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07/10/2015 1 1 Ecole Supérieure de Technologie de Salé Systèmes Photovoltaïques

07/10/2015 1 1 Ecole Supérieure de Technologie de Salé Systèmes Photovoltaïques raccordés au réseau électrique destinée aux Doctorants Marocains des filières photovoltaïques Université Mohammed V -Rabat Ecole Supérieure de Technologie de Salé Professeur: Med TAJAYOUTI mtajayouti@gmail.com 05-08 Octobre 2015 Réseau électrique, power quality et étude de l’impact de l’injection de l’énergie électrique PV Les modules Module 1 : Le réseau électrique Module 2 : Aperçu sur la qualité d’un réseau électrique et les normes appliquées aux PV connectés au réseau Module 3 : Aperçu sur le réseau national marocain Module 4 : Contraintes d’intégration des productions PV Décentralisée au réseau électrique 07/10/2015 2 Module 1 : Le réseau électrique Le PLAN La topologie du réseau électrique Modélisation du réseau électrique Ecoulement de l’énergie Gestion des réseaux électriques Protection des réseaux électriques L’injection des ER dans les réseaux électriques 07/10/2015 3 La topologie du réseau électrique Modélisation du réseau électrique Ecoulement de l’énergie Gestion des réseaux électriques Protection des réseaux électriques L’injection des ER dans les réseaux électriques La Topologie du réseau électrique Les consommateurs : L’industrie Le transport Le bâtiment L’agriculture 07/10/2015 4 La Topologie du réseau électrique Les producteurs : Les centrales thermiques Les barrages Le Centrales solaires thermiques Les éoliennes Les panneaux photovoltaïques La Topologie du réseau électrique Les producteurs Centrales hydrauliques, STEP moyennes et de grandes puissances, mise en marche rapide Centrales thermiques moyennes et grandes puissances, démarrage supérieur à 30 mn, Centrales à gaz Prix élevé par rapport aux centrales thermiques et hydrauliques, démarrage rapide Energies Renouvelables Prix élevé à l’installation, elles sont Intermittentes Interconnexion avec d’autres réseaux 07/10/2015 5 La Topologie du réseau électrique Les Liaisons électriques : Le réseau de transport Le réseau de répartition Le réseau de distribution Le réseau basse tension Les transformateurs La Topologie du réseau électrique 07/10/2015 6 La Topologie du réseau électrique Le réseau de transport La Topologie du réseau électrique Le réseau de répartition 07/10/2015 7 La Topologie du réseau électrique Le réseau de distribution La Topologie du réseau électrique Le réseau basse tension 07/10/2015 8 La Topologie du réseau électrique Le réseau est alternatif triphasé sinusoïdal Les réseaux électriques actuels utilisent un courant alternatif triphasé sinusoïdal pour les raisons suivantes : Nécessité de transporter l'électricité à une tension élevée Courant alternatif ou continu ? (Westinghouse vs Edison) Pourquoi une tension sinusoïdale ? Un système monophasé ou triphasé ? Fréquence des réseaux électriques La Topologie du réseau électrique 07/10/2015 9 Le courant continue est néanmoins présent dans les interconnexions de grandes longueurs. C’est le réseau dit HVDC (High Voltage Direct Current). La Topologie du réseau électrique Les pertes et les niveaux de tension Les pertes électriques ‘Pertes’ sont dues aux résistances ‘R’ des conducteurs. Si on note : ‘S’ la puissance apparente de la charge. ‘P’ la puissance active de la charge. ‘Q’ la puissance réactive de la charge. On a alors Pertes = 3 x R x I² et puisque S=3 x U x I ; il vient alors que : Pertes = [R x S²] /U² = [R x (P² + Q²)]/U² Si U alors Pertes La Topologie du réseau électrique 07/10/2015 10 Les niveaux de tension La Topologie du réseau électrique Avant 1989 Aprés 1989 : UTE C 18 -510 La Topologie du réseau électrique Le schéma du réseau 07/10/2015 11 La Topologie du réseau électrique Le transport La Topologie du réseau électrique La répartition 07/10/2015 12 La Topologie du réseau électrique La distribution La topologie du réseau électrique Modélisation du réseau électrique Ecoulement de l’énergie Gestion des réseaux électriques Protection des réseaux électriques L’injection des ER dans les réseaux électriques 07/10/2015 13 Le but est d’adopter des modèles pratiques pour analyser et dimensionner le réseau électrique. Il faudrait alors concevoir des modèles pour les différentes composantes du réseau: l’alternateur la ligne électrique le transformateur les charges La modélisation du réseau électrique L’alternateur La tension e(t) délivrée par l’alternateur dépend de la vitesse de rotation et de l’excitation. Elle est en série avec une résistance R et une réactance X. C’est le schéma en régime établi. La modélisation du réseau électrique 07/10/2015 14 Le liaisons Une ligne électrique est constituée par un faisceau de conducteurs cylindriques aériens ou souterrains parallèles entre eux et au sol. Chaque conducteur est caractérisé par: Sa résistance linéique ‘R’ en /m. Son inductance linéique ‘L’ en H/m. (X = L x ) Sa capacité linéique ‘C’ en F/m. Les lignes électriques et les câbles