SVC Light un outil puissant pour améliorer la qualité de l énergie

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1 SVC Ligh un ouil puissan pour améliorer la qualié de l énergie ABB a développé e inrodui une nouvelle echnologie appelée SVC Ligh qui, avec le sysème de converisseur de source de ension VSC (Volage Source Converer) e des GBT (Transisors bipolaires à gâchee isolée), fourni un ouil unique en son genre pour améliorer la qualié de l énergie dans la gamme des puissances élevées. La nouvelle echnologie es en rain d êre insallée dans une aciérie suédoise où elle servira à aénuer le papilloemen provoqué par un grand four élecrique. L appariion sur le marché de semiconduceurs à commande coninue capables de commander des puissances élevées a permis de réaliser des converisseurs de source de ension élecroniques de puissance réacive à caracérisiques hauemen dynamiques desinés à la gamme des puissances de plusieurs dizaines de MVA. Récemmen, ABB a inrodui le concep SVC Ligh. Celui-ci combine la echnologie VSC e des GBT (ransisors bipolaires à gâchee isolée) pour fournir des opions enièremen inédies pour l amélioraion de la qualié de l énergie élecrique. Ce concep perme d accéder à des domaines inaccessibles précédemmen e qui ne pouvaien êre maîrisés que pariellemen, par exemple celui de l aénuaion du papilloemen de la ension provoquée par de grandes charges indusrielles alimenées par des réseaux de disribuion faibles. Qualié de l énergie Le risque des enreprises d élecricié Au cours des années 90, l imporance du papilloemen s es accrue dramaiquemen, en pariculier dans les pays don les marchés de l énergie élecrique on éé libéralisés. La qualié de l énergie es devenue un argumen imporan du marché. Les enreprises d élecricié qui ignoren leur clienèle, risquen de la perdre à leur concurrence, quelle que soi leur grandeur. Ce fai a préparé le errain pour des soluions qui, par l aénuaion du papilloemen, redonnen des argumens concurreniels aux enreprises d élecricié. Le poin de vue des aciéries Bo Bijlenga Rolf Grünbaum Thomas Johansson ABB Power Sysems AB La puissance de cour-circui d un réseau élecrique e la puissance disponible imposen des resricions à la capacié maximale envisageable pour de nouvelles aciéries. Le pei invesissemen supplémenaire causé par un sysème SVC Ligh es rapidemen amori par l augmenaion de producivié qu il perme. Non seulemen un sysème SVC Ligh sabilise la ension e garani une puissance suffisane, mais par l aénuaion du papilloemen, il élimine aussi le risque des resricions imposées à celui-ci e qui limien la grandeur des fours élecriques insallés. Avec le SVC Ligh, ni les resricions du papilloemen, ni la demande de puissance élecrique ne son des condiions limiarices pour les nouveaux projes d aciéries. Dans l aciérie ddeholm Tooling, à Hagfors, Suède, le premier proje SVC Ligh es en plein déroulemen. La mise en service es prévue pour la fin de l année 1998 e la récepion officielle pour janvier Les perurbaions se répanden loin Pour les fondeurs d acier uilisan principalemen de la ferraille comme maière première, le four élecrique es à la fois un ouil esseniel e efficace. Pouran, le propriéaire du réseau e le fournisseur d énergie élecrique ne considèren l exploian d un four élecrique non seulemen comme un clien, mais aussi, dans le pire des cas, comme un pollueur du réseau. n four élecrique peu êre la cause de disorsions massives sous forme de flucuaions de la ension, d harmoniques e de dissymérie des phases. En oure, le réseau doi ransporer de la puissance réacive pendan la marche du four élecrique, ce qui provoque des peres de ranspor e des perurbaions du ranspor de la puissance acive uile. Les mêmes remarques son applicables aux aures ypes de charges lourdes indusrielles (par ex. laminoirs, grands reuils de puis miniers, ec.) qui