Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Ibn Khaldoun Tiaret Faculté des Sciences et des Sciences de l’Ingénieur Mémoire Présenté au Département de Génie Electrique en vue de l’obtention du titre de Magister en Electrotechnique Option: Commande des Processus Electriques Thème Contribution de l’UPFC à la stabilisation d’un réseau électrique monomachine 400KV perturbé  par Boudhiaf Mohamed Ingénieur en Electrotechnique de l’Université de Tiaret Mémoire préparé au sein du Département de Génie Electrique – Tiaret 2007

Introduction générale L’exploitation de réseaux de plus en plus complexes et au plus près de leurs limites entraîne l’utilisation accrue des dispositifs FACTS qui s’avèrent très utiles. L’UPFC est l’un d’entre eux et ce sera ce dispositif qui fera l’objet de notre travail. Sa performance sera étudiée sur un réseau test monomachine 400KV siège d’un court circuit triphasé. Une comparaison de l’effet de ce dispositif avec celui de la régulation conventionnelle sera effectuée afin de montrer l’efficacité de ce type de FACTS. L’introduction de la méthode de Lyapunov et la méthode de mode de glissement sera utilisée dans la commande de l’UPFC et la robustesse du système sera examinée

CLASSIFICATION DE LA STABILITÉ D'UN SYSTÈME ÉLECTRIQUE. Stabilité du système électrique Stabilité de la fréquence Stabilité de la tension Stabilité de l’angle rotorique

Réseau test Réseau infini S B A C G T P

Régulation de la tension

Régulation de la vitesse

Temps critique d’élimination du défaut =245ms Résultats de simulation pour un court circuit au point P du réseau non régulé Temps critique d’élimination du défaut =245ms Variation de tension de sortie du générateur.

Variation de puissance électrique du générateur.

Variation de vitesse du générateur

Variation de l’angle de charge du générateur.

Effet de la régulation classique Variation de tension de sortie.

Variation de puissance électrique.

Variation de vitesse.

Variation de l’angle de charge du générateur

Effet du régulateur de tension Effet du régulateur de vitesse. Effet du régulateur de tension

4 Types de FACTS FACTS parallèles SVC :

STATCOM : SMES :

FACTS série TCSC TCSR SSSC

FACTS hybrides IPFC TCPAR

FACTS déphaseur RPI

UPFC est un dispositif FACTS hybride

Modélisation de l’UPFC Circuit équivalent du système étudié

Equations régissant le système dans Park :

déphasage Φ de 0 rad à π rad, Vs=0.01pu Variation de la puissance active Variation de la puissance réactive Φ de π/2 rad à 3π/2 rad, Vs=0.01pu : Variation de la puissance réactive Variation de la puissance active

Φ = 0 rad : Variation de la puissance active Variation de la puissance réactive Φ = π/2 rad : Variation de la puissance active Variation de la puissance réactive

CONFIGURATIONS DES CIRCUITS DE RÉGLAGE Configuration du circuit de réglage du convertisseur parallèle

Boucle ouverte : Boucle de régulation de courant : Boucle de régulation de tension continue :

Configuration du circuit de réglage du convertisseur série

boucle ouvert Découplage par Watt Var Schéma de réglage complet de convertisseur série

Association des configurations parallèle et série

Asservissement et Réglage des caractéristiques de réseau test UPFC utilisant l’association des deux configurations Asservissement Puissance active transportée sur la ligne Puissance réactive transportée sur la ligne

Tension de compensation parallèle Tension de compensation série Tension continue aux bornes de condensateur Vdc Phase de courant parallèle et sa référence

Tension de sortie du générateur Vitesse du générateur

Variation de puissance réactive transportée sur la ligne Réglage Variation de puissance réactive transportée sur la ligne Variation de puissance active transportée sur la ligne Variation de la tension de sortie Variation de la tension continue Vdc

Variation de la tension Variation de la vitesse Variation de l’angle de charge Variation de la tension de compensation série Variation de la tension de compensation parallèle

Contrôle avancé non linéaire de l’UPFC utilisant la théorie de Lyapunov et le mode de glissement Théorie de Lyapunov Fonction de Lyapunov Modèle d’état a) le système est asymptotiquement stable si b) il est L. stable si c) il est exponentiellement stable si La synthèse par Lyapunov consiste à prendre une commande U(x) telle que l’équation (a) soit vérifiée.

Application pour le réglage de l’UPFC (Réglage des courants) Le modèle de réseaux électriques donnée par l’équation suivante : La fonction de Lyapunov est : Pour obtenir une dérivée de la fonction de Lyapunov négative, la fonction de commande doit être sous la forme : on obtient l’équation ci-dessous :

Réglage par mode de glissement

Application pour le réglage de l’UPFC (Réglage de la tension continué) Contrôle de la tension basé sur la formule : La synthèse par mode glissement consiste à prendre une surface d’une forme : Condition d’attractivité : S.S’<0 assure l’attractivité de la trajectoire vers la surface de glissement. Pour se faire, il suffit de choisir la commande : La boucle de régulation de tension continue est donnée par la figure suivante :

Modèle de simulation de l’UPFC réglé par Lyapunov et par mode de glissement

L’asservissement des puissances : Variation de puissance active transportée sur la ligne Variation de puissance réactive transportée sur la ligne contrôle de courant transporté sur la ligne Variation de tension continue aux bornes de condensateur

Simulation du système perturbé en présence de l’UPFC Variation de puissance active transportée sur la ligne Variation de puissance réactive transportée sur la ligne Variation de tension continue aux bornes de condensateur

variation de tension de sortie du générateur Variation de vitesse du générateur Variation de l’angle de charge du générateur

Etude de la robustesse (a) (b) Variation de puissance active transportée sur la ligne (a) (b) Variation de puissance réactive transportée sur la ligne

(a) (b) Variation de tension continue Vdc aux bornes de condensateur

Conclusion générale Le variateur de charge universel dit UPFC est un système FACTS puissant permettant le réglage simultané des puissances active et réactive transitant dans un réseau. Les performances de réglage a montré nettement que l’UPFC est le dispositif le plus efficace sur la stabilisation d’un réseau quand le système est perturbé en grands mouvements. Les résultats obtenus montrent que les contrôleurs de types avancés tels que l’algorithme de Lyapunov et la commande par mode de glissement donnent une meilleure réponse transitoire par rapport au PI. Ils présentent en outre l’avantage de la robustesse en cas de variations paramétriques du réseau contrairement au régulateur PI qui ne tolère aucune variation paramétrique.

Merci pour votre attention