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  INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE N° attribué par  la bibliothèque  |  __|__|__|__|__|__|__|__|__|__|  T H E S E pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’INPG Spécialité : « Génie Electrique  » préparée au Laboratoire d’Electrotechnique de Grenoble dans le cadre de l’Ecole Doctorale «  Electronique, Electrotechnique, Automatique et Traitement du signal »  présentée et soutenue publiquement par Malik MEGDICHE Ingénieur ENSIEG le 13 Décembre 2004 Sûreté de fonctionnement des réseaux de distribution en présence de production décentralisée Directeur de thèse : Nouredine HADJSAÏD Yvon BESANGER JURY M. J.P. ROGNON , Président M. M. BEGOVIC , Rapporteur M. B. FRANCOIS , Rapporteur M. N. HADJSAÏD , Directeur de thèse M. Y. BESANGER , Examinateur M. D. GRIFFEL , Invité    t   e    l      0    0    3    9    3    0    7    7  ,   v   e   r   s    i   o   n     1       9     J   u   n     2    0    0    9

Sûreté de Fonctionnement Des Réseaux de Distribution en Présence Deproduction Décentralisée (These)

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Sûreté de fonctionnement des réseaux de distribution en présence de production

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  • INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE

    N attribu par la bibliothque |__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|

    T H E S E

    pour obtenir le grade de

    DOCTEUR DE LINPG

    Spcialit : Gnie Electrique

    prpare au Laboratoire dElectrotechnique de Grenoble dans le cadre de lEcole Doctorale Electronique, Electrotechnique, Automatique et Traitement du signal

    prsente et soutenue publiquement

    par

    Malik MEGDICHE Ingnieur ENSIEG

    le 13 Dcembre 2004

    Sret de fonctionnement des rseaux de distribution en prsence de production dcentralise

    Directeur de thse :

    Nouredine HADJSAD Yvon BESANGER

    JURY

    M. J.P. ROGNON , Prsident M. M. BEGOVIC , Rapporteur M. B. FRANCOIS , Rapporteur M. N. HADJSAD , Directeur de thse M. Y. BESANGER , Examinateur M. D. GRIFFEL , Invit

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    Comportement du systme

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    Dtection des pannes Changement de configuration du systme Rparation Remise en service aprs un incident

    Hypothses de dpart

    Approximations dues la mthode

    Connaissance des dfaillances

    Modes de dfaillances Consquences des dfaillances Lois de probabilit associes aux dfaillances

    Objectifs

    Choix des indices de sret

    Choix de la modlisation

    Quantification des indices de sret

    Donnes de sret de fonctionnement

    Pour chaque mode de dfaillance :

    Taux de dfaillance ou Taux de rparation

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    Premire dfaillance

    Analyse du systme

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    Prochain chantillonRsultats Moyenne des indices Intervalles de confiance

    n = N

    Nouvel tat des composants

    !"#$3)1(0

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    # + ,M *+ .0 . %

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  • 7

    ) .0+ ,++ ,+

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    0 , ,M .# A

    9*@C#

    Modle 2 tats Modle avec un tat de repos

    tat demarche

    Tirage du temps de panne

    tat de panne

    Tirage du temps de rparation

    Repos

    Tirage du temps de panne

    tat de panne

    Tirage du temps de rparation

    tat demarche

    Modle avec un tat de repos et un taux de dfaillance larrt

    Modle avec une dfaillance la mise en service

    Repos

    Tirage du temps de panne

    tat de panne

    Tirage du temps de rparation

    tat demarche

    Tirage du temps de panne

    Repos

    Tirage du temps de panne

    tat de panne

    Tirage du temps de rparation

    tat demarche Sollicitation

    !"#1

    .0 + % + .0

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  • 77

    *.00

    #,,/

    .00,M,,#

    I.4.6.2 Modlisation du systme avant rsolution

    0 , .0 * 0

    .09)

    *,#

    I.4.6.2.1 Les rseaux de Petri

    B ) *

    9

    ,, #

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  • 7?

    Repos

    Marche

    Dfaillance

    Sollicitation

    Loi : exp (-t)

    Arrt

    DfaillanceEntre : --

    Sortie : a 1b 0

    Loi : dirac tEntre : c = 1

    Sortie : b 0c 0

    Rparation exp (-t)Entre : --

    Sortie : a 0

    Loi : p = Entre : d = 1

    Sortie : b 1d 0

    Variables dtat du composanta : vaut 1 lorsquil y a dfaillance sinon 0b : vaut 1 lorsque le composant est en marche sinon 0

    Variables de commande du composantc : vaut 1 pour lordre darrtd : vaut 1 pour lordre de dmarrage

    Loi : dirac t=0Entre : --

    Sortie : a 1b 0

    !"#1#

    !IJ,,9

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  • 7H

    Mode dgrad

    Mode normal

    Loi : dirac t=0DfaillanceEntre : a1=0

    Sortie : d2 1

    Succs Loi : dirac t=0Entre : b2=1

    Sortie : --

    Groupe lectrogne de secours G2

    a2,b2,c2,d2

    Charge

    Groupe lectrogneG1

    a1,b1,c1,d1

    Groupe lectrogne de secours G2

    a2,b2,c2,d2

    Charge

    Groupe lectrogneG1

    a1,b1,c1,d1 chec Loi : dirac t=0

    Entre : b2=0

    Sortie : --

    Dfaillance de G1et dmarrage de G2

    Rparationde G1

    Loi : dirac t=0Entre : a1=0

    Sortie : c1 1Rparation

    de G1Loi : dirac t=0Entre : a1=0

    Sortie : c1 1

    Panne du systme

    G1 en dmarrage

    G1 dmarr Loi : dirac t=0Entre : b1=1

    Sortie : d2 1

    !"#1#A3B1

    9 ) 9 * *0

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  • 7D

    I.4.6.2.2 Le codage informatique

    , .0

    ** ,# A , +

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    .0 # , *

    '*@@#A**&

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    I.4.6.3 Lalgorithme Monte Carlo

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    @?#

    0.15

    0.152

    0.154

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    0.158

    0.16

    0.162

    0.164

    1 2001 4001 6001 8001 10001 12001 14001 16001 18001

    Echantillons

    Frq

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  • 7E

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  • 7F

    I.4.7.1 Equivalents analytiques

    !"#!$%&' (

    )$*+)'),-./,)+)(%,)#&

    En admettant lhypothse des lois exponentielles, les calculs sont simples. Ces derniers peuvent nanmoins tre assez longs du fait du nombre important de squences valuer.

