Compensateurs de puissance

ractiveractive

INTRODCUTION

Lintrt de la compensation ractive est de modifier lcoulement de puissance ractive

Les rseaux lectriques courant alternatif fournissent l'nergie apparente qui correspond lapuissance apparente (ou puissance appele). Cette nergie se dcompose en deux formes d'nergie :- l'nergie active, transforme en nergie mcanique (travail) et en chaleur (pertes),- l'nergie ractive, utilise pour crer des champs magntiques.

Les consommateurs d'nergie ractive sont les moteurs asynchrones, les transformateurs, lesinductances (ballasts de tubes fluorescents) et les convertisseurs statiques (redresseurs).

Le rle principal des compensateurs est :

- Correction du facteur de puissance,

- Stabilisation des variations de tension,

- Diminution des pertes dues aux transits de l'nergie ractive.

Lintrt de la compensation ractive est de modifier lcoulement de puissance ractive dans un rseau, i.e. produire localement de la puissance ractive pour viter de la transiter sur le rseau

Avantages de lamlioration du facteur de puissance

Pour la mme puissance active P (kW), diminution de S (kVA) et I (A)

Augmentation de la capacit des installations (P ->S)

Diminution des pertes 3RI2 et 3XI2

Diminution des chutes de tension (amlioration/augmentation de la tension)Diminution des chutes de tension (amlioration/augmentation de la tension)

Diminution de la facture dlectricit car les fournisseurs dlectricit facturent

les kVA ou imposent une pnalit sur le FP

Principe de la compensation

Compenser une installation consiste installer une source d'nergie ractive decompensation qui permet d'amliorer de facteur de puissance de l'installation.

Dtermination de la puissance ractive compenser:

A/ Pour une charge constante (P=cste):

En l'absence de compensation, la tg pour une charge est donne par: tg =Q/P Si on veut l'aide d'une batterie de condensateurs, diminuer tg une valeur tg 1, la puissance de cette

batterie devra tre telle que:

Q=P. tg et Q1=P. tg 1 Alors: QC = Q - Q1 =P ( tg - tg 1 )

A-1/ Dtermination de la capacit du condensateur:

La puissance ractive dlivre par un condensateur est:

QC =V.I= V2C

Le courant traversant le condensateur est donn par :

Donc:

Avec: =2.pi.f (pulsation)

VCCVI ==

/1I

C

V

Groupements de condensateurs Groupement en toile (Y):

La puissance ractive totale dlivre par ce groupement est:

Comme:

Donc:

Alors on peut dduire la capacit C entre (deux phases) comme suit:

CCT IUYQ ..3=

..3

.. CUCVCI ==

..2 CUYCTQ =

C

CC

V

U

IC

1.

2

tgtg

UPC =

CCT IUQ ..3=...3 .3 CUII

phC ==

...3 2 CUCT

Q =

1.

2

tgtg

UPC =

IC

C

C

CU

Iph

Groupement en triangle (): La puissance ractive totale dlivre par ce groupement est:

Thoriquement : le plus prs possible de la charge qui consomme la puissance ractive afin de rduire les pertes dans les conducteurs (souvent peu significatif)

En pratique : Plus pratique et conomique de regrouper les condensateurs (i.e. banc de condensateurs) pour:

Rduire les cots dinstallations et lajout dinfrastructure (sectionneurs,

Modes de compensation de la puissance ractive

Rduire les cots dinstallations et lajout dinfrastructure (sectionneurs, disjoncteurs, cbles, etc.)

Faciliter lentretien, les vrifications et les remplacements

viter les problmes de rsonance harmonique (voir ci-aprs)

Modes de compensation de la puissance ractive:

Compensation individuelle:

Compensation partielle (par groupe):

La batterie de condensateurs est raccorde au tableau de distribution et fournit l'nergie ractive par atelier ou par groupe de rcepteur. Ce mode de compensation

La batterie de condensateurs est raccorde directement aux bornes de chaque rcepteur du type inductif, notamment les moteurs. Elle convient lorsque la puissance de certains rcepteurs est trs importante par rapport la puissance totale, elle offre le plus d'avantages.

Compensation globale:

La batterie de condensateurs est raccorde en tte de l'installation et reste en service de faon permanente. Ce mode de compensation convient lorsque la charge est stable et continue.

l'nergie ractive par atelier ou par groupe de rcepteur. Ce mode de compensation convient lorsque l'installation est tendue et comporte des ateliers dont les rgimes de charge sont diffrents.

Condensateurs:

Compensateurs synchrones :

Technologie conventionnelle utilise surtout dans les rseaux lectriques.

Moyens de compensation de la puissance ractive:

Technologie conventionnelle utilise surtout dans les rseaux lectriques.

Compensateurs statiques

Plus rcent et encore peu utiliss.

Compensateurs synchrones

Compensateurs synchrones : (Compensation statique)

Un compensateur synchrone est un moteur synchrone tournant toujours vide, et absorbant un courant

ractif en avance ou en retard par rapport la tension du rseau, il est destin crer la puissance ractive

(amliorer cos ), et rgler la tension de la ligne de transport.

Principe de fonctionnement:

Lorsque les compensateurs synchrones sont sur-excits gnrent de l'nergie ractive. Lorsqu'ils sont sous-

excits, ils consomment de l'nergie ractive.excits, ils consomment de l'nergie ractive.

Caractristiques :

- un rendement excellent,

- Sa vitesse demeure rigoureusement constante mme si la tension d'alimentation, ou si la charge entrane, subissent des variations.

