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DÉGLAÇAGE DE LIGNES DE TRANSMISSION ÉLECTRIQUE AU MOYEN
D'UN DÉGLACEUR DE LIGNES SOUS CHARGE
La présente invention porte sur (implantation d'un déglaceur de lignes sous
charge (DLSC)
à un poste cible d'un réseau de transport alternatif. Tel que présenté,
(appareil permet de
procéder, par exemple, au déglaçage préventif et correctif des conducteurs de
lignes de
transport à 230 et 315 kV.
Le DLSC impose une circulation de courant dans les circuits de lignes bouclées
entre elles
pour chauffer les conducteurs par effet Joule. Il peut être réalisé à (aide de
technologies
classiques et éprouvées telles que transformateur-déphaseur (TD), condensateur
et
disjoncteur. Sa mise en service et son exploitation peuvent se faire en ne
manoeuvrant que
des disjoncteurs (aucun sectionneur), ce qui le rend insensible au verglas. On
peut donc,
par télécommande, raccorder successivement toutes les lignes d'une région
cible au DLSC
sans aucune interruption de charge. Les conducteurs des lignes les plus
stratégiques
peuvent être chauffées avant et pendant une tempête verglas pour prévenir la
formation de
glace.
La justification économique du DLSC à certains postes peut ne reposer que sur
son
utilisation comme déglaceur. Il faut toutefois souligner qu'il est possible
que dans d'autres
régions, sa capacité de commander les écoulements de puissance ou d'autres
paramètres du
réseau puisse être mise à profit tout au long de (année.
Le terme DLSC est utilisé pour faire référence à la fonction de (appareil
plutôt qu'aux
technologies employées pour le réaliser. Tout dépendant des lignes que l'on
déglace, on
montre que le DLSC d'un poste peut êh~e constitué d'un TD seulement ou d'un TD
en
parallèle avec un condensateur. On dit que le TD est assisté lorsque utilisé
conjointement
avec un condensateur. Un TDA (transformateur-déphaseur assisté) se comporte
comme un
TD du point de vue du transit de la puissance active.
Outre le TD et le TDA, d'autres appareils peuvent être envisagés pour injecter
une tension
alternative en série avec des lignes à déglacer. Par exemple, un appareil de
type FACTS
(Flexible AC Transmission System) comme le SCCC (Static Synchronous Series
Compensator) pourraient être considéré là où un réglage rapide des transits de
puissance
serait jugé utile. De plus, mentionnons que l'on peut étendre la technique de
déglaçage par
circulation de courant à d'autres niveaux de tension que ceux rencontrés dans
le cadre de
notre étude.
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1 Déglaçage par circulation de courant
1.1 Principe de fonctionnement
Le principe de fonctionnement du déglaçage par circulation de courant est
illustré au
moyen des trois exemples de la Fig. 1. On y montre (effet d'un TD dans un
réseau
élémentaire constitué de deux lignes parallèles reliant une barre de
génération à une barre
d'équilibre. Pour fin de simplification, le TD est supposé ici idéal (sans
impédance de fuite)
et les lignes sont sans perte.
Dans le premier cas, le TD impose à ses bornes un décalage angulaire nul de
sorte que la
puissance de la source est transportée en parts égales par les deux lignes
vers la barre
d'équilibre.
Dans le second exemple, le décalage angulaire du TD est choisi de manière à
réduire le
courant de la ligne où il se trouve à zéro. On remarque en effet que le
décalage angulaire
du TD est égal à (angle qui apparaît aux bornes des deux lignes; il n'y a donc
plus d'écart
angulaire aux bornes de la ligne en série avec le TD ce qui force le courant
de celle-ci à
zéro. Cet effet peut également être interprété comme étant dû à la circulation
d'un courant
de -0,5 pu qui annule le courant de 0,5 pu dans la Ligne où se trouve le TD et
augmente le
courant dans (autre ligne à un peu plus de 1,0 pu.
On obtient donc une concentration de tout le courant de la charge dans une
seule des deux
lignes. Du point de vue de (écoulement de la puissance active, cette situation
est
équivalente au retrait de la ligne où se trouve le TD. Du point de vue de la
fiabilité
d'exploitation, la concentration du courant de charge au moyen du TD est
cependant
meilleure puisque les deux lignes demeurent en service.
En troisième lieu, on montre finalement un exemple où on a choisi de forcer
dans la ligne
en série av~ le TD un courant de 1,02 qui va de la barre infinie vers la barre
de génération.
On remarquera que ce courant est égal en amplitude mais de signe inversé au
courant
obtenu dans le second cas. Par rapport au cas initial, la ligne que ton
cherche à déglacer
porte maintenant un courant quatre fois plus grand. C'est la circulation de ce
courant élevé
qui permet de chauffer et déglacer les conducteurs par effet Joule.