reçoiven leur énergie de réseaux de disribuion. Si elles ne son pas reenues correcemen, les perurbaions provenan d une charge indusrielle quelconque se réparissen à ravers le réseau vers les insallaions voisines 1. Par bonheur, il exise des possibiliés pour résoudre le problème d une mauvaise qualié ou d une qualié insuffisane de l énergie dans les réseaux. L une d elle es évidene. Elle consise à renforcer le réseau de puissance par la consrucion de nouvelles lignes de ranspor plus puissanes. On peu aussi élever la ension au poin de couplage commun. De elles mesures son onéreuses e requièren beaucoup de emps, pour auan qu elles soien permises. Revue ABB 6/

2 ne méhode simple, direce e de prix avanageux pour améliorer la qualié de l énergie consise à insaller des équipemens spéciaux à proximié immédiae de la ou des sources de perurbaions. Le sysème de compensaeurs élecroniques de puissance réacive SVC Ligh (Saic Var Compensaor) a éé spécialemen développé à ce effe. n aure avanage du SVC Ligh réside dans le fai qu il améliore la renabilié des processus, ce qui rend l invesissemen plus inéressan pour l exploian d insallaions provoquan des perurbaions. Ce invesissemen devien en effe renable déjà après une coure durée. Papilloemen de la ension n four élecrique es un grand consommaeur, non seulemen d énergie acive, mais aussi d énergie réacive. Le procédé physique qui se déroule dans un four élecrique es irrégulier de par sa naure. ne ou plusieurs élecrodes produisen des arcs élecriques. l en résule que la consommaion de puissance réacive varie rès foremen 2. Pour cee raison, la chue de ension provoquée par l énergie réacive qui s écoule à ravers les réacances du circui dans les élecrodes, les bras des élecrodes e le ransformaeur du four varie égalemen de manière irrégulière. l en résule un papilloemen de la ension. Celui-ci se consae le plus clairemen par le rembloemen de la lumière des lampes à incandescence alimenées par un réseau pollué. L analyse specrale confirme que le papilloemen des lampes causé par les fours élecriques es surou inense aux fréquences auxquelles l oeil humain es pariculièremen sensible, c es-à-dire en dessous de 20 Hz. Parce qu il s agi d une sensaion rès désagréable, les vacillemens de ension provoquen rès rapidemen des plaines. L nion nernaionale de la Chaleur Elecrique E e la Commission Elecroechnique nernaionale CE on collaboré pour définir une valeur die P s qui exprime l inensié du papilloemen. Selon cee définiion, P s = 1 signifie que la moiié d un groupe de personnes exposées au papilloemen de la lumière en prendra connaissance. SVC Ligh Le SVC Ligh es un disposiif d aénuaion du papilloemen qui s aaque à la racine du problème, c es-à-dire à l écoulemen irrégulier de l énergie réacive à ravers le réseau vers le four. l résou le problème en mesuran la consommaion d énergie réacive e en injecan la quanié correspondane d énergie dans le sysème, ce qui rédui à un minimum absolu le flux d énergie réacive. La conséquence immédiae es que le papilloemen de la ension es égalemen minimisé. D aures avanages imporans résiden dans le faceur de puissance élevé e consan, indépendammen des flucuaions de la charge des cycles du four, ainsi que dans une ension RMS élevée e consane sur les jeux de barres. Ces avanages se raduisen par une producivié plus élevée du four, par des frais d exploiaion plus bas, par suie d une consommaion spécifique plus faible d élecrodes e d énergie élecrique, ainsi que par une usure réduie des garniures réfracaires. Pour compenser la consommaion rapidemen variable d énergie réacive, on a Manière don les perurbaions émises par des charges indusrielles se répanden vers les aures insallaions à ravers le réseau. 1 Generaing source G G Main ransmission grid rban area Regional grid Local grid Rural sysem Heavy indusry 22 Revue ABB 6/1998

