Chapitre 2 Réseaux Réseaux de distribution
Chapitre 2 Réseaux de distribution II.1. Introduction Les réseaux de distribution constituent l'infrastructure la plus importante du système électrique car c’est l’interface nale qui mène la plupart des clients! "ls sont exploités dans des #ammes de tensions inférieures $% &( soit le domaine de la )*+ et de la ,*! -n +l#érie( la tension nominale des réseaux de distribution )*+ est de .% & et /% &! Ces ni0eaux de tension permettent un bon compromis pour limiter les chutes de tension( minimiser le nombre de postes source 1poste de connexion )*,)*+3 et rédui éduirre les les cont contra rain inte tes s inhé inhérrente entes s aux aux haut hautes es tens tensio ions ns 1co 1cots ts des des in0estissements( protection protection des biens et des personnes3 5.67! Les réseaux de distribution sont( dans la très #rande ma8orité des cas( explo exploité ités s de manièr manière e radial radiale! e! Cette Cette struc structur ture e simpli simplie e notam notammen mentt le système de protections puisque le transit de puissance se fait de manière unil unilat atér éral ale e du post poste e sour source ce 1)*, 1)*,) )* *+3 0ers 0ers les les post postes es )*+ )*+,* ,* et les les consommateurs naux pour la détection et l'élimination rapide des défauts et permet facilement d’assurer la maintenance du réseau( ainsi que le compta#e de l'éner#ie aux postes sources! 9es schémas d'exploitation de secours entre postes sources sont bien entendu pré0us et permettent de minimiser le nombre de clients coupés en cas de défaillances 5.67! Le problème d'écoulement de puissance de distribution consiste trou0er le point de fonctionnement des réseaux de distribution( l'état stable dans des conditions données de char#e et de #énération! Cela implique( tout d'abord trou0er toutes les tensions de bus! + partir de ces tensions( il est possible de calculer directement les courants( les transits de puissance( les pertes du système et d'autres quantités de l'état d'équilibre! 9ans ce chapitre( chapitre( nous allons faire une re0ue re0ue des réseaux de distribution( reconna:tre leurs di;érentes structures( modéliser ses di;érents éléments et décrire les équations qui les ré#issent!! 44
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II .2. Schémas d’exploitation II.2.1. Poste source HTBHT! Les réseaux de distribution sont alimentés par un poste source )*,)*+ constitué enphase initiale d'un transformateur alimenté par une arri0ée )*, 1)*.3 et alimentant luité )*+( un autre 8eu de barres alimente les les di;é di;érrents entsdé dépa part rts s du rése réseau au de dist distrib ribut utio ion! n! Les Les tran transf sfor orma mate teur urs s fonctionnent en ré#ime radial mais encas de défaillances( il est possible d’isoler un des transformateurs et de répartir la char#e surcelui qui reste sans sans dépa dépass sser er en ré#i ré#ime me nomi nomina nall norm normal alem emen entt $%? $%? de sa capa capaci cité té maximale! Le poste est #énéralement raccordé une deuxième arri0ée )*,
1)*23 *23
appel ppelé@ é@#a #ara rant ntie ie li#n li#ne@ e@!!
-n phase hase nale nale((
un
tro troisiè isièm me
tran transf sfor orma mate teur ur et quel quelqu quefo efois is plus plus est est a8ou a8outé té endo endoub uble le atta attach che! e! Les départ départs s )*+ )*+ sont sont re#r re#roup oupés és par demi
II.2.2. "i#nes et départ HT! HT! -n mili milieu eu rura rurall de faib faible le dens densit ité( é( les les résea éseaux ux de dist distri ribu buti tion on sont sont prin princip cipal alem emen entc tcon onst stit itué ués s tradi raditi tion onne nell llem emen entt
de
li#n li#nes es
moin oinsco scoteu teuse ses s
aéri aérien enne nes s
en
que que
cAb cAbles les
les les
simp simple le
déri déri0a 0ati tion on
ent enterr errés! és!
Le
dimens dimension ionnem nement ent du résea réseau u est lié aux chutes chutes de tensio tensionma nmaxim ximale ales s admissibles en raison de l'éloi#nement des char#es desser0ir! La tension décro décro:tp :tpro ro#r #ress essi0e i0emen mentt en foncti fonction on de l'impé l'impédan dance ce des cAbles cAbles et des char#es!
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$i# II.1 . %xemple de réseau simple déri&ation
Les réseaux de distribution en Bones urbaines ou mixtes de forte densité de char#e sontconstitués principalement par des cAbles )*+ enterrés en double déri0ation 1#ure3 ou encoupure d'artère moins sensibles aux chutes de tension cause de leur capacitéhomopolaire et de leur plus petite
lon#ueur!
Le
facteur
impactant
sur
le
dimensionnement
desou0ra#es souterrains est le courant maximum admissible dans les cAbles du fait de la fortedensité de char#es alimenter 5.67!