Ce dernier cas permet de souligner une particularité du déglaçage par
circulation de
courant. En modifiant les angles du réseau, le TD agit directement sur les
écoulements de
puissance active. Le courant de circulation que ton associe à (effet du TD est
donc un
courant principalement actif plutôt que réactif. Dans le dernier cas, on
notera effectivement
que le courant de 1,02 pu qui circule dans la ligne en série avec Ie TD est un
courant actif
au même titre que le courant de 1,02 pu obtenu dans le second cas.
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1.2 Transformateur-déphaseur
Les TD sont utilisés pour modifier les écoulements de puissance des lignes
subissant des
écarts angulaires anormaux à leurs bornes. Suivant les applications, ils sont
utilisés en série
avec les lignes de transport pour augmenter ("boost") ou réduire ("buck") la
puissance
transitée. On compte actuellement une centaine de TD en Amérique du Nord.
Il existe plusieurs topologies de TD tout dépendant du niveau de tension o~
l'on se trouve
et des conditions d'exploitation envisagées à leurs bornes [1-3]. Un TD de
type Mersereau
est probablement le mieux approprié pour une installation à 315 kV comme celle
envisagée
ici. Un exemple de réalisation de la connexion Mersereau est illustré à la
Fig. 2. Ce type de
TD est constitué de deux noyaux (transformateurs) qui peuvent être
physiquement logés
dans la même cuve ou non. Le TD de type Mersereau peut être conçu pour agir
indépendamment sur le décalage angulaire et sur (amplitude des tensions à ses
bornes.
Dans le cas montré ici, le TD ne permet de modifier que (écart angulaire.
Le principe de fonctionnement de ce TD est simple. Le transformateur shunt
(d'excitation)
est alimenté par un système de tensions triphasées prélevées au point milieu
du
transformateur série. Au secondaire du transformateur shunt on dispose d'un
changeur de
prise qui permet de varier Ia valeur des tensions que (on applique au
transformateur série.
On remarquera que la tension au secondaire de la phase A du transformateur
shunt n'est
pas appliquée directement à la phase A du transformateur série. En effet, la
phase A du
transformateur série est plutôt alimentée par la différence des tensions
apparaissant entre
les phases C et B du transformateur shunt. Tel que montré sur le schéma de
phaseurs, cette
différence de tension V ~ - V b est en quadrature avec la tension Y au point
milieu du
transformateur série. En agissant sur le changeur de prise, on peut donc
varier (amplitude
de la tension injectée et, du même coup, le décalage angulaire entre les
tensions Y et V .
On remarquera â la Fig. 2 que le transformateur shunt dispose d'un enroulement
additionnel en série avec l'enroulement du changeur de prise. Cet enroulement
permet de
créer un décalage angulaire fixe qui s'ajoute ou se retranche à celui produit
par
(enroulement du changeur de prise. On ajoute dans les TD ce type d'enroulement
lorsque
(on veut atteindre des décalages angulaires relativement importants comme
c'est le cas
pour le déglaçage des lignes. Pour fin de simplification, on a omis
d'illustrer le schéma de
détail du changeur de prise de même que des interrupteurs requis pour
(insertion et
(inversion de (enroulement du changeur de prise et de (enroulement
additionnel.
La Fig. 3 présente en a) un schéma équivalent simplifié du TD valide pour la
séquence
directe. Tel qu'illustré, (enroulement additionnel du transformateur shunt a
été mis hors
service. Pour fin de simplification, on a de plus représenté le transformateur
série comme
s'il était constitué de deux noyaux, plutôt qu'un seul. Suivant ces
simplifications, on obtient
les schémas équivalents b) et c) requis pour les études de répartition de
puissance et de
court-circuit. On remarquera ici que (impédance de fuite du TD varie avec la
position du
changeur de prise. Les împëdances Z e et Z h~ peuvent être calculées pour
reproduire le
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comportement du TD. Dans les bases de données des programmes de répartition de
puissance, une table peut être spécifiée pour tenir compte de cette variation.
La Fig. 4 permet de clarifier la convention de signe employée ici pour (angle
interne yr du
TD. Elle est conforme avec la convention de signe employée dans le progrunme
PSS/E.
1.3 Transformateur-déphaseur assisté
La technologie des régulateurs de puissance interphase (RPI) a donné naissance
à trois
appareils commercialisés par ABB: le lien découplant (LD), le transformateur
limiteur de
courant de défaut (TLCD) et le transformateur-déphaseur assisté (TDA) [4]. Un
TDA est
en service à un poste au poste Plattsburgh depuis juin 1998 [5].
