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 A8008164 Rapport Approuvé Page 1/54 ANNEXE SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES PUBBLICATO A8008164 (PAD - 1032655)  A8008164 Rapport Approuvé Page 2/54 ANNEXE 1 : DESCRIPTION DETAILLEE DES TECHNOLOGIES ALTERNATIVES A L’AERIEN ET AU CABLE ENTERRE TECHNOLOGIE EN TENSION CONTINUE SOUS-MARINE TECHNOLOGIE EN TENSION CONTINUE TERRESTRE (AERIENNE ET ENFOUIE) TECHNOLOGIE EN CABLES A ISOLATION GAZEUSE TECHNOLOGIE EN SUPRACONDUCTEURS REPRISE ET MISE A JOUR DES ETUDES EFFECTUEES LORS DES DEBATS PUBLICS : France-Espagne (2003) Cotentin- Maine (2006)  A8008164 Rapport Approuvé Page 3/54 Solutions en tension continue : option sous-marine Le passage d’une ligne d’interconnexion à très haute tension par la mer peut, en principe, se faire suivant deux différentes techniques : • en câble sous-marin en tension alternative ; • en câble sous-marin en tension continue ; Les techniques en tension alternative qui utilisent des câbles doivent faire face au problème des pertes capacitives : des dispositifs de compensations son en effet nécessaires quand la longueur de câble dépasse quelque dizaines de kilomètres. Dans le cas des connexions sous-marines, pour lesquelles aucune compensation n’est possible le long du tracé du câble, les pertes capacitives deviennent en fait une limitation sur la longueur maximale possible de la connexion. Les valeurs des données caractéristiques des câbles sous-marins modernes portent au calcul de la longueur maximale de connexion en courant alternatif en environ 50km. L’analyse des cartes géographiques de la région concernée par le projet révèle qu’en aucun cas pratique la longueur du câble sous-marin pourrait être inférieure à 50km. Ceci nous porte à exclure la solution en câble sous-marin en tension alternative et à ne retenir, pour la solution sous-marine, que la technologie en tension continue. Le transport d’énergie en tension continue est utilisé dans les cas suivants : • quand les distances à parcourir sont très élevées : en effet les lignes en tension continue sont plus simples et moins coûteuses de celles en tension alternatives et, sur des longueurs importantes on peut envisager de récupérer le coût de la création des stations de conversion ; • quand les parcours sous-marins ont une longueur importante (qui dépasse les limites techniques des câbles à tension alternative sans compensation : c’est-à-dire > 50km) ; • quand il faut connecter entre eux deux réseaux électriques n’ayant pas la même fréquence ou qui travaillent en mode asynchrone ; • quand il faut connecter entre eux deux réseaux qui ne peuvent fonctionner en connexion directe à cause de problèmes de stabilité. Histoire La technologie en courant continu (HVDC) s’est développée au début des années 1950 en utilisant les ponts de conversion à valves redresseuse à vapeurs de mercure. Dans le cours des années 1970 grâce au développement de l’électronique de puissance (en particulier dans le domaines des semi-conducteurs) on a commencé à employer des ponts de conversion avec des valves à thyristors.  A8008164 Rapport Approuvé Page 4/54 Description générale Le schéma de principe d’une connexion en tension continue est le suivant : Les deux réseaux en tension alternative sont reliés à travers une connexion en tension continue, constituée d’un poste de conversion de départ dans lequel s’opère la conversion de la tension d’alternative en continue, un câble de connexion dans lequel passe le courant qui alimente le deuxième réseau et un poste de conversion d’arrivée dans lequel s’opère la conversion de la tension de continue en alternative. Une connexion de retour est nécessaire pour assurer la fermeture du circuit et donc le flux du courant ; cette connexion peut être assurée par l’eau de la mer (dans le cas d’une interconnexion marine) à travers des électrodes situées à chaque extrémité de la connexion. La structure d’un système de transport moderne en HVDC pour une taille de puissance comparable à celle d’intérêt est représenté dans la Figure A1 ; Réseau A.C. Réseau A.C. Postes de conversion A.C.  D.C: et D.C.  A.C. Câble de connexion Connexion de retour  A8008164 Rapport Approuvé Page 5/54 Reattore Filtro c.c. Filtro c.a. Trasformatori di conversione Ponti di conversione Reattore Filtro c.c. Filtro c.a. Trasformatori di conversione Ponti di conversione Cavo sottomarino Elettrodo marino Elettrodo marino Linea di polo aerea o in cavo Stazione HVDC Reattore Filtro c.c. Filtro c.a. Trasformatori di conversione Ponti di conversione Stazione HVDC Reattore Filtro c.c. Filtro c.a. Trasformatori di conversione Ponti di conversione Cavo sottomarino Linea di polo aerea o in cavo Linea di polo aerea o in cavo Linea di polo aerea o in cavo Linea di elettr. aerea o in cavo Linea di elettr. aerea o in cavo Figure A1: Structure typique d’une connexion HVDC de grande envergure Les deux postes de conversion (en