- Il peut soit fonctionner comme moteur avec un bon facteur de puissance, soit fournir ou absorber l'nergie ractive au rseau sur le quel il est branch.

Linconvnient majeur est lentretient trs onreux.

Les compensateurs statiques sont des moyens de compensation modernes dontl'intrt rside principalement dans la rapidit de rponses de leur systme dergulation. Ils ont vu leurs possibilits s'accrotre grce aux progrs de l'lectroniquede puissance. Ils sont capables de remplir diverses fonctions, tels que:

le maintien de la tension,

le contrle et la gestion des flux de puissance,

l'amlioration de la stabilit du rseau,

l'augmentation de la puissance maximale transmissible.

Compensateurs statiques

l'augmentation de la puissance maximale transmissible.

On distingue deux types de compensation statique de lnergie ractive:Compensation srie.Compensation parallle (shunt).

Compensateur srie commut par thyristor (TCSC: Thyristor Controlled Serie Compensator) :

Le TCSC un dispositif FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Sytsem) srie, utilis dans le rseau sous forme d'lments variables, et rglables trs rapidement au moyen des thyristors. Il sert surtout rpartir de s flux de puissances entre les lignes parallles et amliorer la stabilit transitoire d'alternateurs, en modifiant la ractance globale de la ligne o il est install.

Structure de principe :

Courant de ligne

MOR

Cs Th1Cs : capacit en parallleLs : inductance dont la ractance est

Th1Ls

Th2

Reprsentation schmatique d'un TCSC monophas.

MOR (Metal Oxyde Resistor) appel aussi Varistance: Dispositif de protection pour shunter le compensateur lorsque la surtension dpasse le niveau acceptable pour les condensateurs. Ce dispositif de protection est une rsistance non linaire oxyde de zinc (ZnO).

Ls : inductance dont la ractance estcommand par des thyristors montsen tte bche (gradateur).

Modes de fonctionnement :

1- Mode "Thyristors bloqus":C

Ligne de transmission

Th1

Th2

Mode de fonctionnement "Thyristors bloqus".

2- Mode Thyristors court-circuits : CLigne de transmission

Th1

Compensateur srie commut par thyristor (TCSC: Thyristor Controlled Serie Compensator) :

limpdance du TCSC est une ractance capacitive.

L'impdance quivalente est Th1

Th2

Mode de fonctionnement "Thyristors court-circuits".

L'impdance quivalente est faible et inductive car la totalit du courant de ligne circule travers la branche thyristors

3- Conduction partielle des thyristors:

Thyristor Th1 est amorc, thyristor Th2 bloqu et vice versa. Quand Th1 conduit l'impdance quivalente est inductive et si Th2 Est amorc, l'impdance quivalente est Capacitive.

CLigne de transmission

Th1

Th2

Mode de fonctionnement avec Th1amorc.

CLigne de transmission

Th1

Th2

Mode de fonctionnement avec Th2amorc.

Problmes causs par les TCSs:

a/ Pertes lectriques: Les pertes apparaissant sont d'origine lectriques. Selon le mode de fonctionnement, on peut distinguer les pertes suivantes:Pertes dues au passage dun tat un autre des interrupteurs,Pertes apparaissant l'tat conducteur.Pertes d'inductance.Pertes de condensateur.

b/ Harmoniques:

Les dispositifs base de l'lectronique de puissance sont des sources de courants harmoniques.

Compensateur srie commut par thyristor (TCSC: Thyristor Controlled Serie Compensator) :

Les dispositifs base de l'lectronique de puissance sont des sources de courants harmoniques.

Cest un quipement largement employ dans les systmes de transport d'lectricit pour la rgulation rapide de la tension et la rgulation de la puissance ractive.

Structure de principe:

Il est compos d'un condensateur de ractance "Xc" dont la puissance ractive fournie peut trecompltement enclenche ou compltement dclenche et d'une bobine d'induction de ractanceinductive "XL" dont la puissance ractive absorbe est commande entre zro et sa valeur maximale pardes thyristors monts tte-bche pour assurer des inversions trs rapides du courant.

Compensateur statique de puissance ractive thyristors (SVC:

Static Var Compensator):

des thyristors monts tte-bche pour assurer des inversions trs rapides du courant.

Ligne de transmission

Reprsentation schmatique monophase

d'un compensateur shunt (SVC).

XCTh1

Th2

XL

I QSVC

QCQLVSVC

Le compensateur est considr comme un commutateur.

- Qsvc est positive lorsqu'elle est absorbe par le compensateur (comportement inductif), lecourant d'entre I est un courant ractif (courant dwatt), il est suppos positif lorsqu'il estretard de 90 par rapport la tension Vsvc.

- Si par contre, le compensateur fournit de la puissance ractive (comportement capacitif), cettedernire est considre comme tant ngative, ainsi que le courant I.. Par consquent, lapuissance ractive QL est positive alors que Qc est ngative.

Qsvc

Compensateur statique de puissance ractive thyristors (SVC:

Static Var Compensator):

I

QL

QC

Qsvc

Qind

Qcap

Vsvc/XL-Vsvc/XCVsvc/XC

Exigences poses la puissance ractive.

La puissance ractive Qsvc varie entre une valeur inductive "Qind" et une valeur capacitive "Qcap", avec:

C

SVCX

VQcap2

= C

SVCSVCX

VX

VQL

ind

22=