    %*).),-. '%+'/+( Trs rapide.

    #. (. "#&',)#&& $ &,

    !$%/0

    Il faut dterminer la probabilit doccupation des diffrents modes de fonctionnement et effectuer un modle de sret pour chaque mode.

    1-& $ &,(.#!.! &

    Afin de limiter le nombre de squences, on pose une limite dordre (hypothse largement vrifie puisque la probabilit des vnements dordre n dcrot en (/)n).

    1-& $ &,(+)-(%/, $*(La mthode, effectuant ses calculs avec des variables moyennes dans le temps, ne peut prendre en compte ce type dvnements.

    1-& $ &,(+)-(%/0

    1%!)%2+ (./(3(,4$

    A chaque combinaison du systme, on peut associer des algorithmes de calculs pour dterminer les variables du systme et ainsi dfinir dans quelles mesures la squence dvnements mne une ou des interruptions.

    ('!)*,)#&./

    '#$*#!, $ &,./(3(,4$

    Lorsque le comportement du systme est complexe, Il est possible de programmer un algorithme pour dcrire les ractions du systme suivant la dfaillance qui se produit.

    I.4.7.2 Graphes de Markov

    !"#!$%&' (

    )$*+)'),-./,)+)(%,)#&

    La formalisation du modle sous forme de graphe est assez intuitive. Par contre, le nombre dtats du graphe augmente trs rapidement avec le nombre de composants.

    %*).),-. '%+'/+(Lorsque le nombre n de composants est important, le systme dquations rsoudre est trs important (2n inconnues).

    #. (. "#&',)#&& $ &,

    !$%/0

    Si les modes de fonctionnements ne sont pas trop nombreux, la mthode des graphes est trs bien adapte aux changements de fonctionnement du systme.

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  • ?G

    1-& $ &,(.#!.! &Pour viter un graphe trop complexe, il est ncessaire dimposer une limite dordre.

    1-& $ &,(+)-(%/, $*(

    1-& $ &,(+)-(%/0

    1%!)%2+ (./(3(,4$

    Les graphes de Markov, tant une reprsentation discrte du systme, ne permettent pas de prendre en compte des variables continues.

    ('!)*,)#&./

    '#$*#!, $ &,./(3(,4$

    Le modle du systme est constitu dun seul graphe de Markov. Ainsi, lorsque le comportement du systme face aux dfaillances est complexe, le graphe peut devenir trs complexe, voir impossible reprsenter sans approximations.

    I.4.7.3 Simulation Monte Carlo

    !"#!$%&' (

    )$*+)'),-./,)+)(%,)#&La modlisation du comportement du systme peut tre assez longue programmer puisquil faut dcrire tout le fonctionnement du systme.

    %*).),-. '%+'/+(

    En fonction de la complexit du modle, du nombre dvnements simuler, du nombre dchantillons souhaits et du logiciel utilis, le temps de simulation peut tre assez long.

    #. (. "#&',)#&& $ &,

    !$%/0

    1-& $ &,(.#!.! &

    Par dfinition, tout le fonctionnement du systme est dfini. Les divers modes de fonctionnement sont donc inclus dans le modle.

    1-& $ &,(+)-(%/, $*(La simulation du systme est chronologique, il ny a donc pas de problme prendre en compte des paramtres qui voluent dans le temps.

    1-& $ &,(+)-(%/0

    1%!)%2+ (./(3(,4$

    Au cours de la simulation, des algorithmes spcifiques calculant ces variables peuvent tre mis en place. La prise en compte dvnements lis aux variables du systme nest donc pas problmatique.

    ('!)*,)#&./

    '#$*#!, $ &,./(3(,4$

    La description du comportement du systme est dcrite par un algorithme et ne pose pas de problmes.

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  • ?@

    I.5 Synthse 8,+%

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    II.1 Introduction

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    +,9C9,,

    .0&

    HTB Tension suprieure 50 kV Rseaux de transport et de rpartition

    HTA Tension comprise entre 1 kV et 50 kV Rseaux de distribution

    BTB Tension comprise entre 500 V et 1 kV Rseaux de distribution

    BTA Tension comprise entre 50 V 500 V Rseaux de distribution

    %"#+C

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  • ?D

    II.2 Les diverses composantes du systme lectrique

    "5

    II.2.1.1 Diffrentes structures

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    %)"+,#

    Filtre actif srie

    DisjoncteursTransformateur

    Auxiliaires

    Alternateur

    Cellule de protection

    Protections machines

    Protection gnrale&

    Protection de dcouplage

    Rseau

    Turbine

    Filtre actif srie

    Disjoncteurs

    Interface dlectronique de puissance avec stockage dnergie

    Auxiliaires

    Pile combustible

    Cellule de protection

    Protections machinesProtection gnrale

    &

    Protection de dcouplage

    RseauPAC

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  • ?E

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    *0*#

    II.2.1.2 Fonctionnement dune source dnergie connecte au rseau

    ,, + 8+

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    o .*,

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    II.2.2.1 Son rle

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    II.2.2.2 Architecture gnrale du rseau de transport et de rpartition

    + 7GG :=# )

    *+ 9 & CC? :=+ FG := H :=#

    .*@E#

    LigneUnit de productionDisjoncteurChargeTransformateur

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    o * 521Z52" 9

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    "6"

    II.2.3.1 Les enjeux

    9 *

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    0+

    -?G@HG%97+

    *#

    Assurer la scurit des biens et

    des personnes

    Respecter les contraintes de qualit de tension

    Assurer un niveau de disponibilit

    Rgime de neutre et systme de protection

    adapts

    Moyen de rglage de la tension

    Localisation des dfauts et reprise de service performantes

    Tlconduite

    Rentabilit conomique du systme

    Compromis entre les cots dinvestissement, dexploitation et le niveau

    de disponibilit fix

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    II.2.3.2 Structure gnrale des rseaux de distribution

    A * 952"+ % 521Z52"+ >

    . % C?G :=" *

    52".+52"Z12912+

    52"Z1212#

    II.2.3.2.1 Les rseaux HTA

    521Z52">&

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    o @GE'="%CEG'="0***#

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    52"&CG:=

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    * 9 /9 52"# !

