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1 République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement S

1 République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Ziane Achour de Djelfa Faculté des Sciences et de la Technologie Département de génie électrique Production centralisée et décentralisée 1ère année Master Polycopié de cours collecté et préparé par : Dr. Amar BENAISSA Mars 2020 2 Table des Matières - Caractéristiques générales d’un système électrique ………………………………….4 - Introduction ………………………………………………………………………..……4 I. Production centralisée …………………………………………………………..……4 1. La consommation………………………………………………………..……7 2. Réseau électrique……………………………………………………………..8 2.1 Lignes aériennes et câbles souterrains…………………………….……8 2.2 Postes de transformation…………………………………………..…….9 3. Gestion du système électrique……………………………………………….10 3.1 L’écroulement de la fréquence…………………………………………11 3.2 L’écroulement de tension…………………………………………….....15 3.3 La rupture de synchronisme…………………………………………....16 3.4 Les surcharges en cascade…………………………………………...….16 II. Production décentralisée ……………………………………………………………17 II.1 Définition…………………………………………………………………………17 II.2 Caractéristiques de Production Décentralisée …………………………...……18 II-2-1- Systèmes à alternateurs classiques (machine synchrone) …………….18 II-2-2- Systèmes à générateurs asynchrones ……………………………..……19 II-2-3- Systèmes à interface avec convertisseur électronique………………...19 II.3 Différents types de production décentralisée…………………………….…….19 II.3.1 Les moyens de productions d’énergie………………………………..……19 II.3.1.1 La cogénération …………………………………………………...20 II.3.1.2 Les énergies non renouvelables…………………………………..21 II.3.1.3 Ressources énergétiques renouvelables……………………….....21 A. L’énergie solaire……………………………………………….22 B. L’énergie éolienne……………………………………………..24 C. L’énergie biomasse…………………………………………....26 D. L’énergie géothermique……………………………………....26 E. L’énergie hydraulique……………………………………..….30 F. Les générateurs du futur : les piles à combustible (PAC)…..31 III. IMPACT DE LA PRODUCTION DECENTRALISEE SUR LE RESEAU DE DISTRIBUTION……………………………………………………………………….31 III.1 Impacts sur le sens de transit de puissance………………………………...…33 III.2 Impacts sur la stabilité du système…………………………………………....33 III-3- Impacts sur la qualité de service…………………………………………...…34 III-4- Impacts sur l’observabilité et de contrôlabilité du système…………………34 III-5- Impacts sur la continuité de service…………………………………………..34 III-6- Impacts sur le plan de protection……………………………………………..34 III-7- Intégration de la GED sur les réseaux de distribution………………………37 III-7-1- Généralités…………………………………………………………….37 III-7-2 Étude de raccordement d’une installation…………………………...38 Références Bibliographiques………………………………………………………………..40 3 Résumé : La libéralisation du marché de l’électricité et le développement de la production décentralisée induisent de nouveaux problèmes scientifiques et techniques. Ces problèmes sont liés aux nouveaux types de sources, distribués géographiquement et se développant rapidement. Mais ils concerneront également, d’ici quelques années, la gestion, voire la structure des réseaux d’énergie. Le développement des énergies renouvelables pour la production d’énergie électrique, ainsi leurs intégrations dans le système énergétique suppose à la fois une architecture de marché qui lui soit adaptée et des capacités de transport du réseau en rapport avec la puissance à base énergie renouvelable installée. Dans ce contexte le cours vise à présenter l’évolution des systèmes énergétique de la centralisation à la décentralisation imposée par la transition climatique [1.1]. 4 - Caractéristiques générales d’un système électrique [1.1] Les éléments constituant le système électrique sont : les charges, les générateurs et le réseau électrique. Les sous-sections suivantes présenteront chacun de ces éléments. - Introduction La production d’énergie électrique a pour objectif de couvrir les besoins en énergie électrique d’un pays ou d’un territoire géographique défini par transformation d’une énergie primaire en énergie électrique. Les groupes de production peuvent être classés en deux catégories, la production dite centralisée et celle dite décentralisée. Les sous-sections suivantes présentent les caractéristiques de ces deux types de production. I. Production centralisée [1.1] Les productions dites centralisées sont généralement des installations de grande taille unitaire, raccordées au niveau du réseau de transport. De plus, elles disposent d’une commande centralisée leur permettant de participer à la sûreté du système électrique. Les technologies les plus largement utilisées sont les groupes thermiques à flamme, les groupes nucléaires et les grands groupes hydrauliques. La localisation de ces moyens de production est fonction de la disponibilité de l’énergie primaire ou de la nécessité d’une source froide pour les centrales à cycle thermodynamique, telles que celle illustrée à la figure 1.1. 