3 P 80 MVAr usuels, voire dominans dans des applicaions elles que la régulaion de la viesse e du couple de moeurs CA. Dans les applicaions de ranspor e de disribuion d élecricié, les converisseurs de source de ension ravaillan en PWM s appliquen dans de nombreux cas, par exemple comme redresseurs e comme onduleurs dans des insallaions CCHT, comme compensaeurs d énergie réacive, comme condiionneurs de puissance e pour inerconnecer des sources d énergie de différens ypes ou des charges avec le réseau élecrique s 8000 Consommaion d énergie réacive d un four élecrique besoin d un disposiif de compensaion au moins aussi rapide. n el disposiif peu êre réalisé avec des composans élecroniques correspondan aux acquis echniques les plus récens fondés sur la echnologie GBT. Par l appariion de disposiifs à semi-conduceurs à commande coninue capables de maîriser des puissances élevées, des converisseurs de source de ension doés de propriéés hauemen dynamiques son devenus possibles jusque dans le domaine de dizaines de MVA. Dans ce conexe, la foncion du VSC consise à fournir une source de ension enièremen commandable qui correspond en phase e en fréquence à la ension des barres omnibus, avec une ampliude commandable progressivemen e rapidemen. n VSC avec de elles caracérisiques peu s uiliser pour la commande de l énergie réacive 3. En commandan la ension VSC en foncion de la ension des barres omnibus, le VSC agi comme généraeur ou absorbeur d énergie réacive, selon la relaion enre les ensions. ne baerie de condensaeurs échelonnés es branchée en parallèle avec la ligne régulée en énergie réacive pour rendre capaciive la gamme de régulaion oale du SVC Ligh. P Energie réacive calculée du four élecrique Temps Les apiudes de commande des GBT facilien égalemen le branchemen en série de disposiifs de répariion de ension conrôlée à ravers chaque GBT. Cela perme de brancher le SVC Ligh direcemen sur des ensions de l ordre de grandeur de plusieurs dizaines de kv, ce qui évie la nécessié de brancher des converisseurs en parallèle pour aeindre la puissance requise pour compenser les fours élecriques (ypiquemen quelques dizaines de MVA). Converisseurs de source de ension L enrée du converisseur de source de ension es branchée sur un condensaeur qui agi comme source de ension CC. A sa sorie, le converisseur fourni une ension CA variable en branchan le pôle posiif ou le pôle négaifs des condensaeurs à chacune des sories du converisseur. Dans les converisseurs uilisan la modulaion des impulsions en durée (PWM), la ension CC d enrée es normalemen mainenue consane. La ension de sorie peu par exemple êre une ension CA sinusoïdale, don l ampliude, la fréquence e la phase peuven êre réglées par le mode de commuaion. Les converisseurs de source de ension ravaillan en PWM son acuellemen rès 2 VSC pour la compensaion d énergie réacive Si la sorie d un VSC es branchée sur un sysème CA à l aide d une peie réacance, on peu dire que le VSC ressemble à une générarice synchrone sans masse ournane. En réglan la ension de sorie du VSC de manière à ce qu elle soi en phase avec la ension du réseau, le converisseur Converisseur de source de ension (VSC) uilisé pour la commande de l énergie réacive 2 > 1 : Couran capaciif 2 < 1 : Couran inducif 1 2 X X Couran Tension des barres Tension VSC Tension de la réacance Réacance X 1 2 VSC X > 1 2 < 1 X 3 Revue ABB 6/