sont des systèmes à constantes réparties, c'est à dire que ces grandeurs physiques sont réparties sur toute la longueur de la ligne. La modélisation du réseau électrique Le liaisons Le schéma équivalent en  : La modélisation du réseau électrique 07/10/2015 15 Le liaisons Les expressions de R[Ohm], L [H] et C [F] (X=L x ) R=/S S : la section du câble en mm  : La résistivité du conducteur La modélisation du réseau électrique Le liaisons Les valeurs de R, L et C La modélisation du réseau électrique 07/10/2015 16 Le liaisons : Les lignes aériennes vs les câbles souterrains La modélisation du réseau électrique Les lignes Les câbles Avantages : Défaillances décelables Problèmes rapidement résolus Avantages : Espace requis réduit Acceptation par la population Inconvénients : Pannes très fréquents Répercussion sur le paysage Inconvénients : Travaux de réparation longs Travaux neufs ou de renouvèlement couteux Le Transformateur Le transformateur permet d’élever l’amplitude de la tension alternative disponible à la sortie de l’unité de production pour l’amener aux niveaux requis pour le transport. A l’autre extrémité de la chaîne, les transformateurs sont utilisés pour abaisser la tension et la ramener aux valeurs utilisées dans les réseaux de répartition et de distribution U1/U2=n1/n2 N étant le nombre de spires La modélisation du réseau électrique 07/10/2015 17 Le Transformateur Outre la transmission de l’énergie électrique avec modification des tensions, les transformateurs peuvent être utilisés pour contrôler les tensions de nœuds des réseaux . Ce contrôle de tension utilise la variation du nombre de spire des transformateurs. (réglage hors charge ou en charge de la tension) La modélisation du réseau électrique Le Transformateur – un schéma équivalent Un schéma équivalent du transformateur est comme suit : La modélisation du réseau électrique 07/10/2015 18 Caractéristiques pratiques du transformateur Essai à vide et essai en court circuit Sn Puissance apparente nominale (VA) Vpn, Vsn tensions primaire et secondaire (V) Upn, Usn tensions primaire et secondaire (V) Ipn, Isn courants primaire et secondaire (I) Rendement, Température, Couplage, indice horaire Rapport de transformation fixe, variable, plots de variation de V au primaire La modélisation du réseau électrique Les charges Les charges peuvent être modélisées en fonction des puissances actives P et réactives Q appelées et son admittance Y. (Y=G – jB) La modélisation du réseau électrique 07/10/2015 19 Mise en équation du réseau L’établissement du modèle a pour but de déterminer les équations algébriques représentant les interconnexions entre les lignes, les générateurs les transformateurs et les charges. Le réseau électrique peut être décrit sous la forme matricielle suivante: [I] = [Y] x [V] Où : [I] : le vecteur des courants injectés aux nœuds du réseau. [V] : le vecteur des tensions aux nœuds du réseau. [Y] : la matrice d’admittance du réseau. La modélisation du réseau électrique Mise en équation du réseau la matrice admittance [Y] se compose de termes diagonaux [Yii] et des termes non-diagonaux [Yij]. les termes [Yii] , (self admittance), représentent la somme de toutes les admittances connectées aux nœuds i. les termes [Yij], (l’admittance mutuelle), représentent la somme de toutes les admittances joignant les nœuds i et j. La modélisation du réseau électrique 07/10/2015 20 La topologie du réseau électrique Modélisation du réseau électrique Ecoulement de l’énergie Gestion des réseaux électriques Protection des réseaux électriques L’injection des ER dans les réseaux électriques Définition Dans un réseau électrique, on a d’une part des charges électriques et d’autre part des générateurs dispersés et reliés entre eux par un réseau de lignes et de câbles. Les capacités de production des différents générateurs étant connues, comment calculer l'état électrique complet du réseau, c'est à dire les courants, tensions et puissances ? Ce problème général est connu sous le nom de calcul de répartition de charges ou load flow. L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’ 07/10/2015 21 Définition L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’ But Le calcul des écoulements d’énergie permet en régime permanent d’investiguer les points suivants : la détermination des tensions en tout point du réseau la détermination des puissances actives et réactives l’effet de la modification de la topologie du réseau l’étude du niveau N-1 (perte d’un générateur, d’une ligne ou autre) l’optimisation du fonctionnement du réseau l’optimisation des pertes L’écoulement de l’énergie ‘ LOAD FLOW ’ 07/10/2015 22 Bilan de puissance La sommes des puissances des générateurs est égale à la somme des puissances des charges augmentées des puissances du réseau. Le bilan de puissance active : ∑PG= ∑ PL + pertes actives du réseau L’ordre de grandeur des pertes est de 5 %. Le bilan de puissance réactive : ∑QG= ∑ QL + générations uploads/Ingenierie_Lourd/ les-reseaux-electriques-tajayouti.pdf