Le TDA constitue un RPI réduit à sa plus simple expression. Tel que montré à
la Fig. S, il
peut prendre deux formes suivant que le TDA est utilisé pour augmenter
("boost") ou
réduire ("buck") la puissance transitée dans la ligne en série avec laquelle
il se trouve. Pour
(accroissement du transit, on installe simplement un condensateur aux bornes
d'un TD
tandis qu'on utilise plutôt une inductance pour réduire le transit. Les axes
de ce graphique
correspondent à la puissance transitée par le TDA et à (angle présent à ses
bornes. Dans le
cas présent, le TD est supposé idéal et (angle 8 est égal à son angle interne
~,r. Dans le cas
d'un TD réel, 8 et yr ne sont égaux (un à (autre que lorsque le courant est
nul dans le TD.
Ce système d'axes est appelé plan puissance-angle du régulateur de puissance.
Le TDA du poste Plattsburgh a été réalisé en ajoutant une inductance en
parallèle avec un
TDA existant. Pour le cas du déglaçage par circulation de courant, on aura
plutôt recourt à
(installation d'un condensateur en parallèle avec un TD. Le schéma unifilaire
du TDA au
poste cible est montré à Ia Fig. 6.
Soulignons que pour les deux types de TDA, le comportement du TD est
relativement peu
affecté par Ia mise en parallèle de (élément réactif parce que (impédance de
cet élément
est beaucoup plus grande que celle de (impédance de fuite du TD, d'où le terme
transformateur-déphaseur assisté. L'élément réactif sert en fait à augmenter
le niveau de
transit dans la ligne à un niveau plus élevé que ne le permet le TD uülisé
seul.
La Fig. 7 illustre schématiquement de quelle manière le condensateur vient
assister le TD
dans son travail de régulateur de puissance. Dans un premier temps, on montre
qu'aprés
ajustement du changeur de prise du TD, le niveau de transit dans la ligne a pu
être
augmenté à un certain niveau. Tel que mentionné précédemment, une tension doit
être
injectée par le TD pour produire le décalage angulaire à ses bornes. Dans le
cas de
(accroissement de la puissance, la tension injectée est telle que si on
raccorde un
condensateur en parallèle avec le TD une partie du courant de la ligne se
trouve à être
détournée par le condensateur. Les études de répartition de puissance montrent
qu'alors le
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transit dans la ligne varie peu tandis qu'il baisse beaucoup dans le TD ce qui
lui permet de
chauffer moins.
Il devient alors possible de réajuster le changeur de prise du TD pour
augmenter à nouveau
son courant à sa valeur nominale. Ce faisant, le courant augmente aussi dans
le
condensateur ce qui concourt à augmenter la puissance transitée par la ligne.
On obtient une situation tout à fait similaire dans le cas où (on raccorde une
inductance en
parallèle avec un TD. Ainsi, avec un TD d'une puissance nominale donnée, la
conversion
en TDA permet d'augmenter le transit dans la ligne au-delà de la limite
thermique du TD.
Dans une application qui requiert un TD ayant une large plage angulaire, comme
c'est le
cas pour le déglaçage de lignes longues, il est donc possible de spécifier un
TD beaucoup
plus petit s'il est assisté par un élément réactif que s'il est utilisé seul.
Les figures
présentées à la section suivante illustrent ceci.
Soulignons que le TDA avec condensateur présente une particularité de première
importance pour le déglaçage. Plus la tension injectée augmente, plus la
puissance réactive
du condensateur soumis à cette tension augmente. La production de puissance
réactive par
le condensateur se trouve donc à augmenter dans le même sens que les besoins
en
puissance réactive du réseau. En condition de déglaçage, les puissances
transitées par les
lignes dépassent très largement leur niveau habituel ce qui conduit
normalement à des
effondrements de tension dans le réseau. Le TDA, par sa production de
puissance réactive,
permet d'éviter ces effondrements de tension et le réseau peut maintenir des
tensions
adéquates pour (alimentation des charges durant le déglaçage.
2 Concepüon et exploitation du DLSC
Si on devait déglacer les lignes en n'utilisant que la technologie des TD, la
question du
dimensionnement de ce dernier serait relativement simple. Il faudrait alors
effectuer un
ensemble de calcul de répartition de puissance de manière à identifier les
conditions
d'exploitation les plus stressantes. Dans le cas du TDA, toutefois, la
question du
dimensionnement devient plus complexe puisque (on dispose d'un degré de
liberté
additionnel; le choix de (impédance du condensateur.