4 Main conroller GBT valve conrol uni peu soi consommer, soi fournir de l énergie réacive. Cela s obien en réglan l ampliude de la ension de sorie 3. Si la ension de sorie es plus élevée que la ension du réseau, le converisseur produi de l énergie réacive e agi comme un condensaeur shun. Si la ension de sorie es plus basse que celle du réseau, le converisseur consomme l énergie réacive e devien une réacance de compensaion. L énergie réacive fournie peu êre réglée rès rapidemen. l suffi de modifier quelque peu le mode de commuaion du converisseur. Le emps de réponse es limié principalemen par la fréquence de commuaion e par la grandeur de la réacance. Dans le SVC Ligh, le VSC ravaille avec des fréquences de commuaion supérieures à 1 khz. La ension CA à ravers la réacance à la pleine puissance réacive n es qu une peie fracion de la ension CA, ypiquemen de 15 %. Cela fai du SVC Ligh l ouil presque idéal pour la compensaion rapide de l énergie réacive. Cela suscie la quesion de savoir pourquoi les converisseurs de source de ension ne son acuellemen pas uilisés plus souven pour la compensaion saique. Pour répondre à cee quesion, on doi considérer le fai que le VSC uilise des disposiifs de puissance blocables, els que des GTO (hyrisors blocables par la gâchee) ou des GBT. Pour brancher Fiber-opic links Fiber-opic links Fiber-opic links direcemen le VSC sur un sysème de disribuion de 10/36 kv, c es-à-dire sans ransformaeur inermédiaire, on a besoin d un converisseur haue ension. n el converisseur requier le branchemen série des élémens de puissance. En oure, une fréquence de commuaion élevée es nécessaire pour mainenir à un bas niveau les harmoniques inroduis dans le réseau e pour assurer une réponse éagée rapide par le compensaeur. La combinaison de semi-conduceurs de puissance du ype commandé branchés en série e d une fréquence de commuaion élevée implique de nombreux défis echniques. Les ravaux de recherche e de développemen inensifs d ABB Power Sysems on fourni des soluions avancées e efficaces à ces problèmes. L GBT Power supply Gae uni Power supply Gae uni Power supply Gae uni Volage divider Volage divider Volage divider Valve à GBT avec GBT branchés en série e commués simulanémen 4 L GBT s es monré comme éan le semiconduceur de puissance le mieux approprié au SVC Ligh, à cause de sa emporisaion d enclenchemen e de déclenchemen coure qui perme de le brancher en série de manière relaivemen facile. En oure, en raison de ses peres de commuaion basses, il peu s uiliser pour des fréquences de commuaion élevées. n aure avanage réside dans le fai qu on n a pas besoin d induciviés limian le paramère di/d ou de condensaeurs de circui de proecion. En revanche, la commande des paramères di/d e du/d peu êre réalisée par la commande de la gâchee. Acuellemen, plusieurs fabricans offren des équipemens qui allien des apiudes de puissance e de fiabilié élevées des caracérisiques qui renden donc ces équipemens apes pour des converisseurs de haue puissance. L GBT es un ransisor bipolaire avec une gâchee MOS (Meal Oxide Semiconducor), à laquelle on applique une ension de commande soi posiive, soi négaive. Ean donné que la commande de l GBT ne requier qu une rès faible puissance, cee puissance peu êre prélevée sur le réseau principal. Ce fai es rès avanageux pour les converisseurs haue ension, dans lesquels de nombreux disposiifs son branchés en série. Des GBT Presspack son uilisés dans le SVC Ligh. L GBT Presspack es un nouveau composan développé en vue des exigences de fiabilié rès élevées. ls son acuellemen uilisés par la nouvelle généraion de rains haue viesse, pour lesquels la combinaison d une puissance élevée e d une haue fiabilié es d imporance majeure. n GBT Presspack es logé dans un boîier qui ressemble à celui d un hyrisor convenionnel de haue puissance. A l inérieur du boîier, les circuis inégrés GTB e la diode aniparallèle son branchés en parallèle, avec des conacs de pression qui fournissen normalemen le conac élecrique avec l exérieur. Ce ype de module possède un comporemen de défaillance de cour-circui rès favorable pour un converisseur équipé de composans branchés en série. Avec un el comporemen, un composan défaillan agi comme un cour-circui. Puisque des composans redondans son une caracérisique normale du SVC Ligh, la défaillance d un composan n affece pas le converisseur qui peu reser en service à pleine puissance. La défaillance es signalée e le composan peu êre remplacé à un insan qui perurbe le moins le processus. Les GBT de l insallaion Hagfors en Suède son dimensionnés pour 2,5 kv e un couran nominal de 1800 A. En exploiaion normale, la capacié de déclenchemen du composan es de 3,6 ka. En cas de cour-circui, le composan lui-même 24 Revue ABB 6/1998