    9521

    /9#

    Artre principale

    Charge BT( Poste HTA / BT )

    Disjoncteur triphas renclenchementautomatique

    Charge HTA

    Artre secondaire

    Interrupteur

    Disjoncteurrenclencheurde rseau

    N.O.N.O.

    N.O.Interrupteurnormalementouvert

    Ligne vers un autre dpart HTA

    Dtecteur de dfaut

    !"#)156$

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  • H7

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    II.2.3.2.2 Les rseaux de distribution BT

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  • HH

    Disjoncteur

    Coupe-circuit fusible/sectionneur

    Conducteurs triphass

    Disjoncteur

    Coupe-circuit fusible

    Charge

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    II.3 Analyse des dfaillances sur le systme lectrique ,.0&

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    II.3.1.1 Court-circuit

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    Court-circuit entre la phase 3 et la terre

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    2

    3

    Transformateur HTB/HTA

    Icc

    Court-circuit entre les phases 2 et 3

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    Transformateur HTB/HTA

    Icc

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    II.3.1.2 Rupture de la continuit lectrique

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    II.3.1.3 Non fonctionnement la sollicitation

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    II.3.1.4 Arrt dune source dlectricit

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    Puissance maximale transmissible

    dune ligne atteinte

    Courant maximum dune ligne atteint

    Variation brusque de la charge du rseau

    croulementde la tension

    Court-circuit ( cause de lallongement

    des conducteurs de la ligne)ou

    Perte de la lignePerte dun ouvrage du rseauou

    Court-circuit

    Instabilit de gnrateurs

    Dficit de puissance Baisse de la frquence

    Dconnectionde gnrateurs

    Report de charge sur les autres lignes du rseau

    Dconnexion de gnrateurs

    Dconnexionde gnrateurs

    Variations brusques dela charge du rseau

    Puissance maximale transmissible

    dune ligne atteinteOU

    Courant maximum dune ligne atteint

    Variations brusques de la charge du rseau

    Variations brusques de la charge du rseau

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    II.4 Comportement dun systme lectrique .09&

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    Reconsti tution du rseau

    Sauvegarde du rseau

    Sauvegarde des quipements

    Respect des contraintes du systme

    Parades aux phnomnes de dgradation du systme

    Stabilit des groupes de production

    Protections des quipements

    Petites perturbationsVariations de la charge et de la capacit de certains

    moyens de production

    Perturbations importantesCourt-circuit

    Perte dun ouvrage

    Plan de reconstitution du rseau

    Rglages automatiquesTension

    quilibre des puissances

    ---------

    viter les phnomnes de dgradation du systme

    ---------

    Situation normale vnement critique

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    DlestageProtections machine

    Protections du rseau

    Conduite du rseau

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    Rgulateurs des groupes

    Rgleurs en charge Compensateur dnergie ractive

    Scurit du rseau :liminer les violations

    des contraintes

    Ajustement des consignes de tension et de puissance

    Dlestage

    Continuit dalimentation

    Maintenance prventive Localisation de dfaut Reprise de service Maintenance corrective

    Systme information et de communication

    Ordres

    Consignes de rglage Manuvres dorganes de coupure

    Informations

    Consignes des automatismes de rglage Tension et courant en certains points tat des organes de coupures Dtecteurs de dfaut

    Rglages automatiques

    Automatismes de coupure

    Gestion globale

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    Production&Rseau HTB

    Rseaux de distribution

    Rglage de la tension

    quilibre des puissance

    Protection des quipements du rseau et des units de production

    Parades aux phnomnes de dgradation

    Protection des quipements du rseau

    Localisation de dfaut et reprise de service

    Reconstitution du rseau

    Contraintes de fonctionnement

    Protectionsdes

    quipementsPhnomnes

    de dgradation Reprise de service

    Rglage de la tension

    Maintient du systme dans un tat stable

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    II.4.1.1 Adaptation de la production la consommation

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    II.4.2.1 Les protections contre les dfaillances des composants de rseau

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    II.4.2.1.1 Au niveau des rseaux de distribution HTA

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    Poste source HTB/HTA

    Dpart HTA

    Disjoncteur HTB

    Disjoncteur darrive

    Disjoncteur de dpart

    DRR

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    Apparition du dfaut 3 Dclenchements et

    enclenchements successifs

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    II.4.2.1.2 Au niveau du rseau de transport

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    II.4.2.2 Les protections contre les surcharges

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    II.4.2.3 Les protections machine

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    II.4.3.1 Gestion du rseau HTB

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    II.4.3.1.2 Le respect des contraintes du systme

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    Prvention Surveillance Parades ultimes

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    Ecroulement de tension

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    Ecroulement de frquence

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    Instabilit de groupes

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  • EG

    II.4.3.1.3 La reprise de service

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    II.4.3.2 La gestion des rseaux de distribution HTA

    II.4.3.2.1 Les moyens de conduite

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    poste HTA/BT poste HTA/BT appareil arien HTA

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  • EC

    II.4.3.2.2 La localisation de dfaut et la reprise de service

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    Dfaut

    Consultation des informations

    Localisation du dfaut

    Isolement du dfaut

    Rparation par une quipe de maintenance

    Retour ltat normal

    Reprise de serviceRalimentation des

    charges dans la mesure du possible : le rseau est en

    mode dit dgrad

    Manuvres des organes de coupures manuels ou tlcommands

    Manuvres des organes de coupures manuels ou tlcommands

    Consultations des informations tltransmises ou par une quipe sur le terrain

    Manuvres des organes de coupures manuels ou tlcommands

    Mise hors tension dune partie du rseau

    par les protections

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    II.4.3.3 Les rseaux BT

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    II.5 Les volutions futures des rseaux de distribution

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    II.5.2.1 Insertion sur un dpart HTA classique