jaune) comprennent les éléments suivants : • Filtres c.a ; • Transformateurs de conversion • Convertisseurs : Redresseurs (poste de départ) ou onduleurs (poste d’arrivée) • Filtres c.c. La connexion proprement dite constituée de deux câbles (un d’allée et l’autre retour) et le électrodes marines Réalisations De nombreuses connexions HVDC ont été réalisées dans le monde. La Figure A2 montre les installations réalisées jusqu’en 2000 en technologie à thyristors. Une puissance totale de plus de 50000MW peut y être relevée, même si en un seul cas (Itaipu binacional) les dimensions de l’installation dépassent celles prévue pour la ligne en objet dans cette étude ; Filtre c.a Filtre c.a Filtre c.a Filtre c.a Transformateur de conversion Transformateur de conversion Transformateur de conversion Transformateur de conversion Filtre c.c Filtre c.c Filtre c.c Filtre c.c Réactanc e Réactanc e Réactanc e Réactanc e Convertisseurs Convertisseurs Convertisseurs Convertisseurs Câble sous- marin Câble sous- marin Poste HVDC Poste HVDC Electrode Electrode  A8008164 Rapport Approuvé Page 6/54 Figure A2: Installations HVDC dans le monde jusqu’en 2000 Eléments constitutifs d’une connexion en courant continu En suivant le flux de puissance à partir du réseau de départ on trouve les éléments constitutifs suivants : Filtres c.a Ces filtres ont pour fonction de réduire la perturbation harmonique dans le réseau en tension alternative en amont du poste de départ et en aval du poste d’arrivée. Les filtres c.a sont constitués d’éléments passifs (condensateurs, inducteurs, parafoudres) dont le dimensionnement et les valeurs nominales sont calibrés en fonction des caractéristiques de la connexion. Transformateurs de conversion Les transformateurs de conversion assurent les fonctions suivantes : • Alimenter les redresseurs avec un terne de tensions en c.a réglé en amplitude par le système de contrôle du poste HVDC ; • Assurer une séparation électrique le réseau et les redresseurs (onduleurs) afin d’éviter que des tensions continues soient injectées dans le réseau. • Réduire le bruit harmonique engendré par les convertisseurs (redresseurs et onduleurs) vers le réseau ; • Limiter le courant de défaut dans les thyristors des convertisseurs en cas de court-circuit ; Un exemple de transformateur de conversion est montré dans la Figure A3 (l’exemple se rapporte à un transformateur monophasé 354/177/177 MVA – 230kVac à trois enroulements en phase d’essais) ;  A8008164 Rapport Approuvé Page 7/54 Figure A3 exemple de transformateur de conversion Le dimensionnement des transformateurs de conversion est fortement influencé par les contraintes de transport (dimensions et poids) pour l’acheminement vers le poste de fonctionnement sur route, chemins de fer ou bateau ; à ce propos, pour un certain niveau de puissance la variation de poids (et de nombre de machines nécessaires) par rapport à la solution monophasée à deux enroulements est montrée dans le Tableau A1 Tableau A1: Variation de poids pour les différentes solution constructives de transformateurs de conversion pour installations HVDC – le nombre de transformateurs est donné pour chacun des postes de conversion : Type de transformateur de conversion Poids relatif (par rapport à la solution monophasée à 2 enroulements) [p.u] Nombre de transformateurs nécessaire dans chaque poste de conversion Monophasé à 2 enroulements Monophasé à 3 enroulements Triphasé à 2 enroulements Triphasé à 3 enroulements 1.0 1.6 2.2 3.6 6 3 2 1 Convertisseurs (redresseurs et onduleurs) Les convertisseurs sont des dispositifs d’électronique de puissance qui servent à redresser une tension alternative en la transformant en une tension continue ou à onduler une tension continue pour la transformer en alternative. Les dispositifs électroniques de base qui constituent les convertisseurs modernes sont le thyristors (des valves qui permettent sur commande le transit de courant dans un sens en non dans l’autre), dont un exemple est montré dans la Figure A4  A8008164 Rapport Approuvé Page 8/54 Figure A4 exemple de thyristor moderne 8 kV Une série de thyristors est assemblée dans des modules de redressement et différents modules sont assemblés dans les redresseurs ou les onduleurs en assemblant des modules en série e/ou en parallèle jusqu’à obtenir le niveau de tension et de courant requis. Un exemple de redresseur d’un poste HVDC est illustré en Figure A5; Figure A5 : convertisseur en pont dodécaphasé dans un poste HVDC Réactances de lissage Ce dispositif, placé du coté DC du convertisseur, a la fonction de lisser la forme de la tension dans toutes les configurations de charge transmise, de limiter les courants de court-circuit qui risquerait d’endommager les convertisseurs, de diminuer le bruit harmonique coté DC et de réduire les risques de résonance. uploads/Litterature/ 2008-03-18-report-technical-annexes-fr.pdf

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