notons une amlioration importante de la tension. Ainsi, les tensions mesures aux diffrents jeux de barre sont dsormais contenues lintrieur de la fourchette admissible pour les uns (Bekoko et Nkongsamba) et trs proche de la fourchette admissible pour les autres (Bafoussam et Bamenda). Ceci permettrait de pallier aux problmes rcurrents de baisse de tension auxquels font fasse les consommateurs aliments par le corridor Ouest, en maintenant les tensions reues par ces derniers dans des limites contractuelles. Par ailleurs les chutes de tension en lignes seraient rduites. Une augmentation de la puissance active transite : Avant linsertion de lUPFC, la puissance active transite tait insuffisante pour la satisfaction des besoins de diffrentes charges connectes au rseau. Ceci obligeant le gestionnaire du rseau procder des dlestages rcurrents afin de prserver lintgrit du rseau (dviter lcroulement du rseau). Avec linsertion de lUPFC, le transit de la puissance est accru et les charges sont

suffisamment approvisionnes. Par ailleurs, le surplus de puissance transite pourrait permettre denvisager une augmentation des charges du cot des consommateurs sans pour autant procder la construction de nouvelles lignes de transport. Ceci reprsente un gain important pour le gestionnaire du rseau lectrique. Une augmentation de la puissance ractive en aval de lUPFC : Laugmentation de la puissance ractive transite sur le rseau est un gain indniable pour les consommateurs (alimentation des charges inductives) mais ne lest pas forcment pour le gestionnaire du rseau lectrique : Elle peut tre avantageuse dans la mesure o elle permet laugmentation du niveau de tension au point de connexion de lUPFC avec la ligne (lutte contre les baisses de tension) ; Elle peut aussi tre nfaste dans la mesure o elle contribue laugmentation du courant transit sur la ligne (risque de dpasser lampacit de la ligne).

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3.6 ConclusionIl tait question pour nous dans ce chapitre de procder la validation des performances de lUPFC en terme damlioration du transit de puissance lectrique. Une prsentation succincte du rseau interconnect Sud Camerounais a t faite. Par la suite, le rseau sous investigation a t dlimit : il sagissait du corridor Ouest. Une brve prsentation du logiciel de simulation MATLAB / SIMULINK a t faite. Une tude comparative des rsultats des simulations avant et aprs insertion de lUPFC a t faite afin de mettre en exergue lapport de ce dernier sur lamlioration du transit de puissance.

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CONCLUSION GENERALE

Le travail prsent dans ce mmoire consist en la mise en vidence de lapport de lUPFC lamlioration du transit de puissance sur un rseau lectrique. Pour arriver cette fin, une prsentation de ltat de lart sur les compensateurs de rseaux lectriques a t faite. Ceci nous a permis de faire un inventaire des compensateurs aussi bien lectromcaniques que statiques. Les performances et les limites de chacune de ces familles de compensateurs ont t releves. Les avantages des compensateurs statiques vis--vis des compensateurs lectromcaniques ont t mis en vidence. Une comparaison des atouts de chacun de ces dispositifs nous a conduit choisir lUPFC comme tant le FACTS le plus appropri pour la compensation du rseau sous investigation. Une importance particulire a t accorde ltude dtaille de lUPFC. Cette tude a t mene sous deux axes : lanalyse fonctionnelle et ltude structuro fonctionnelle. Lanalyse fonctionnelle nous a permis dtudier linfluence de lUPFC sur le sens de transit des puissances actives et ractives entre les rgions interconnects et dvaluer les puissances transites. Ltude structuro- fonctionnelle quant elle nous a permis dtudier les changes nergtiques entre les diffrentes branches de lUPFC (SSSC et STATCOM) et le rseau lectrique. Une tude des diffrentes stratgies de commande de lUPFC a t galement faite. Sur ce point, nous avons essentiellement voqus les diffrentes stratgies existant dans la littrature. Ici, limportance na pas t accorde au dveloppement mathmatique mais lexplication de ces stratgies en vue de la commande de lUPFC. Toute ltude thorique tant mene autour de lUPFC ceci nous a permis denvisager des simulations afin de valider les performances thoriques mises en vidence. Nous avons utiliss le corridor Ouest du rseau interconnect Sud camerounais comme champ dinvestigation des simulations. Le choix de celui-ci a t guid par le fait que ce corridor est sujet de nombreuses pertes lies au transit de la puissance lectrique. Les simulations ont t menes sous la plateforme MATLAB/SIMULINK. Les rsultats issus des simulations du rseau compens et du rseau non compens ont t compars analyss

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et comments. Ces rsultats nous permettent de croire que nous avons atteint les objectifs de notre travail. Rendus la fin de ce travail nous pourrions envisager la gnralisation de cette tude sur dautres secteurs du rseau de transport Sud et Nord Camerounais ; et une ventuelle insertion de ce dispositif sur le rseau afin dy amliorer la transit de la puissance.

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70

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ANNEXES

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