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    II.5.2.2 Une nouvelle architecture de rseaux de distribution

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    II.5.2.3 Le concept de centrale virtuelle

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    Marche dnergieMarche

    dnergie Centrales de production centralises au niveau HTB

    IndustrielsIndustriels

    ~~IndustrielsIndustriels

    GAZGAZ

    BatteriesBatteries

    ~~

    ~~

    biogazbiogaz

    ~~

    oliensoliens

    ~~

    microgroupes~~

    Piles combustible

    Piles combustible

    ~~

    panneauxsolaires

    panneauxsolaires

    Participants au Consommateur Virtuelle

    Participants la Centrale Virtuelle ~~

    Pilotage de la centrale virtuelle

    Rseau HTA

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  • FG

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    Impacts potentiels de linsertion de GED sur un dpart

    Plan de protection

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    Scurit des personnes

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    Plan de tension

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    Perturbations dynamiques

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    Perturbations sur la qualit de la tension

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    GEDGED

    Disjoncteur de dpart

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  • F@

    II.6 Synthse .0,+*

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  • FC

    Zones rurales Agglomrations moyennes

    de 10 000 100 000 habitants

    Grosses Agglomrations de plus 100 000 habitants

    Cur des grandes villes

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  • tel-0

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  • tel-0

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  • F?

    III.1 Introduction

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  • FH

    III.2 Modlisation de sret dun systme lectrique . .0

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  • FD

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  • FE

    Nouvel vnement(Changement dtat)

    Contraintes non respectes ?

    Nouvel tat du systme

    Surveillance de ltat du systme

    Mise au pointdactions correctrices

    OUI

    NON

    Dfaut non Localis ?

    OUI

    NON Mise au point de manoeuvresde localisation de dfaut

    et reprise de service

    Nouveaux paramtres du systme-Topologie

    - tats des composants- Puissances produites

    - Puissances consommes

    Panne duncomposant Rglage

    des consignesdes gnrateurs

    Rparationdun composant

    Manuvredun composant

    Dclenchement dune protection

    Remise en service

    Variations des puissances

    consommes

    Variations des puissances

    produites

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    III.2.2.1 La topologie

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    III.2.2.2 Les charges

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    III.2.2.3 Les sources

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    III.2.2.3.1 La capacit variable dune source

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    P olienne

    Vitesse

    du ventModle alatoire de la

    puissance de lolienne

    Modle alatoire du ventVn = m + d . ynAvec yn=c1.yn-1+c2.yn-2+c3.un+c4.un-1+c5.un-2O ci sont des constantes, u une loi normale de moyennenulle, m la moyenne du vent et d la dviation.

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  • @GG

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    P olienne

    Vitesse

    du vent

    Probabilit

    Vitesse

    du vent

    Distribution de la puissance de

    lolienne

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    III.2.2.3.2 Modlisation dun moyen de stockage

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  • @G@

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  • @GC

    Calcul des tensionsde court-circuit

    Court-circuit ?

    Calcul de rpartition de charge

    Tests si la variation de puissance est dans la

    bande de rglage du rseau ?

    croulement defrquence

    Dclenchement des protections de rseau et ventuellement

    de certaines protectionsde production

    Instabilit de tension ?Surcharge ?

    Capacit de systmeest suprieure la charge ?

    -A-

    AB

    Actions correctrices

    Dfaillance localiser ?

    Actions de localisation de dfaut et de

    reprise de service

    AB

    Nouvel vnement

    AB

    Nouveaux paramtres du systme-Topologie

    - tats des composants- Puissances produites

    - Puissances consommes

    Perte de stabilit de certaines machines

    Dclenchementde certaines protections

    de production

    AB

    AB

    -A-

    -A-

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  • @G

    III.2.3.1 Cas dun court-circuit

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    .#A

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    III.2.3.2 Cas dune dconnexion dun gnrateur

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  • @G7

    III.2.3.2.1 Stabilit en petits signaux

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    Production Nud infinia < x < b

    Impdance quivalente du rseau

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    III.2.3.2.2 Stabilit sur report de charge

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    III.2.3.2.3 Dconnection sur les courts-circuits

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  • @G?

    U(t)

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    Apparitiondu dfaut

    300 ms 2,5 s

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    DG_B

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    liminationdu dfaut

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    III.2.3.2.4 Stabilit sur les enclenchements de charge

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  • @GH

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  • @GD

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    volution maximale de la frquence du rseau

    volution relle de la frquence du rseau

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  • @GE

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    III.2.3.3 Cas dun croulement de frquence

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    .+9,*,,+.

    ,,#A

    * 7?# " ,+

    ,

    #

    Temps dcroulementdu rseau

    Dficit de puissance

    !"#1*

    III.2.3.4 Cas dune surcharge

    *9#!

    ++9%

    9#A3#A

    * I(]J *+

    , 3 0 *

    % 9,,N

    #%&

    tel-0

    0393

    077,

    ver

    sion

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  • @GF

    o ,, * 9 N

    9#

    o **

    )(;+,=(,*

    ,+)(

    =+*

    *#

    o % *

    *#

    ; + , N+ ,#

    &=N%,

    ) ; * % N# ! 0

    *+ + , 3 9

    N#

    . *

    ,.0,,#

    9D#

    *%0

    # B , * 7H

    . , *

    ,*#

    Temps

    Courant

    Dtriorationdu composant

    !")#1)3

    tel-0

    0393

    077,

    ver

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  • @@G

    ) *+ 9 *

    * ,M+ ,9 ,

    *# A 0

    *#

    III.2.3.5 Cas dune instabilit de tension

    ***#

    S*9

    & 9 * 9 C+

    #AS.

    +,#A0

    0 ,& .

    +.

    *#

    0#

    5"

    III.2.4.1 La localisation de dfaut et la reprise de service

    +*#7##C#C+,&

    o ,

    . ,

    ,+ /+ R

    0 %

    ,#

    o ,

    (#

    o 6 > +

    %*

    #

    - * + 9( ,

    ,#!+,*,

    ,,#

    tel-0

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  • @@@

    ) 8 , S ,

    *+ * ,*

    ,*#

    lment dfaillant

    S 1 S 2

    Ouverture de S 1

    Ouverture de S 2

    S 3

    Ouverture de S 3

    = 0 = 0 = 0.1

    S 2 ne souvre pasS 2 sest ouvert

    !".#111

    )+*,*&

    o 6.0

    0&%

    +,

    +#

    o .0*

    &,**

    N 0* *

    ,,

    *%#!