5 La figure 1.1 illustre le principe de fonctionnement d’une centrale conventionnelle à chaudière. La centrale fonctionne selon le cycle thermodynamique de Hirn. L’eau liquide pressurisée est chauffée dans la chaudière (1) par combustion du charbon. L’eau, ainsi chauffée, est vaporisée et envoyée à la turbine (3) HP (Haute Pression). Le contrôle du débit de vapeur envoyée à la turbine est réalisé par l’intermédiaire d’une vanne (2). La détente de la vapeur dans la turbine permet de fournir de l’énergie mécanique. La vapeur est ensuite réchauffée (4) et renvoyée aux turbines (5) MP (Moyenne Pression) et BP (Basse Pression). L’énergie mécanique produite par l’ensemble des turbines est transmise à l’alternateur (6) qui génère de l’énergie électrique. Enfin, grâce au condenseur (7) et à la source froide (8), la vapeur se condense afin d’être réinjectée dans la chaudière. Dans le cadre de cette thèse, seules des variations de puissance autour d’un point de fonctionnement seront considérées, ainsi la pression et la température dans la chaudière sont considérées constantes. Le contrôle de la puissance se faisant par l’intermédiaire de la vanne (2), seules les parties allant de la vanne jusqu’à l’alternateur seront modélisées. La figure 1.2 présente le modèle d’une turbine à vapeur [Kundur, 1994]. 6 Le passage de la vapeur à travers la vanne d’admission principale (VP) est modélisé par une fonction de transfert du premier ordre dont TCH en est la constante de temps (TCH =0.3s). Le réchauffeur (4) est modélisé par un intégrateur pur dont TRH en est la constante de temps (TRH =7s). Le transit de l’étage MP à l’étage BP est modélisé une fonction de transfert du premier ordre dont TTR en est la constante de temps (TTR =0.3s). Les turbines HP, MP et BP sont couplées sur un même arbre et la somme des couples de chaque turbine définit le couple mécanique total Tt. FHP, FMP et FBP représentent respectivement les fractions du couple de la turbine générées par les sections HP, MP et BP. La somme de ces trois termes est égale à 1. Pour la modélisation, un changement de base permettant de passer de la base de la turbine à la base de l’alternateur est effectué, ainsi PMAX représente la puissance maximale de la turbine et MVAbase est la puissance apparente de l’alternateur. Le schéma bloc peut être simplifié par une fonction de transfert en négligeant TTR par rapport TRH et en supposant que la vanne a un comportement linéaire. L’équation (1.1) présente cette fonction de transfert : 7 Où VVP est la position de la vanne d’admission et s est l’opérateur de Laplace. Ainsi, la vanne permet de contrôler directement le couple de la turbine. Le couple de la turbine est transmis à l’alternateur afin qu’il puisse produire de l’électricité. La modélisation de l’alternateur se fait à l’aide de la théorie classique de Park [Canay, 1969] et [Kundur, 1994]. Dans ces travaux, le modèle complet, détaillé dans EUROSTAG, est utilisé [EDF- Tractebel, 2004]. Le rotor du modèle est représenté par 4 enroulements équivalents : l'enroulement d'excitation et un amortisseur dans l'axe direct avec couplage magnétique entre ces enroulements et deux amortisseurs dans l'axe en quadrature (Annexe A). Les moyens de contrôle centralisés, permettant aux centrales de participer à la sûreté du système électrique, sont le contrôle de la puissance active par l’intermédiaire de la vanne (VP) et le contrôle de la puissance réactive par action sur la tension d’excitation de l’alternateur. 1. La consommation La consommation électrique correspond au besoin en énergie électrique d’un territoire. La prévision de la consommation est nécessaire pour l’exploitation du système électrique et généralement, la courbe de consommation d’un territoire est relativement bien caractérisée avec des creux et des pointes au sein d’une journée, comme le montre la figure suivante. Fluctuation de la consommation en « J » et en « J-1 » en France le 18/08/10, [RTE, 2010 a]. 8 Pour suivre les fluctuations de la consommation, étant donnée le peu de flexibilité de la consommation, la production doit être contrôlable. 2. Réseau électrique Le réseau électrique a pour mission d’acheminer l’énergie des centres de production vers les lieux de consommation. Le réseau électrique est essentiellement composé de lignes et de postes de transformation. 2.1 Lignes aériennes et câbles souterrains Les lignes aériennes sont composées de pylônes, de conducteurs, d’isolateurs et de câbles de garde. Le dimensionnement de ces composants peut être divisé en trois catégories : le dimensionnement géométrique, le dimensionnement mécanique et le dimensionnement électrique [Chanal, 2000]. Le dimensionnement géométrique doit permettre de garantir les distances d’isolement entre les conducteurs ou celles par rapport à un objet situé au sol. Le dimensionnement mécanique doit permettre à la ligne de ne pas rompre en cas d’efforts appliqués sur ces composants. Le dimensionnement électrique doit permettre de garantir la tenue de la ligne en cas de court- circuit. Les trois dimensionnement permettent de calculer la limite thermique de la ligne. La limite thermique est appelée l’Intensité Maximale Admissible en régime Permanent (IMAP). L’IMAP est calculée en faisant le bilan thermique des puissances [Gaudry, 1997] et [Standards-IEEE, 2007]. Les puissances provoquant l’échauffement de la ligne sont la puissance émise par effet Joule et la puissance apportée par l’ensoleillement. Les puissances permettant la dissipation de la chaleur sont les puissances par convection et par rayonnement, ainsi suivant les saisons la valeur de l’IMAP d’une ligne peut être différente. Les câbles souterrains sont des conducteurs entourés d’une gaine qui assure l’isolation du câble par rapport à son environnement extérieur. Ainsi, son dimensionnement est lié à la puissance transportée, uploads/Industriel/ cours-production-centralisee-et-decentralisee-1ere-master 1 .pdf