5 limie le couran à moins de 10 ka. Le cour-circui es alors déecé par le sysème de proecion e le composan peu êre déclenché en oue sécurié en appliquan un signal di sof urn-off à la gâchee. GBT branchés en série Lorsque les GBT son branchés en série, il es imporan que la ension soi divisée correcemen. L enclenchemen e le déclenchemen simulanés des composans branchés en série son d imporance majeure. Dans le SVC Ligh, les signaux d enclenchemen e de déclenchemen son ransmis aux GBT individuels par un sysème à fibres opiques à large bande. Les GBT possèden en oure une gâchee de ype spécial qui enclenche e déclenche l GBT avec une peie emporisaion e avec un gradien du/d réglé. Le déclenchemen d une valve GBT ou d une valve à diode es suivi d une peie différence de ension enre les différenes posiions de l GBT. Cee différence es réglée par des diviseurs de ension résisifs ou capaciifs propremen conçus 4. Par ailleurs, chaque GBT possède son propre sysème de surveillance de surension pour la déecion d un comporemen anormal. a Principe du converisseur à rois poins (a) e configuraion de converisseur à branchemen au poin neure (NPC) (b); représenaion d une phase Tension au poin neure NPC (Neural Poin Clamped) 5a, 5b. Dans une elle configuraion, 4 valves GBT e deux diodes se rouven dans chacune des branches des phases. Dans ce cas, le condensaeur CC es divisé en deux condensaeurs branchés en série. Chaque valve GBT/diode doi résiser à une ension de blocage qui correspond à la ension qui règne sur l un des condensaeurs. Les valves son consruies en empilan les modules (avec des refroidisseurs inerposés) e en appliquan une pression exerne sur la pile 6. b Les valves GBT son refroidies avec de l eau déionisée. Le refroidissemen à l eau perme de réaliser une consrucion de converisseur compace e des apiudes de conducion de couran élevées. En plus d un faible encombremen au sol, la concepion compace présene l avanage que l inducance de boucle enre les valves GBT e les condensaeurs CC peu êre mainenue à un bas niveau, ce qui perme de réduire les peres. Les valves de l insallaion Hagfors son conçues pour un couran de phase permanen d environ 5 Valves de converisseur Le converisseur de l insallaion Hagfors présene une configuraion à rois poins de branchemen. Dans un el converisseur, la sorie de chaque phase peu êre branchée au pôle posiif, au poin médian ou au pôle négaif du condensaeur. Le côé CC du converisseur es floan, c es-à-dire isolé conre la erre. Avec une commande à modulaion des impulsions en durée e une fréquence de commuaion de 1650 Hz, le converisseur fourni un couran de phase rès doux à faible eneur d harmoniques. La concepion à rois poins procure égalemen de faibles peres de commuaion, avec un rendemen de converisseur e des apiudes de conduie de couran meilleurs. Le converisseur à rois poins es uilisé dans une configuraion die de connexion Piles d GBT 6 Revue ABB 6/