On peut relever quatre facteurs qui interviennent dans le choix de cette
impédance:
~ le cof~t du TDA (lorsque la puissance nominale du condensateur augmente
celle
du TD diminue et vice versa);
~ (impédance de la boucle de déglaçage;
~ la fréquence du mode de résonance introduit par le condensateur du TDA;
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~ le support de tension au réseau en situation de déglaçage.
Outre le dimensionnement, nous apportons aussi dans les sections qui suivent
quelques
points d'information quant à (exploitation du DLSC.
2.1 Méthode P-88,
La méthode d'analyse des régulateurs de puissance (TD , TDA, UPFC ou autres)
dans le
plan Puissance (P) - Angle (8s,) a été mise au point au CITEQ [4-7]. Elle
permet
d'exprimer très simplement (interaction d'un régulateur de puissance avec le
réseau où il se
trouve. Nous (utilisons ici pour illustrer graphiquement le fonctionnement du
DLSC. Les
quelques Lignes qui suivent résument les principaux aspects de cette méthode.
Telle que montrée à la Fig. 8, la méthode P - Ssr permet de considérer Ie
réseau dans son
ensemble, quelle que soit sa complexité. L'analyse du cornporternent combiné
du réseau
avec son régulateur de puissance, ici un TD, est faite en observant la
puissance transitée F
par le régulateur en fonction de (écart angulaire 8sr à ses bornes. Ces deux
grandeurs sont
utilisées pour définir le plan P - 8s, .
On peut définir dans le plan P - 8~,. deux types de caractéristiques
relativement linéaires et
bien découplées l'une de f autre:
~ la caractéristique du réseau dépend relativement peu du type de régulateur
de
puissance (elle est principalement fonction des impédances du réseau et de son
mode d'exploitation);
~ la caractéristique du régulateur dépend relativement peu du réseau (elle est
principalement fonction des paramètres du régulateur).
Le point d'intersection de ces deux caractéristiques donne le point de
fonctionnement de
(ensemble réseau-régulateur de puissance. Pour un réseau donné, on peut donc
illustrer très
simplement les effets que l'on obtiendra sur le dimensionnement du rêgulateur
si on
modifie (un ou (autre des paramètres du réseau ou du régulateur.
Un exemple de modification de paramètre du TD est justement présenté à la Fig.
9. On
montre ici de quelle manière Ia caractéristique du TD est modifiée par la mise
en parallèle
d'un condensateur pour constituer un TDA. Puisque le condensateur est en
parallèle, la
puissance qu'il transporte peut être directement additionnée à celle du TD
pour obtenir la
caractéristique du TDA tracée en trait gras. On a illustré cette addition des
caractéristiques
pour deux angles internes y~ différents. En prévision de ce qui suit,
mentionnons que plus
(impédance du condensateur est petite, plus sa caractéristique aura une pente
négative.
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2,2 Mise en service du DLSC
La mise en service du DLSC peut être faite suivant fane des deux méthodes
illustrées à la
Fig. 10. Encore ici, on prend comme exemple le TD.
Suivant la premiére méthode, juste avant la mise en service du TD, le réseau
est configuré
de manière à créer une concentration du courant de charge sur une des lignes à
déglacer.
Cette concentration de charge est faite uniquement en manoeuvrant les
disjoncteurs du
réseau. Par Ia suite, (angle interne yl du TD est pré-ajusté à la même valeur
que (angle Ssr
mesuré à ses bornes. De cette manière, à la fermeture du disjoncteur du TD,
(impact du TD
sur les transits du réseau est minimal; la valeur de PTD reste faible, voisine
de zéro.
Dans le cas où la ligne laissée momentanément en antenne est longue, cette
méthode
présente (inconvénient de produire une surtension sur cette dernière en raison
de l'effet
Ferranti. Cette difficulté est contournée avec la seconde méthode. Alors que
les deux
barres du TD sont court-circuitées par les disjoncteurs du réseau, on ajuste
l'angle interne yr
à zéro degré puis on met le TD en service. L'angle 8s, aux bornes du TD est
alors nul. Par
la suite, on configure le réseau en prévision de concentrer le courant de
charge comme
précédemment. Finalement, on ouvre le disjoncteur qui court-circuite le TD. De
cette
manière, les lignes à déglacer ne se retrouvent jamais en antenne. Par contre,
tout
dépendant des conditions d'exploitation, le réajustement des transits au
moment de
(insertion du TD peut être plus important qu'avec la première méthode.
La Fig. 11 montre la différence entre ces deux méthodes dans le plan P - 8Sr .
Les points de
fonctionnement illustrés correspondent à (état du réseau et du DLSC en mode
TDA après
sa mise en service. Bien que ce schéma soit qualitatif, il représente un
calque assez fidèle
des résultats obtenus lors de simulations de la mise en service du DLSC pour
un déglaçage
de lignes à 315 kV.