    +,,.*#

    III.2.4.2 Les actions pour respecter les contraintes

    III.2.4.2.1 Surcharge

    !0*+*,,,

    9,,N#.

    * + + * *

    *++**#6

    + 0 , ,# )

    +P9

    ,#).09

    + 9 % +

    tel-0

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    077,

    ver

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  • @@C

    .09+,

    0#

    !+,9

    0*

    #)+,

    3

    ,9

    N # 9 9 E#

    *

    *+9*

    3%#!0+

    # ,,

    %,

    9#

    III.2.4.2.2 Ecroulement de frquence

    ,+

    % ,, *

    #%,Z*%%

    ,,0,

    .0**S*

    *#

    III.2.4.2.3 Ecroulement de tension

    *

    9*&N

    + * +

    #

    &

    o ***#

    o "* * *P 9

    *#

    o !*#

    tel-0

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  • @@

    6

    + , N# 9

    NT1FEU Td6EHU+ N

    % #

    + 0 0 + * &

    **,#

    *

    III.2.5.1 Evnements alatoires

    - + * ##@+ ,

    + 3 *

    *

    0%+%*9+R +

    .0

    #)0+ ,

    ,9

    . .0# ) + ,

    *

    +

    #

    Court-circuit permanent

    Court-circuit momentan

    Rupture de la continuit

    Dfaillance la sollicitation

    ouverture

    intempestive Arrt Rparation

    )0

    Gnrateur X X X XProtection Disjoncteur X X X X

    Fusible X X X

    Interrupteur X X X

    Transformateur X X X

    Jeu de barre X X X

    Cble arien X X X X

    Cble souterrain X X X

    %"#56$

    ,

    ?# ,

    % + . ,

    ,9

    09,

    #)

    ,

    %

    +

    ,,,#

    tel-0

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  • @@7

    )&

    o +.%9,

    *( O

    . +

    @Z#

    o 6+*%@Z#

    ) . ,

    + 9

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    + 9,

    * ,

    ,

    #B+

    .9,

    ,9,

    %

    / *+ 9

    ,

    #"&

    o 6 8 ,#

    ,

    %

    #

    o 689.#

    9,

    WV)#+S)

    # 0 )

    .0++8.0

    %,,#

    08 ,

    **#"+8

    0,#

    III.2.5.2 Les facteurs influenant la fiabilit des composants

    ! , % 9 , 9

    ,

    + (+

    * ,

    *

    ,,#,&

    o .K+

    (

    *9,,#

    o ,#

    tel-0

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  • @@?

    o

    ,

    *#

    o 0*3 ,

    0#

    o 3

    9 *

    #

    o 9 9+ *+ + R (

    ,*#

    , ,M , 0

    + 9+R

    ,

    *,,

    #)+

    +9

    ,

    ,#A9,*&

    o .0,#9

    ,

    , 9 ,

    .

    #

    o .0#9,

    ,0%C*7ET1AG@U#

    9+

    0+

    ,0%#,.0

    %C

    0,,,.0

    0 . . 0 9 %

    TO"-GCU#

    temps

    Mauvais temps

    Temps normal

    0 % 100 %

    temps

    Mauvais temps

    Temps normal

    0 % 100 %

    vnements exceptionnels

    Modle 2 tats Modle 3 tats

    !"/#1+*

    tel-0

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  • @@H

    III.3 Les mthodes de calcul de sret pour les rseaux lectriques

    4+6+

    -+#C+,,

    . 8 ,&

    +%+.9

    %N8%

    .+*#

    &

    o .#

    o *':#

    o '9)#

    o '.,#

    ! * #7#D+

    9#"+ #

    9

    ,,0&

    o 9#

    o #

    o #

    o ) 9 + , *

    ?G%@GG#

    o ) *+ 8+ %

    , . +

    #

    #C+ + .

    +%

    2 H# * ': 9 .0

    + 8 ,

    ..'#

    tel-0

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  • @@D

    Simulation Monte Carlo

    Caractristiques Calculs requis Graphes de

    Markov Equivalents analytiques Rseaux de

    Petri Code

    informatique

    " x x x x ;, x Approximations x x Topologie

    =-9, -

    Approximations x x

    "- x - x Puissance des

    charges =

    *0 -

    Approximations - x

    "- x - x Capacit des

    gnrateurs = '0

    -

    Approximations - x

    1*

    *

    x x x x Moyen de stockage **

    - - - x

    Protection de rseau !,

    !

    />

    x x x x 6

    - - - - Protections dun

    gnrateur !0

    ++# ".

    . - x - x 6

    - - - - Ecroulement

    De frquence )0 ".

    . - x - x Surcharge )0

    * - x - x

    6

    - - - - Instabilit

    de tension )0 "

    *

    - x - x 6 " x x x x Localisation et

    Reprise de service 9+*0*

    "*

    ,N

    - x Approximations x 0*

    "0* - x - x

    Actions correctives ",*,

    ',

    ,

    - x - x

    9

    6. x x x x Lois de distribution

    " 6- - x x

    Grand nombre dlments - x x x

    Plusieurs points de calcul

    - x x x

    %")#)

    tel-0

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  • @@E

    ,"-,"

    III.3.2.1 Mise en uvre

    0 ,

    # ) +

    0 IJ .0 * D+ + %

    +,,,

    #

    Df aut initiateur

    Analy se du sy stme

    Raction du sy stme

    Action

    Action

    Nouv el tat du sy stme

    Analy se du sy stme

    Raction du sy stme

    Nouv el tat du sy stme

    Analy se du sy stme

    Raction du sy stme

    Nouv el tat du sy stme

    Analy se du sy stme

    Raction du sy stme

    Nouv el tat du sy stme

    Analy se du sy stme

    Raction du sy stme

    Action

    Nouv el tat du sy stme

    Analy se du sy stme

    Raction du sy stme

    Nouv el tat du sy stme

    Analy se du sy stme

    Raction du sy stme

    Df aut 2me ordre

    Analy se du sy stme

    Raction du sy stme

    tt

    t

    1 1

    1

    !"0#))*1+

    tel-0

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  • @@F

    *7F&

    o ) ,

    ,

    +.0#

    o .0,,

    *7F#".0+9

    ,

    %

    /+

    ,9,

    @(0#

    o ) + 90,,C#A

    * + ,

    #

    o A/%#

    #

    Action1 Dj Dj

    n.o.