6 2.0 pu , ms x Mesure de la réponse à un sau obenue à l aide du modèle d un SVC Ligh 7 Tension aux barres du four élecrique e forme du couran de sorie du SVC Ligh 8 Couran Temps Rouge Couran du SVC Ligh Bleu Tension des barres 1300 A (RMS) e des valeurs ransioires de 1700 A (RMS). Le converisseur riphasé, les condensaeurs de couplage CC e un pei pose de commande on éé livrés sous forme d une seule unié de ranspor sur le sie d Hagfors. ne unié séparée a servi au ranspor du sysème de refroidissemen e à l appareillage de couplage inérieur. Le converisseur d Hagfors es branché sur un sysème CA de 10,5 kv. ABB Power Sysems peu aussi fournir des sysèmes SVC Ligh pour le branchemen direc à des ensions pouvan aeindre 36 kv CA. Processus de commande pour la minimisaion de la emporisaion enre l échanillonnage des paramères mesurés du processus e le prochain insan de commuaion. k Nombre d échanillons Ver Onde poreuse Temps Rouge Temps calculé Synchronizaion Process measuremens Fas regulaor Modulaor Swiching pulse generaor Valve conrol Drive unis Closed-loop regulaor k k+1 k+2 Regulaor 9 Aénuaion du papilloemen La vase expérience d ABB Power Sysems dans le domaine de l aénuaion du papilloemen a monré que la réussie de l amorissemen du papilloemen dépend foremen non seulemen de la fréquence de commuaion, mais aussi du emps enre la saisie de la valeur mesurée e le prochain insan de commuaion, c es-àdire finalemen de l algorihme de commande implémené. Des éudes assisées par ordinaeur e des mesures sur le errain de compensaeurs de puissance réacive de fours élecriques fournissen un bon aperçu de l opimisaion de la compensaion du papilloemen. Pour uiliser complèemen les sraégies de commande développées, on a besoin d un compensaeur de puissance réacive qui peu êre commandé au moins 15 fois plus vie que la echnologie exisane (100 Hz). ne performance de ce genre ne peu êre aeine que par une echnologie VSC fondée sur des GBT. A ire d exemple de performances réalisables, 7 monre des réponses 26 Revue ABB 6/1998

7 de sau de zéro à une valeur maximale. Par l uilisaion d GBT, on peu aeindre des réponses de sau de moins de 1 ms. Les mesures monrées par 7 proviennen d un modèle analogique d un SVC Ligh. l s agi d une parie d un grand sysème comprenan un modèle à échelle réduie d un four élecrique e d une réacance commandée par hyrisors TCR (Thyrisor Conrolled Reacor). Ce sysème peu êre uilisé pour exécuer des éudes en emps réel de performances de compensaeurs dans un sysème indusriel. Ce modèle a éé rès uile lors du développemen des logiciels e des maériels de compensaeurs de papilloemen. La commande par modulaion d impulsions en durée perme l uilisaion inégrale de la echnologie VSC. Tandis que la fréquence de commuaion a éé choisie suffisammen élevée pour l applicaion de l aénuaion du papilloemen, on doi égalemen enir compe des peres e des exigences en maière d harmoniques. Pour l insallaion Hagfors, on a choisi un nombre de 33 impulsions, ce qui équivau à une fréquence de commuaion de 1650 Hz. Le emps enre deux commuaions successives n es donc que de 303 µs. Dans la praique, il en résule un compensaeur capable d une régulaion coninue de la puissance réacive. L impac de la commuaion des valves es rédui à des anomalies négligeables dans le couran de sorie du compensaeur 8. Valve conrol Main compuer CP/FP TDM PC PS 801 C&P ( fas ) CAN ne aure condiion préalable pour une aénuaion opimale du papilloemen réside dans un reard minimal enre l échanillonnage des paramères du processus mesurés e le prochain insan de commuaion. n processus de régulaion sandard consise à synchroniser les mesures des paramères du procédé avec les insans de commuaion du circui principal. Dans le cas considéré, il en résulerai / O rack CP Pen Pro C&P ( slow ) Commande MACH2 e sysème de proecion du SVC Ligh CAN Réseau de la zone de commande CP nié cenrale CP/FP mpulsions de commande d allumage LAN Réseau local d enreprise PC Bus de connexion des composans périphériques SP Panneau de commande TDM Bus de division de emps muliplexeur LAN PS 820 SP 10 un reard de 303 µs. Des éudes on pouran monré qu une réducion plus poussée fournirai des avanages pour l aénuaion du papilloemen. L objecif du développemen consise donc à effecuer les calculs de l algorihme du papilloemen (régulaeur rapide) aussi près que possible de l opéraion de commuaion, en fondan les calculs sur des valeurs mesurées aussi ard que possible. 9 monre la manière don Synopique de l insallaion Hagfors (à gauche) e déail des valves du converisseur (à droie) deux des graphiques affichés sur la saion de ravail de l opéraeur 11 Revue ABB 6/