Une fois le DLSC en service, il ne reste plus qu'à varier le changeur de prise
du TD pour
varier Ia tension injectée et, par conséquent, (angle interne yr. Dans le plan
P - 8sr cette
variation de (angle interne se traduit par le glissement latéral de la
caractéristique du
DLSC (TD ou TDA). Ce faisant, le point d'intersection de la caractéristique du
DLSC et de
la caractéristique du réseau glissera le long de la caractéristique de réseau.
C'est en faisant
glisser la caractéristique du régulateur vers la droite que (on passe des
conditions de
fonctionnement montrées à la Fig. 11 à celles de la Fig. 12 en condition de
déglaçage.
Fait important à souligner, le DLSC étant raccordé à un jeu de barres, il est
possible de
l'utiliser pour déglacer les lignes situées à proximité du poste de même que
certaines lignes
situées loin du poste. On a alors recourt à des manoeuvres de disjoncteurs
pour raccorder
aux bornes du DLSC les divers circuits de lignes en forme de boucle. Dans
certains cas,
des manoeuvres de disjoncteurs sont donc également requises dans des postes
éloignés pour
déglacer des lignes qui ne sont pas directement raccordées au poste où se
trouve le DLSC.
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2.3 Puissances nominales du condensateur et du TD
Ä (aide du plan P - BS,. , on peut maintenant présenter le compromis que nous
avons fait en
dimensionnant le condensateur et le TD du TDA. La Fig. 12 donne les conditions
de
déglaçage des lignes à 315 kV raccordées au poste cible. Sur chacun de ces
graphiques, on
retrouve les caractéristiques du réseau du condensateur et du TDA. Les flèches
montrent
qualitativement les niveaux des puissances actives portées par le
condensateur, le TD et le
TDA. Tel que mentionné plus haut, la somme de la puissance du condensateur et
du TD
donne celle du TDA. Tout comme à la Fig. 11, ce schéma représente assez
fidèlement les
résultats obtenus par simulation.
En comparant le déglaçage des lignes 3082 et 3083 avec celui des lignes 3089
et 3090, on
remarque que, dans le premier cas, la puissance transitée par le condensateur
est à peu près
égale à celle du TD. Dans le second cas, cependant, la puissance portée par le
condensateur
est près du double de celle du TD. De toutes les conditions de déglaçage
étudiées, c'est
dans le premier cas que la puissance transitée par le TD est la plus grande
tandis que c'est
dans le second cas que la puissance transitée par le condensateur est la plus
grande.
Il est important de souligner au passage à quel point le TDA est bien adapté
au déglaçage
des lignes de transport. En effet, les deux cas de la Fig. 12 montrent que la
puissance
nominale du TD requise pour commander le courant de déglaçage est de (ordre de
la
moitié de la puissance nominale d'un TD équivalent pouvant produire seul, sans
le
condensateur, le même courant de déglaçage.
Afin de réduire le coût du TD, il est possible de réduire la valeur de
(impédance du
condensateur de manière à ce que le transit de ce dernier soit le plus élevé
possible et,
qu'inversement, le transit du TD soit le plus faible possible. Ce faisant, on
force à la hausse
la taille et le coût du condensateur. La question ici est donc de savoir
quelle est
(impédance de condensateur qui permet d'obtenir globalement un TDA dont le
coût est
minimal et ce, en tenant compte de toutes les conditions de déglaçage
désirées.
Idéalement, une certaine collaboration doit être mise en place entre le
manufacturier du
TDA et le planificateur du réseau pour dimensionner un TDA au meilleur coût.
2.4 Déglaçage en mode TD vs TDA
On peut montrer que la pente de la caractéristique du réseau dépend de la
somme des
impédances des éléments de la boucle de déglaçage; la pente est inversement
proportionnelle à cette somme.
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Dans le cas du réseau d'une région où (on cherche à déglacer aussi bien des
lignes à 230
kV qu'à 315 kV, ceci implique que la pente de la caractéristique du réseau va
varier
considérablement tout dépendant des lignes à déglacer. La pente de la
caractéristique du
réseau sera la plus forte dans Ie cas où on déglace les lignes à 315 kV. Elle
baissera
considérablement dans te cas des lignes à 230 kV. On peut apprécier la
variation de la
pente de la caractéristique réseau en comparant la Fig. 12 et la Fig. 13
tracées toutes les
deux à la même échelle. La baisse marquée de la caractéristique du réseau à
230 kV
s'explique par la construction mëcanique des lignes (structure et longueur) et
aussi par la
présence au poste de deux transformateurs 315/230 kV en série dans la boucle.