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Chapitre 2 Réseaux de distribution
$i# II.2. %xemple de réseau HT! en double déri&ation
II.2.'. Recon(#uration du réseau de distribution 9e nombreux procédés ont été utilisés pour réduire la perte de puissance acti0e dansles réseaux électriques( par exemple( l'au#mentation de la section des conducteurs( le ré#la#ede prise de transformateur( et l’installation des condensateurs! -n dehors de ceux
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Chapitre 2 Réseaux de distribution "l ya deux raisons principales pour recon#urer un réseau de distribution pendant lefonctionnement normal( é0iter la surchar#e des branches du réseau et réduire les pertes dusystème! -n fonction des conditions de char#e(
la
recon#uration
surchar#es sur
peut
=tre
nécessaire
and'éliminer
les
les composants spéciques du système( tels que
lestransformateurs ou les tronIons de li#ne! Juisque les conditions de char#e dans le systèmechan#ent( il peut é#alement de0enir rentable de recon#urer de manière réduire lapuissance réelle! +u cours des dernières années( la recon#uration du réseau de distribution a étéproclamée comme une méthode pour la réalisation de l'économie de puissance et d'éner#ie( cot pratiquement nul! La tendance actuelle consiste conce0oir des réseaux de distributiona0ec une structure du réseau maillé( mais pour les faire fonctionner radialement! Ceci estatteint par l'installation d'un nombre approprié de branches commutables qui permettent laréalisation d'une con#uration radiale capable d'alimenter toutes les char#es dans desconditions normales ainsi que dans le cas de défaut
permanent!
Les
systèmes
de
distributionsont
normalement
con#urés radialement pour une coordination ecace de leurs systèmes deprotection! La recon#uration du réseau prend a0anta#es de la structure de distributionspécique et la nature di0erse de la char#e du client! Le but de la recon#uration du réseauest d’a0oir le minimum de perte possible sous la contrainte de capacité du réseau 5.67!
II.3. Structures des réseaux de distribution Un système de distribution peut être classé sur la base de son t ype de construction. Selon le type de construction, le système de distribution est classé en [17] : •
Système aérien.
•
Système souterrain.
Mais aussi selon son schéma de onctionnement c!est"#"dire en: •
$éseau de de li%raison radiale.
•
Système principal bouclé &anneau'.
•
Système aiblement maillé.
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II.'.1. Réseau de distribution radial La distribution radiale est le type de distribution de puissance oE la puissance est déli0rée de la branche principale des sous
Caractéristi)ue de réseaux de distribution radiale *R+,- •
"ncertitudes et "mperfection des paramètres du réseau!
•
)aut rapport R N!
•
•
*rès #rand nombre de nKuds et de branches! Chan#ement dynamique de la char#e imposée
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$i# II.' Réseau de distribution Radial
II.'.2. Réseaux de distribution /aiblement maillé n réseau interconnecté ou maillé est #énéralement trou0é dans les Bones urbaines et aura de multiples connexions d'autres points de l’o;re! Les a0anta#es de l'utilisation des réseaux maillés sont 5.M7 F • •
"dentication et l'isolement du défaut est facile très able
•
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$i# II.0 réseau de distribution /aiblement maillé
II.'.'. réseaux de distribution en anneau *bouclé(e système de distribution en boucle &ou anneau' est celui )ui commence # un poste de distribution, tra%erse ou autour d*une +one de desserte d*un ou plusieurs transormateurs de distribution ou centre de chare, et re%ient # la même sous"station. (e système de distribution de type anneau a les a%antaes sui%ants [17] : • •
-l ya très moins de luctuations de la tension au bornes de consommation. (e système est très iable )ue cha)ue distributeur est alimenté par deu dispositis d*alimentation./ans le cas d!un déaut dans n!importe )uelle section d!alimentation, la continuité de l*ore est maintenue.
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Fig II.5 schéma d’un réseau bouclé.
II.0. incidence de la structure des réseaux de distribution sur le calcul d’écoulement de puissance Le calcul de l’écoulement de puissance a concerné dans un premier temps les réseaux de transportou de transmission! 9es méthodes dites neOtoniennes ont alors été mises au point pour résoudre leproblème de l’écoulement de puissance dans ces derniers! Jarmi ces méthodes( on peut citer laméthode de PeOton
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Chapitre 2 Réseaux de distribution Le système de distribution est tout fait di;érent( la fois dans son fonctionnement
et
ses
caractéristiques(
partir
du
système
de
transmission! La méthode de PeOton
•
al conditionnée ou mal initialisé!
•
+pplications spéciales ou structure de réseau spéciale( par exemple les réseaux maillés!
La technique d’écoulement de puissance de Sauss< Teidel a é#alement montré =tre extr=mement inecace dans la résolution de #rands systèmes de puissance! Les réseaux de distribution( en raison de leur 0aste résistance et la 0aleur de la réactance et structure radiale( entrent dans la caté#orie des systèmes de puissance
mal conditionnée pour le #énérique des
al#orithmes de répartition de puissance de de PeOton
est nécessaire a0ec les caractéristiques
sui0ant 5.M7 F •
Capable de résoudre les réseaux de distribution radiale et maillé +0ec plusieurs milliers de sections de li#ne 1branches3 et les nKuds 1bus3!