    L2

    L1

    S

    Dj

    Ouverture Dj

    vnement initiateurDfaut L1

    Ouverture S

    Action

    Fermeture S

    Action

    Rparation L1Rparation DjFermeture Dj

    Rparation L1Fermeture DJRparation n.o.Fermeture S

    Rparation L1Rparation SFermeture DJ

    Rparation L1Fermeture DjOuverture SFermeture S

    Dfaut L2

    Ouverture SRparation L1Fermeture DJRparation L2Fermeture S

    Seq 1 Seq 2 Seq 3 Seq 5Seq 4

    S

    1 S S

    1 S S

    Temps ngligeable

    TS

    TS

    1/1

    !"3#*1+A3B

    tel-0

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  • @CG

    *?G9.0.I52"J

    521Z52"+ / !/+ * @+ 6+

    *C6#),9+,

    0,

    %*

    (*C#

    ) ,

    I( * @J+

    ,# @ C

    W@Z@+,C0*C#

    t

    t = 1/1

    t

    Ouverture de Dj

    Dfaut L2

    Rparation L2Puis fermeture S

    Rparation L1Puis fermeture DjClients

    connect s L1

    Clients connect s L2

    Ouverture de SFermeture de S

    t/2

    t = 1/2

    t = Ts+TS

    !"#)31*

    B,,

    +,,

    ..

    * # , , + % +

    *,,

    *?@#

    tel-0

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  • @C@

    +##D%#@@,,.

    @@98

    @%@C%C#&

    @

    C\66!/@@

    @

    C\66!/@

    @@@@

    @9@@@@``'.

    =

    =

    ( )

    ( )

    ++

    =

    =

    =

    =

    C

    \66

    @

    C\66!/@C

    @@

    C\66!/@@

    @

    C\66!/@C

    @

    C\66!/@@

    @22

    @@@@!

    @@@@@!

    C@

    @@@

    @@

    @@@

    III.3.2.2 Hypothses

    .0&

    o 9 ,

    0 # (

    + .0

    ,+*%,.0#

    o ! ,

    + %

    **+*+*%#

    III.3.2.3 Limitations

    III.3.2.3.1 Les composants forte indisponibilit

    6.0

    * + .0 9 ,

    9 ,# * ?C 9

    .0@?*@'="*%?_#A

    @?*, G+7H#

    " .0+

    + .0

    ,+*%@+,#

    tel-0

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  • @CC

    Modle alatoire de la capacit du systme(15 gnrateurs de 1 MVA avec 5% d'indisponibilit)

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Capacit du systme en MVA

    Pro

    babi

    lit

    !"#13

    ! + , , 9

    *),,0

    8#"+9+,

    &

    o "*#

    o B*@?,,#

    o !9*@?@7WC@G,,#

    o 2*@?@7@WCDG,,#

    ) + , , 0

    ,9+,

    ,

    7+?+H+R *#

    III.3.2.3.2 Les paramtres variables

    *

    *#

    6 0 * *+

    9*+ ,

    S

    ,

    *

    .*#

    tel-0

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  • @C

    *9&

    o ,,+

    (

    @HE

    EDHG + , ,

    ,,

    # "+ , @ C0 +

    0#

    o !++ ,,

    %

    ,,*#,++

    #

    )+.0%90*

    % 0 +

    **+0,,

    ,

    *?#90+%0

    , .0 %

    ,

    .0 * . #

    + . +

    .#

    Puissance de la charge

    Capacitdu systme

    100 %

    100 %

    Dficit de puissance

    100 %

    Temps

    Temps

    Temps

    !"#1

    tel-0

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  • @C7

    "*4

    ' * 0

    .0*D*7G#

    .0&

    o ) ,

    ,+

    %+,

    IJ

    9+9

    0+

    W >Z S>, UGe@T# ,

    +S

    #

    o ),

    %

    0+

    >cS>,UGe@T#

    o +

    0,

    #

    0 *

    .+9&

    o B

    ,.0#

    o 0%

    0*E#

    ) 0 + .

    9) *P % * 9)

    0 * '

    *#!+

    *9)'A"()T'AGCU+

    *+'#

    tel-0

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  • @C?

    III.3.3.1 Modlisation du systme par Rseaux de Petri

    * 'A"() 9 ) +

    &

    o 9

    + + + *(+

    ]

    +R #

    o ,,9#

    o

    I2JIABJ#

    o %.+

    ,. , (.

    # A +

    +

    I*J

    .

    #

    &

    o 0

    + +R #

    0*.0#

    o . * , + .0

    , 9 *

    952"+9

    ,*

    9#

    +9 *?7+ , 0

    )I*J

    # +

    /+ ,, IJ 0

    ,,)I*J#

    tel-0

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  • @CH

    Modles des composants du rseaux

    Gestionnaire du rseau

    !"#1*#

    III.3.3.2 Modlisation sous Matlab

    * ' ,, 9

    &

    o ** *

    *#

    o +

    9.

    *(#

    o ) , , +

    *+R #

    o /%9#

    ',,08.0#

    tel-0

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  • @CD

    Modification de ltat des composants

    du rseau

    Prochain vnement

    Choix de lvnement

    -Court-circuit

    -Rparation

    -Panne dune gnration

    -Rglage gnrations

    -Dlestage de charge

    -Dclenchement des protections de surcharges

    -Tentative de relestage

    -Manuvres dun organede coupure

    - Variation de charge ou de capacit de production

    Matrice COMPOSANTS RESEAU

    tat des composants du systme (ligne,disjoncteurs

    gnrations,clients)Composant en court-circuit

    Composant disponible

    Unit non connectable

    Rglage gnrations

    Charges non connectables

    Ouverture disjoncteurs

    Charges connectables

    Calcul des tensionsde court-circuit

    Court-circuit ?