Cette baisse de la pente de la caractéristique du réseau a un impact sur le
choix du mode de
déglaçage. Les études que nous avons faites nous ont amené à n'utiliser le
mode TDA que
pour les lignes à 315 kV et le mode TD que pour les lignes à 230 kV.
On a procédé à la conception du DLSC en considérant en premier lieu les lignes
à 3I5 kV
parce que celles-ci exigent des niveaux de courants nettement plus élevés qu'à
230 kV. Le
choix de (impédance du condensateur a été fait pour ces lignes tel que décrit
plus haut. Par
la suite, lorsqu'on a procédé aux études de déglaçage des lignes à 230 kV, on
a réalisé que
le TD requis à 315 kV présente une puissance nominale suffisante pour être
exploité seul
lors du déglaçage des lignes à 230 kV.
Cette situation a grandement facilité la conception du DLSC en limitant de
beaucoup le
nombre de cas à considérer pour le choix du condensateur.
En fait, à la Fig. 13, les deux exemples de déglaçage des lignes 2387 et 2388
montrent que,
pour exploiter le DLSC en mode TDA à 230 kV, il aurait probablement fallu
varier
(impédance du condensateur suivant le niveau de tension des lignes à déglacer.
Dans le
premier cas, le DLSC se résume à son TD et le déglaçage des lignes est
possible avec une
puissance P~ relativement faible. Dans le second cas, le DLSC est en mode TDA
avec le
même condensateur que celui retenu pour le déglaçage à 315 kV. On peut voir
que le TDA
produit dans le réseau un transit identique au cas précédent (PTD - PTDA)~
Cependant, le TD
est maintenant le siège d'un transit beaucoup plus élevé que dans le premier
cas. Il y a donc
un courant de circulation important entre le TD et le condensateur. De fait,
une fraction
seulement du courant du condensateur quitte le TDA, la majeure partie du
courant boucle
dans le TDA en passant par le TD.
En ne réservant le condensateur que pour le déglaçage des lignes à 315 kV, on
évite de
compliquer inutilement (exploitation et Ia conception du DLSC. Ailleurs qu'au
poste
considéré ci-dessus, on pourrait être amené à utiliser deux ou plusieurs
condensateurs
d'impédances différentes pour faciliter l'adaptation du TDA aux impédances des
diverses
boucles à déglacer. On pourrait alors avoir recourt à des sectionneurs pour
choisir
différents condensateurs ou différentes combinaisons de condensateurs.
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Z.5 Résonance super synchrone
Le condensateur du TDA n'introduit pas de mode sous synchrone comme la
compensation
série classique parce que son impédance est trop élevée pour cela.
Typiquement, ce mode
de résonance est super synchrone.
Le condensateur du TDA présente une réactance de 159 SZ. Il introduit un mode
de
résonance dont la fréquence sera différente suivant que le TDA est sur le
point d'être mis
en service ou qu'il est en service.
Lorsque le TDA est sur le point d'être mis en service, en procédant suivant la
première
méthode décrite plus haut (PTna = 0), le condensateur est en parallèle avec
(impédance de
fuite du TD uniquement. En supposant que la valeur maximale de cette impédance
de fuite
varie entre 5 et 10% sur la base du TD (de ~ min à W max), on a obtenu une
impédance
pouvant varier entre 11,51 à 23,02 (Z lorsque (angle interne est nul ou
maximum. Dans ces
conditions, la fréquence de résonance varie entre 223 et 158 Hz
respectivement.
Mentionnons que même avec une impédance de fuite variant entre 10 et 20%, la
fréquence
de résonance ne baisserait pas en bas de 111 Hz.
Il faut veiller à maintenir cette fréquence de résonance suffisamment élevée
si on désire
mettre le TDA en service suivant la première méthode. Avec les parambtres que
nous
avons employés, les calculs de répartition de puissance montrent que (angle
interne W du
TD peut être varié entre ~30° sans que le courant qui circule alors
entre le TD et son
condensateur ne dépasse le courant nominal du TD. Ceci convient bien aux
conditions
d'exploitation étudiées ici. Juste avant la mise en service du TDA pour le
déglaçage des
lignes 3082 et 3083, (angle interne yr est ajusté à 7,6° ce qui est
très en dessous de la limite
de 30°.
Le fait que (on puisse raccorder le condensateur en parallèle avec le TD alors
que (angle
interne atteint t30° indique que la fréquence de résonance du TDA est
suffisamment
élevée pour éviter (apparition de surtension à 60 Hz. Ä 15 et 30°, on a
relevé des tensions
phase-terre aux bornes du condensateur inférieures à 1,07 et 1,15 pu
respectivement. Ce
TDA n'a donc pas besoin de protection particulière à ce niveau.