•
Robuste et ecace!
•
Pécessite moins de temps de calcul
II.. %coulement de puissance dans les distribution
réseaux de
+0ec une croissance considérable du système de distribution( une méthode d’écoulement de puissance robuste et ecace pour déterminer 44
Chapitre 2 Réseaux de distribution les courants et les tensions de li#ne est nécessaire 5.M7! Jresque dans tous les su8ets liés l'élar#issement( le fonctionnement et la #estion de système de distribution( *el que la minimisation des pertes( ré#ulateur de tension(U! la planication ( le dimensionnement et l’emplacement des condensateurs shunt( l’estimation d'état ( l'analyse de la sécurité( il est très important résoudre l'al#orithme d'écoulement de puissance le plus ecace que possible! n système de distribution électrique a des caractéristiques spéciales telles que des char#es triphaséesdéséquilibrées( structure radiale et les ratios RN éle0ées! Les al#orithmes d’écoulement de puissance n’ont pas con0enable pour les systèmes de distribution!Jour résoudre les problèmes de système de distribution L'analyse de base d’écoulement de puissance doit =tre robuste et ecace en termes de temps! La distribution ou la li0raison de l’écoulement de puissance doit contenir F •
9es données d'entrée ordonnée( des données de sortie ordonnée!
•
Circuits Radial faiblement maillé sur la char#e!
• • •
+mplitude de tension et l'an#le de phase! les pertes de puissance et les demandes des char#es! ariation de tension pour les di;érentes composantes possibles!
II.5.1. Utilisation des grandeurs relatives La normalisation de la résistance de la li#ne est obtenue en la rapportant une résistance de base calculée moyennent la tension puissance
( Sbase )
( V base ) et la
Ti la tension de base est donnée en & et la puissance
en &+ alors( cette résistance est donnée par F •
RB =
10
3
2
V Base
S Base
1""!.3 •
R=
r RB
1""!23
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{
Pl=
•
Pl
S Base Q Q l = L S Base
1""!/3
II..2 odélisation des branches et des char#es. !. odélisation des branches Les réseaux de distribution ont une con#uration radiale et sont constitués d’un ensemble de branches! Chaque branche de ce réseau est modélisée comme une résistance en série a0ec une inductance pure! L’impédance d’une branche G i H quelconque de ce réseau 10oir Vi#!3 s’écrit F
´i Z
W
Ri + jX i
1""!43
$i# II.3 Schéma uni(laire d’une branche. Les admittances shunts sont né#li#eables du fait que la li#ne est de moyenne tension!
B. odélisation des char#es. Les char#es sont en #énéral modélisées comme étant dépendantes de la tension! Xn écrit alors pour les puissances acti0es et réacti0es d’une char#e placée au nKud G i H les expressions sui0antes F 44
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{
P 0= P0 i Q 0= Q 0 i
( ) ( ) V i
α
V 0
V i V 0
( II .5 )
β
XE F P0 i et Q 0 i
−
V 0
−
Tont les puissances acti0es et réacti0es nominales!
-st la tension nominale!
−
Pi et Qi sont la puissance acti0e et réacti0e de la char#e au nKud G i
−
H pour une tension é#ale i! Les coefficients Y et Z déterminent le caractère de la char#e!
Ti les coefficients Y et Z sont tous les deux nuls( la char#e est considérée puissance constante! Ti par contre Y et Z sont é#aux .( la char#e est considérée courant constant! Lorsqu’ils sont é#aux 2 la char#e est considérée impédance constante! 9ans la suite de notre tra0ail( Y et Z seront nuls c’est<
W
Pi+ jQ i
1""!63
II..'. odélisation de l’écoulement de puissance Potre étude commencera par les réseaux de distribution qui sont caractérisées par une con#uration radiale! 9eux types de réseaux de distribution de con#uration radiale peu0ent =tre considérés! "l s’a#it des réseaux en échelle et des réseaux présentant des ramications!
II..'.1. Réseaux en échelle Xn considère le cas simple d’une branche principale radiale constituée de n tronIons ou branches dont le réseau de la #ure Vi#! est un parfait exemple!
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$i# II.4 schéma uni(laire d’un réseau radial en échelle 5 16 7dB odéliser l’écoulement de puissance re0ient déterminer l’expression des puissances en n et en début de branches( les pertes de puissance dans ces derniers( les courants qui y circulent ainsi que les tensions des nKuds et leurs phases l’ori#ine! Les puissances la n au début de chacune des di;érentes branches de la li#ne( les pertes de puissance dans ces dernières( les courants qui y circulent aussi que les tensions au ni0eau des di;érents nKuds et leurs phases l’ori#ine! Le calcul des puissances est un préalable la détermination des tensions des nKuds! Ces puissances sont les puissances en n de branches( les pertes de puissance dans ces dernières et les puissances en début de branches!
!. Puissance en (n de branche 9eux types de branches sont possibles! Les branches terminales et les branches non terminales 10oir Vi# ""