    Calcul de rpartition de charge

    Dclenchement de certaines protections machines

    f ace lv nement

    croulement def rquence

    Ordres de dclenchement des protections de rseau et

    v entuellementde certaines protections

    de production

    Instabilit de tension ?Surcharge ?

    Capacit du systmesuprieure

    la charge ?

    Actions correctricesOrdres de : Rglages de production Dmarrages de production Dlestage de charge

    Df aillance localiser ?

    Actions de localisation de df aut et de

    reprise de serv ice

    Nouveaux paramtres du systme-Topologie

    - tats des composants- Puissances produites

    - Puissances consommes

    Dconnexions decertaines machines

    Ordres de dclenchementde certaines protections

    de production

    OUI

    OUI

    OUI

    NON

    OUI

    Ordres douv erture et/ou de f ermeture

    Comptabilisation des indicesPour chaque client

    -Nombre dinterruptions-Indisponibilit

    Matrice EVENEMENTSvnements affects

    dun temps doccurrence

    Composant ouvert/ferm

    NON

    NON

    OUI

    NON

    !"#3)3(

    6*??+,,0.0#A&

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    +,Z,+Z,+Z

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    tel-0

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  • @CE

    III.4 Synthse IJ(

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  • @CF

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    N,

    ,,.0#

    ) 8 !+

    ,

    .0

    *?H#

    Calcul de rpartition de charge

    Amplitude de la surcharge et courbe de tenue en cour ant composant

    Instant de l a panne

    Calcul au pralable du temps moyen de dconnection

    des units de pr oduction sel on l e dficit de puissance

    Instabilit sur court-circuit

    Calcul des tensions lors du court-circuit

    Dclenchement des protections sur critre de tension

    Calcul au pralable du temps moyen de dconnection

    des units de pr oduction lors d une instabilit de tension

    Instabilit en petits signaux

    Calcul de limpdance quivalentedu rseau vue de l a machi ne

    Si celle-ci nes t pas dans les critres exigs, on suppose que l a machine est dconnecte

    Instabilit sur report de char ge

    Calcul de la variation de limpdance quivalente du rseau vue de la machine

    Si celle-ci nes t pas dans les critres exigs, on suppose que l a machine est dconnecte

    Instabilit sur encl enchement de char ge

    Calcul du F occasionn

    Calcul du temps mi nimum pour que le sys tme r etrouve sa frquence initial e

    Si lvoluti on de F nentre pas dans l es critres exigs,on suppose quil y a dcl enchement des machines

    Dlestage automatique de chargeet / ou

    dlestage volontaire dune quantit de charges

    Surcharge

    croulement de tension

    croulement de frquence

    Dconnexion de gnrateurs

    Rglages des gnrationset / ou dlestage de charge

    appropris

    lotage des zones saines

    Dclenchement dune certaine partie des charges

    compte tenu du dficit en puissance et du temps moyen ncessaire

    Dclenchement des rel ais frquenti els avant lcroulement total e

    lotage des zones satisfaisant :

    Capacit suffisante pour alimenter les charges

    Critres assurant la stabilit des machines

    Dclenchement des rel ais frquenti els avant lcroulement total e

    Dclenchement dune certaine partie des charges

    compte tenu du temps moyen ncessaire

    Matrice des facteurs de distribution

    Contraintes (gnrateurs, charges, lignes)

    Optimisation

    Dlestage automatique de chargeet / ou

    dlestage volontaire dune quantit de charges

    Modlisation des nouveaux types de dfaillances Modlisation des ractions du systme

    !")#)3

    0 +

    . +

    99#

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  • @G

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  • @

    IV.1 Introduction

    !9

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  • @7

    * 9 .0 , 9 +

    0#

    IV.2 Insertion dune gnration disperse sur un rseau HTA /,*

    52"#A

    I!"JTG@U , 9#

    .52"*?D#

    S

    Dparts HTADparts HTA

    C0202

    C0505

    C0606

    C0707

    C0808

    C7000

    C0202

    C0505

    C0606

    C0707

    C0808

    C7000

    Dparts HTADparts HTA

    C0202

    C0505

    C0606

    C0707

    C0808

    C7000

    C0202

    C0505

    C0606

    C0707

    C0808

    C7000

    !".#-7A7$B

    A 52" ,M .

    9(%(0

    & !

    0 #A ,

    9%?%GCGC?%

    GDGD#

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  • @?

    7 4"5"8%$

    A%.52"#.0

    9!#

    IV.2.1.1 Le rseau tudi

    -( %/

    5

    5

    -ZA

    !@ !C !7

    521&H:=

    52"&CG:=

    2@ 2C

    $1@ $1C

    !/@52" !/C52"

    ! !? @ C 7 ?

    !"/#$)

    521Z52" . GCGC GDGD

    *?E*?F#*!@+!C+@C

    .GCGC

    !+!7+!?++7?.GDGD#

    Dpart D1

    Versdpart D2

    Dpart dun autre rseau

    Versdpart C1

    Vers dpart C1

    Vers dpart

    C1

    Vers dpart D1

    Dpart D2

    Charge BT

    Charge HTA

    Interrupteur manuel

    Interrupteur tlcommand

    Cble triphas

    Dtecteur de dfaut

    Secours

    Charge BT

    Charge HTA

    Interrupteur manuel

    Interrupteur tlcommand

    Cble triphas

    Dtecteur de dfaut

    Secours

    Charge BT

    Charge HTA

    Interrupteur manuel

    Interrupteur tlcommand

    Cble triphas

    Dtecteur de dfaut

    Secours

    Charge BT

    Charge HTA

    Interrupteur manuel

    Interrupteur tlcommand

    Cble triphas

    Dtecteur de dfaut

    Secours

    N.O.

    N.O.

    N.O. N.O.

    N.O.

    N.O.