Lorsque le TDA est en service, la présence des inductances des lignes de
transport
concourt à élever la fréquence de résonance du mode introduit par le
condensateur, ce qui
améliore encore un peu plus la situation.
Mentionnons finalement que d'autres conditions d'exploitation peuvent avoir un
impact
sur le choix du condensateur. Ä titre d'exemple, si le TDA déglace une ligne
alors que son
angle interne est près de sa valeur maximale et que la boucle vient à s'ouvrir
pour une
raison ou une autre, des surtensions importantes peuvent apparaître aux bornes
du TDA et
ailleurs dans le réseau tout dépendant de la topologie de ce dernier. S'il y a
lieu, le choix
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du condensateur pourra être revu ou des éléments de protection tels que des
parafoudres
pourront être envisagés pour assurer l'intégrité du réseau.
3 Description du DLSC au poste cible
Le DLSC au poste cible est principalement composé de quatre parties:
~ un transformateur-déphaseur;
~ un banc de condensateur;
~ deux disjoncteurs;
~ deux sectionneurs motorisés.
Les caractéristiques électriques de cette section sont spécifiques au poste
cible et sont
données à titre indicatif.
Transformateur-déphaseur
Le Tableau 1 donne les puissances Sr en fonction des angles internes et
externes du TD.
Dans le cadre de la présente étude, on a utilisé une impédance série de 10%
évaluée sur la
base de la puissance nominale du TD. Celle-ci avait été initialement évaluée à
430 MVA.
Tableau 1 Caractéristique puissance-angle du TD
Angle interneAngle externePuissance Puissance
w sr S, Sr
(degrs) (degrs) du TD du TDA
(MVA) (MVA)
TD seul 60 60,9 142 n. a.
~~
50 48,8 153
-32 -30,5 186
60 57,0 251
30 27,5 272
TD en mode53 49,8 266 812
~'s~ 43 37,9 443 842
La puissance maximale du TD est de 443 MVA lorsque (angle interne vaut
43°. La
puissance du TD n'atteint cependant que 251 MVA lorsque (angle interne vaut
60°.
L'angle interne peut varier de --60° à 60° suivant les
conditions de déglaçage.
Ä la lumière de ces résultats on a spécifié comme suit les principales
caractéristiques du
TD:
~ 450 MVA à une température ambiante de 0 °C et un angle interne de
45°;
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~ 250 MVA à une température ambiante de 0 °C et un angle interne de
60°;
tension phase-phase nominale de 315 kV;
impédance série approximative de 10% à la prise maximale;
~ 3 plages angulaires: -60° à 0°, -30° à 30° et
0° à 60°;
~ le changeur de prise sous charge doit permettre de couvrir chacune des
plages
sans interruption;
~ 4 degrés maximum par prise;
~ 4000 MVA de puissance de court-circuit au poste cible.
Au-delà de 45 degrés, il n'est pas nécessaire que la capacité du TD soit
maintenue à sa
valeur maximale de 450 MVA. On s'attend à ce que cette particularité ci soit
prise en
compte afin de réduire le coût du TD.
Pour réduire le coût du TD, (impédance série à la prise maximale peut être
différente de
10%. Si la valeur de cette impédance doit être augmentée, la plage de
variation de (angle
interne devrait être modifiée de manière à ce que les angles externes de
60,9° et 37,9°,
relevés au Tableau 1, soient approximativement maintenus lorsque les
puissances font
respectivement 142 et 443 MVA. Dans le premier cas, ceci nous assure qu'à la
prise
maximale le TD (utilisé seul) permet d'imposer le courant de déglaçage requis.
Dans le
second cas, ceci nous assure que la tension aux bornes du condensateur du DLSC
respectera la valeur maximale que nous avons retenue (voir plus bas).
Le TD peut être conçu avec un ou deux noyaux suivant (option la plus
économique.
La puissance nominale du TD est spécifiée â une température ambiante de 0
°C parce qu'il
n'est pas prévu que cet appareil soit utilisé en dehors des périodes de
verglas. En temps
normal, (appareil est sous tension, raccordé au réseau par un seul de ses deux
côtés. Il ne
sera complétement mis en service que quelques jours par an. Les pertes fer
devraient donc
être minimisées alors que les pertes cuivre ne sont pas importantes. Le mode
de
refroidissement du TD (ONAN, ONAF ou OFAF) devrait être choisi de manière à
minimiser le coût de l'appareil.
Ä titre indicatif, on estime actuellement que le cycle de charge le plus
sévère pourrait
ressembler à ceci:
~ niveau de charge initial de 0 MVA;
~ 24 heures à demi-puissance lorsque mis en réseau en prévision d'une tempête
de
verglas;
~ 10 heures à 450 MVA durant la phase initiale de la tempête;
~ variations cycliques de la charge entre 270 et 450 MVA à toutes les 2,5
heures
tant que dure la tempête.