8 132 kv PCC Schéma unifilaire du four d Hagfors e configuraion du SVC Ligh insallé kv 33 MVA 33 MVA EAF LF PCC Four élecrique Four à poche Poin de joncion commun les mesures du processus son effecuées, aussi près que possible de l opéraion de commuaion, afin de minimiser le reard dû au emps de calcul effecif. EAF 31.5 / 37.8 MVA LF 6 / 7.7 MVA 2 3 Exising 14 MVAr 1 11 M ~ = +/22 MVAr 4 5 3rd 8 MVAr SVC Ligh 12 Régulaion MACH2 e sysème de proecion Pour assurer le raiemen rapide e exensif des données, ABB Power Sysems a développé le sysème de régulaion e de proecion MACH2. Celui-ci es fondé sur des maériels d ordinaeurs indusriels sandard (avec Windows NT), afin de facilier un sysème ouver, capable d êre inégré facilemen dans des sysèmes exisans d aciéries e accessible direcemen par RAS (Remoe Access Services). La sraégie consisan à fonder le sysème de régulaion e de proecion sur des inerfaces ouveres procure l avanage de pouvoir profier de perfecionnemens fuurs du seceur élecronique en rapide évoluion. En principe, le sysème es formé de rois uniés: l ordinaeur principal, le rack E/S e l unié de commande des valves. La communicaion enre ces uniés es assurée par des bus indusriels sandard m + m + m 9 ~ ~ ~ 10 Schéma du circui principal de l insallaion SVC Ligh d Hagfors 1 Lignes d alimenaion 2 Bus EAF 3 Charge (four) 4 Disjonceur principal 5 Filre à harmoniques 6 Coneneur du SVC Ligh 7 Condensaeurs 8 Bus CC 9 Valves 10 Réacances 11 Commuaeur de by-pass 12 Résisance d inserion de démarrage 13 m Poin médian du côé CC 28 Revue ABB 6/1998

9 Conduie du SVC Ligh Le sysème es condui à parir de la saion de ravail de l opéraeur OWS (Operaor Worksaion) qui peu êre un PC sandard. L inerface homme-machine es formée du progiciel de commande graphique ntouch, le plus couran du monde pour Windows NT. Le logiciel ntouch es hauemen flexible e offre même une version enièremen chinoise. l perme de configurer aisémen des communicaions homme-machine sur mesure 11. Les séquences de démarrage e d arrê son iniialisées à la saion de ravail OWS. Les courans e les ensions du SVC Ligh, les événemens e les lises d alarmes, ainsi que les saus de ous les équipemens son visualisés. L ntouch se ser du DDE (Dynamic Daa Exchange) pour rassembler les données du sysème de commande e de proecion. Cela perme de collecionner les données à l aide d un ordinaeur quelconque d un réseau local configuré comme serveur DDE. L ntouch possède en oure sa propre séquence d enregisremen des événemens, avec des marques de emps DDE variables, définissables par l uilisaeur. Ordinaeur monocare performan En complémen aux équipemens sandard, ABB Power Sysems a conçu des maériels spéciaux pour assurer les performances élevées requises. Le régulaeur rapide es implémené avec d aures foncions sur un ordinaeur monocare (PS801) comprenan une grappe de six processeurs à signaux numériques DSP (Digial Signal Processor) hauemen performans d Analog Devices. Ensemble, ces processeurs fournissen une capacié de calcul de plus 700 Mflop (millions d opéraions à virgule floane par seconde). Les aciviés de ces DSP son coordonnées par un processeur d uilisaion générale nel insallé sur la même care. La logique de la généraion des impulsions de commande es égalemen logée sur cee care. Cee logique es implémenée sur un grand réseau de pores logiques programmables FPGA (Field Programmable Gae Array. Les programmes des processeurs e DSP son mémorisés dans des PROM Sysème SVC Ligh d Hagfors 14 rapides, programmables e effaçables