Soutenance mémoire
Les réseaux de distribution actuels et les stratégies de protection
Les réseaux de distribution HTA en France
La constitution des réseaux électriques
Les réseaux électriques en France se composent des sous-réseaux de transport, de répartition et de distribution en fonction de leur niveau de tension et leur rôle dans le système d’énergie électrique. La classification des sous-réseaux est la suivante [Cal09]:
– Réseaux de transport et de l’interconnexion à très haute tension (HTB 2 et 3) : ce sont des réseaux de 400 kV et 225 kV, qui font la liaison entre les grands centres de production et les grandes zones de consommation. Ces réseaux de structure maillée assurent également l’interconnexion entre le système électrique de la France et ceux d’autres pays européens.
– Réseaux de répartition régionale : leurs niveaux de tension sont 90 kV et 63 kV (HTB1). Ce sont des réseaux bouclés qui font le lien entre les réseaux de transport et les réseaux de distribution ainsi que les gros consommateurs industriels.
– Réseaux de distribution publique relient des réseaux de niveau tension supérieure aux consommateurs. Ils se constituent des réseaux de moyenne tension (HTA : 20 kV, 15 kV) et de basse tension (BT : 400 V, 230 V). Leur structure est très variée selon le cas : arborescente, coupure d’artère, double dérivation,…
Une image de la hiérarchie des réseaux électriques, allant des réseaux de transport aux réseaux de distribution. Notons que ces derniers sont très étendus avec la longueur totale de 1 300 000 km, en comparant à 100 000 km de celle des réseaux de transport et de répartition [ERD13]. On peut constater que l’exploitation des réseaux électriques est centralisée : de grandes centrales (de type nucléaire en France), qui sont souvent dans les emplacements géographiques adéquats (proches des sources d’eau de refroidissement, satisfaction des impératifs techniques, etc.), assurent une grande partie de la production électrique. Par la suite, l’énergie électrique va être acheminée vers les consommateurs via des lignes ou des câbles. La distance de cet acheminement est souvent grande car les gros consommateurs sont en général éloignés des grandes centrales. Notons que l’énergie électrique ne peut être stockée à grande échelle. Alors il faut assurer l’équilibre entre la production et la consommation à tout instant. Cela se fait par la mise en place de réserves de puissance (primaire et secondaire) activables rapidement à partir de régulateurs installés sur les groupes, et de centres de conduite hiérarchisés qui surveillent et contrôlent les réseaux continuellement.
Les structures des réseaux HTA
Les réseaux de distribution à moyenne tension en France se portent le nom HTA (haute tension niveau A). Ils sont principalement exploités à 20 kV alors qu’il reste une portion (11% en fin 2004) des réseaux en 15 kV ou autres niveaux pour des raisons historiques [ERD08]. Ces réseaux s’interfacent avec les réseaux de répartition au travers des postes sources HTB/HTA. Leurs consommateurs sont des réseaux BT, qui se connectent via des postes de transformation HTA/BT (750000 postes gérés par ERDF) ou des sites industriels. Selon la densité de consommation, on peut diviser les réseaux HTA en zones rurales (faible densité de consommation) et zones urbaines (densité importante de consommation).
Alimentation en HTA des zones rurales [Car91] [Joy96]
– Les postes sources sont alimentés par des réseaux à 90 kV et 63 kV. Ils possèdent un à trois transformateurs de puissance inférieure ou égale à 36 MVA. Depuis les postes sources, plusieurs départs acheminent la puissance de l’électricité aux clients.
– Les départs ruraux HTA sont principalement de structure arborescente, mais bouclables pour permettre de réalimenter – grâce aux organes de manœuvre télécommandés (OMT) – des clients suite à coupure due à un incident . Ces départs peuvent être entièrement aériens ou bien mixtes. Les départs mixtes possèdent une artère principale souterraine et des dérivations aériennes. Ils sont choisis comme la cible du développement des départs ruraux à ce jour.