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Durant une tempête de verglas, le changeur de prise peut être amené à
fonctionner sur toute
sa plage (prise minimum à prise maximum) deux à quatre fois par période de 2,5
heures.
Le restant de (année, il demeurera normalement à la prise offrant un déphasage
interne nul.
Le nombre de degrés par prise doit être choisi afin de réduire le coût du TD
sans toutefois
dépasser quatre degrés par prise.
Le TD doit être muni des équipements de mesure et de protection appropriés.
Condensateur du DLSC
Les principales caractéristiques du condensateur du DLSC sont les suivantes:
~ 465 Mvar au total (3 x 155 Mvar) à une température ambiante de 0 °C;
~ tension nominale de 157 kV;
~ réactance de 159 S2;
~ isolation phase-terre nominale des deux bornes des condensateurs de 182 kV.
Les condensateurs du DLSC ne sont mis en service que pour des déphasages
internes ne
dépassant pas 53 °. En tenant compte de l'impédance série du TD, on a
relevé une tension
maximale d'exploitation de 157 kV.
La réactance et la tension des condensateurs du DLSC sont beaucoup plus
élevées que ce
que (on retrouve habituellement pour la compensation série. Suivant la norme
IEEE STD.
18-1992, les condensateurs spécifiés ici sont en mesure de porter la tension
phase-terre
nominale de 182 kV pendant près de 30 minutes. Lors d'un défaut phase-terre
dans le
réseau, le système de protection aura donc tout le temps voulu, et même plus,
pour éliminer
le défaut sans stresser les condensateurs. Des éclateurs commandés ne sont
donc pas requis
au poste cible pour protéger les condensateurs. De plus, les parafoudres ne
devraient être
dimensionnés que pour protéger les condensateurs des chocs de foudre.
Le condensateur doit être muni des équipements de mesure et de protection
appropriés.
Disjoncteurs
Ils doivent tenir 330 kV, 2000 A et présenter un pouvoir de coupure de 31,5 kA
symétrique.
Sectionneurs motorisés
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Ils doivent tenir 315 kV et 2000 A.
4 Description des condensateurs shunts d'un poste autre que le poste
cible
Des bancs de condensateur shunts peuvent être requis à certains postes pour
supporter les
tensions adéquatement durant le déglaçage de certaines lignes. Dans le cas
présent, un
poste, autre que le poste cible, doit recevoir deux condensateurs shunts.
Les principales caractéristiques de chacun des bancs de condensateurs shunts
sont les
suivantes:
~ 50 Mvar au total (3 x 16,67 Mvar) à une température ambiante de 0 °C
et à la
tension nominale;
~ tension phase-phase nominale de 161 kV (92,95 kV phase-terre);
~ tension phase-phase maximale de 177,1 kV (102,2 kV phase-terre).
Chacun des bancs de condensateurs doit être équipé d'un disjoncteur et des
équipements de
mesure et de protection appropriés.
Références
[ 1 ] IEEE FACTS WG, "Carrent activity in flexible AC transmission systems",
IEEE,
No. 92 TH 0465-5 PWR, avril 1992.
[2] Kr~mer A. et Ruff J., "Transformera for phase angle regulation considering
selection
of on-load tap changera", IEEE /PES, no PE-070-PWRD-1-OS-1997, 1997.
[3] Seitlin~er W., "Phase shirting transformera - Discussion of specific
characteristics",
CIGRE, no 12-306, 1998.
[4] Brocha J., "Interphase power controllers", Polytechnic International
Press, Montréal,
2e édition, janvier 2001.
[5] Lemay J., Bérubé P., Brault M. M., Gvozdanovic M., Henderson M. L, Graham
M.
R., Smith G. E., Hinners R. F., Kirby L. R., Beauregard F. et Bmchu J., "The
Plattsburgh interphase power controller", IEEE 1999 T&D Conference and
Exposition, New Orleans, avril 1999.
[6] Brocha J., Beauregard F., Lemay J., Morin G., Pelletier P. et Thallam R.
S.,
"Application of the interphase power controller technology for transmission
lire
power flow control", IEEE Transactions PWRD, vol. 12, no. 2, avril 1997, pp
888-
894.
I4
CA 02406368 2002-10-03
[7] Brochu J., Beauregard F., Lemay J., Pelletier P. et Manceau R. J., "Steady-
state
analysis of power flow controllers using the power controller plane", IEEE
Transactions PWRD vol. 14, no 3, juillet 1999, pp. 1024-1031.