    !"0#$)0//8@3):0//8@

    :

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  • @H

    9*&

    o )52"+%/#

    o ) 52"Z12+ %

    *HG#

    Postes sur poteau (type H6 ou CH)Postes en bas de poteau (type CB)

    Postes type Rural Socle (RS)Postes type Rural Compact (RC)Postes type Urbain Compact (UC)Postes type Urbain Portable (UP)

    Postes sur poteau (type H6 ou CH)Postes en bas de poteau (type CB)

    Postes type Rural Socle (RS)Postes type Rural Compact (RC)Postes type Urbain Compact (UC)Postes type Urbain Portable (UP)

    Rseau HTA

    Rseau HTA

    Rseau HTA

    !")3#56$E=6

    , *#C##C#@#A

    ,52"&

    o .9#

    o -#A# + ,+

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    ,,*,+ 3.#

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    /

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    tel-0

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  • @D

    o 521

    / 52"+ .GCGC 9 %

    ,#

    o ** **,

    #

    IV.2.1.2 Analyse qualitative des dfaillances

    IV.2.1.2.1 Modes de dfaillance des composants du systme

    Composants Mode de dfaillance

    Interruption courte G#? ( G#GDInterruption longue * G#GH7 ( * @#FC

    Court-circuit permanent /2 G#GG ( 7Ouverture intempestive /2 G#GG ( 7Dfaillance la sollicitation ( G#G?_ 4

    Court-circuit permanent /2 E#EG(G? ( C#HOuverture intempestive /2 E#EG(G? ( C#HDfaillance la sollicitation ( @_ 2.6

    Court-circuit permanent /2 G#G ( C#HOuverture intempestive /2 G#G ( C#HDfaillance la sollicitation ( E_ 2.6

    Court-circuit permanent G#GG7%G#@E ( Dfaut fugitif ou auto-ext ,* G#G@H%G#??C ( ( (

    Court-circuit permanent G#GG@?%G#G?@ ( @H

    Court-circuit permanent /2 G#GG?C ( H#

    Court-circuit permanent /2 #C7(GC ( COuverture intempestive /2 #C7(GC ( CDfaillance la sollicitation ( ( 2

    Court-circuit permanent /2 @#7G(G ( 7Ouverture intempestive /2 @#7G(G ( 7

    Interrupteur tlcommand HTA

    (par an)Poste source HTB/HTA

    Disjoncteur HTA

    r (heures)

    Interrupteur manuel HTA

    Cble souterrain HTA (1 km)

    Transformateur HTA/BT

    Ligne arienne HTA (1 km)

    Fusible Sectionneur HTA

    Disjoncteur BT

    %".#156$

    D,

    52"

    8#-9,

    9(

    *,*W7#

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  • @E

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    *#

    0*.0*##C&

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    o ! + * .0 521&

    52"( *0

    521,,

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    521# A + . * +

    0 ,

    *& + 521+ .

    521Z52"+,

    8#

    IV.2.1.2.2 Comportement du systme

    *#7+K*

    8 52" P ,

    *H@#

    tel-0

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  • @F

    Court-circuit sur le dpart

    Ouverture intempestive dun

    organe de coupure du rseau

    Manuvres des interrupteurs tlcommands avec dtecteur de dfaut Manuvres des interrupteurs tlcommands sans dtecteur de dfaut Manuvres des interrupteurs manuels avec dtecteur de dfaut Manuvres des interrupteurs manuels sans dtecteur de dfaut

    Ouverture des interrupteurs tlcommands juste en amont et juste en aval de lorgane dfaillant

    et fermeture des secours.

    Dfaut fugiti f

    Dfaillance du disjoncteur de dpart

    Cycle de renclenchementdu disjoncteur de

    dpart

    Dfaillance du poste source

    Isolation du disjoncteur

    du reste du dpart

    Ralimentation du dpart par le secours connect

    lautre rseau

    Rparation dun composant

    Ouvertures des ventuels secours

    Fermeture de organes de coupures (isolant le composant

    rpar

    Ouvertures du disjoncteur de dpart

    Ralimentation du dpart par le secours connect

    lautre rseau

    Cycle de renclenchementdu disjoncteur de

    dpart

    Ouverture des interrupteurs juste en amont et juste en aval de lorgane dfaillant et

    fermeture des interrupteurs tlcommands.

    !")#

    ,52"+,

    ,0*9H

    9N

    ,&

    o ",,,+

    >S,

    *,

    *,#

    Zone dfaillante

    N.O.N.O.

    N.O.

    Int 1

    Int 11

    Int 12Int 14Int 13

    Int 24 Int 25

    S2

    S1

    Int 22

    Int 23

    Int 26

    S3

    Int 2Int 31

    Int 33

    Int 32

    Int 34Int 35

    Int 21

    !")#156$

    o * ,& !+

    ,+

    ,+

    tel-0

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  • @7G

    , , , 9

    090,#

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    o > , ,,

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    ,*HC+6@6C#

    o >,

    ,+IPJ%

    > CC 9 %

    > /+ ,

    >,

    @/

    #6(+,CC+,

    CC# ,, +

    %,

    #

    IV.2.1.3 Rduction du systme

    ,,+!@+,M&

    o 521 521Z52"& 521

    ,,8952"+,

    5218#

    o 52"/$1@&9(,,,

    /,

    3/

    # ) %

    +++#

    o 52" / $1C& 9( ,, , !@

    9 /9 + (%(

    #

    @_,.0+**#

    o . K & +

    #

    o 912&

    52"Z12 * HG# 6

    tel-0

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  • @7@

    12+9,

    , ( 52" ,

    * # "+ %

    / 0 %

    *HG#

    o * 52"& 52"Z12+

    /#

    C1

    D2

    Disjoncteur de dpart

    12

    3

    4

    5 6

    7

    8

    9

    10

    11

    12

    13

    14

    15

    16

    1718

    19 20N.O.

    N.O.

    N.O.

    D2D3D4D5

    E1

    C1

    Poste source

    Autre p

    oste

    source

    Dparts quivalents

    Interrupteur manuel

    Interrupteur tlcommand

    Section quivalente

    Dtecteur de dfaut

    Secours

    Interrupteur manuel

    Interrupteur tlcommand

    Section quivalente

    Dtecteur de dfaut

    Secours

    Interrupteur manuel

    Interrupteur tlcommand

    Section quiva