La gestion des réseaux HTA
En France, le principal gestionnaire des réseaux de distribution HTA et BT est ERDF (Electricité Réseau Distribution France) qui gère 95% du réseau. Le reste est géré par des ELD (Entreprises Locales de Distribution) créées dans les années 1920-1930 lors de l’électrification de la France et qui n’avaient pas été intégrées dans EDF en 1946. Au travers des dispositifs (automatiques, commandés à distance ou de manœuvre) installés sur ces réseaux, les centres de conduite d’ERDF (ACR : Agence de Conduite Régionale) font la surveillance des réseaux et vont intervenir dès qu’il y aura des incidents sur les réseaux. Ses responsabilités, conformément à la loi 2004-803, se composent de :
• La gestion, le développement et l’exploitation du réseau publique HTA et BT en toute sécurité et dans le respect de l’environnement ;
• Le raccordement et l’accès au réseau des producteurs et des consommateurs ;
• La qualité de fourniture ;
En ce qui concerne la dernière responsabilité, plusieurs facteurs de qualité sont à assurer comme la fréquence, l’amplitude, le déséquilibre, les harmoniques de la tension de fourniture.
De plus, afin d’assurer un fonctionnement en toute sécurité des réseaux HTA, ces derniers possèdent un système de protection contre des défauts. Lors d’un défaut, les protections vont détecter et éliminer rapidement le défaut, et puis les automatismes tentent de rétablir l’alimentation. Si le défaut persiste, entame une deuxième phase qui consiste à localiser le défaut et reconfigurer le réseau (changer le schéma d’exploitation à travers des interrupteurs télécommandés en réseau) pour isoler la partie en défaut et réalimenter la partie saine du départ en défaut par un autre départ. Enfin, dans la troisième phase, le chargé de conduite va faire des réparations nécessaires pour rendre la partie en défaut en bon état dans les meilleurs délais.
|
Table des matières
Chapitre 1. Introduction
1.1 Les réseaux de distribution actuels et les stratégies de protection
1.1.1 Les réseaux de distribution HTA en France
1.1.2 Les défauts sur les réseaux de distribution HTA
1.1.3 Le plan de protection des réseaux HTA
1.2 Impact des GED aux réseaux de distribution HTA
1.2.1 Les différents types et technologies de GED
1.2.2 Impact des GED aux réseaux HTA
1.2.3 Le raccordement des GED aux réseaux de distribution HTA
1.3 Réseaux HTA du futur – smart grids
1.4 Objectifs de la thèse et son organisation
1.4.1 Objectifs
1.4.2 Organisation de la thèse
Chapitre 2. Etudes bibliographiques sur l’impact des GED aux plans de protection HTA
2.1 La contribution des GED aux courants de défaut
2.1.1 Calcul de la contribution des GED aux courants de défaut selon la norme CEI – 60909
2.1.2 Calcul de la contribution des GED aux courants de défaut dans la littérature
2.2 Impact des GED aux plans de protection HTA
2.2.1 Impact sur la puissance de court-circuit et l’intensité du courant de court-circuit
2.2.2 Déclenchement intempestif
2.2.3 Aveuglement des protections
2.2.4 Ilotage involontaire des GED
2.2.5 Impact sur le fonctionnement des réenclencheurs
2.2.6 Impact sur la coordination des protections en cascade
2.3 Solutions proposées pour limiter les impacts des GED
2.3.1 Des solutions pour un taux moyen d’intégration des GED
2.3.2 Des solutions pour un taux élevé d’intégration des GED
Chapitre 3. Modélisation des moyens de production dispersés
3.1 Les GED connectés au réseau au travers des générateurs synchrones (MS)
3.1.1 La machine
3.1.2 Système d’excitation
3.1.3 Turbine
3.2 Les générateurs avec l’interface de convertisseur – GIC
3.2.1 Le système GIC
3.2.2 Modèle simplifié de la source DC
3.2.3 Le convertisseur DC-AC et sa commande
3.2.4 Les boucles internes de courant
3.2.5 Les boucles externes de la tension VDC et la puissance Q
Chapitre 4. Cas d’étude : Un réseau public de distribution avec protection en réseau
4.1 Descriptif du réseau d’étude
4.2 La variation des paramètres
4.2.1 Construction des classifieurs
4.2.2 Test des classifieurs
4.3 La coordination entre protections
Chapitre 5. Algorithmes directionnels sans mesure de tension
5.1 Méthode des composantes symétriques
5.1.1 Transformation de Fortescue
5.1.2 Analyse des défauts par la méthode des composantes symétriques
5.1.3 Application de la méthode des composantes symétriques pour calculer les courants de défaut
5.2 Méthode de classification SVM
5.2.1 Rappel de la théorie
5.2.2 Mise au point des hyperparamètres SVM
5.2.3 Classifieurs SVM pour l’estimation de la direction du défaut
Chapitre 6. Résultats de simulation et analyse
Chapitre 7. Conclusion