sur la care. Les modificaions de logiciels peuven donc êre exécuées sans devoir reirer les cares de leurs broches. En plus des missions de surveillance assignées à chaque module du sysème, ous les maériels, ous les logiciels e oues les communicaions son surveillées en permanence par une care de surveillance PS820 séparée. Cee combinaison de surveillance réparie e d une care de P s 1 surveillance cenrale es le garan de la fiabilié élevée requise par les applicaions de haue puissance. nerface vers le processus e commande des valves n rack E/S avec des E/S binaires ou analogiques peu aussi êre branché. Ce rack raie e oalise les données recueillies e les envoie ensuie à l ordinaeur principal Simulaion de l aénuaion du papilloemen avec SVC Ligh de l insallaion Hagfors P s Ampleur du papilloemen Rouge Sans compensaion Temps Bleu Avec SVC Ligh s Revue ABB 6/

10 Tableau 1: Données echniques de l insallaion SVC Ligh d Hagfors Tension des barres du four 10,5 kv Puissance nominale du four élecrique 31,5/37,8 MVA Puissance nominale du four à poche 6/7,7 MVA Gamme dynamique du SVC Ligh (capacif) 044 MVAr Niveau voulu du papilloemen avec le SVC Ligh en service P s,95 = 1 Faceur de puissance au poin de joncion (compensé) > 0,95 via bus de données. Chaque care d enrée analogique es équipée d un DSP qui peu êre uilisé pour le préraiemen des données, par ex. la conversion de la phase vers la représenaion vecorielle e le filrage, pour minimiser la quanié de données à communiquer aux régulaeurs. La care PS801 produi des impulsions de commande pour les valves à GBT. L unié de commande de valve VC (Valve Conrol ni) converi ces impulsions en signaux lumineux pour la ransmission aux uniés de gâchee. En plus de la récepion des signaux de commande des GBT des VC, les uniés de gâchee envoien des informaions d éa concernan les différenes posiions des GBT au sysème de surveillance des valves. Les VC son aussi responsables de la proecion rapide des valves. La communicaion enre les sysèmes se déroule par rois sysèmes de bus différens: Le bus PC (Peripheral Componen nerconnec), un bus parallèle back-plane sandardisé hauemen performan (version à 32 bis) avec une capacié de ransfer de 133 Mbye/s. Bus CAN (Conrol Area Nework, SO 11898) qui raien les ordres binaires, par ex. aux disjonceurs, e des informaions. Bus TDM (Time Division Muliplexer) avec des canaux série de synchronisaion haue viesse pour le ransfer de données numériques enre le rack E/S e l ordinaeur principal. ddeholm Tooling, un pionnier Chez ddeholm Tooling, à Hagfors en Suède cenrale, le processus méallurgique es fondé sur la fusion de ferraille dans un four élecrique, suivie du raffinage dans un four à poche. Le four élecrique présene une puissance de 31,5 MVA avec une capacié de surcharge emporaire de 20 % andis que le four à poche a une puissance de 6 MVA. Les deux fours son alimenés par un réseau de 132 kv via une ension inermédiaire de 10,5 kv 12. Le réseau es relaivemen faible, avec un niveau de défau au poin de joncion commun d environ MVA. l es éviden que cela es insuffisan pour permere l exploiaion simulanée des deux fours e assurer en même emps une qualié admissible de l énergie du réseau. ne expression simple perme de se faire une idée qualiaive de l ampleur de papilloemen prévisible par la combinaison de la grandeur de la charge e du niveau de défau du réseau: P s 75 S SCEAF S SCN Dans cee formule P s es la gravié du papilloemen, S SCEAF la puissance de courcircui du four élecrique e S SCN le niveau de défau au poin de joncion du réseau. ne mesure du papilloemen le plus grave s obien en inroduisan dans la formule le double de la puissance nominale du four élecrique, c es-à-dire 63 MVA, e la valeur la plus basse de S SCN. On obien ainsi une valeur de 4,5 pour P s, qui correspond à un papilloemen grave qui exige des mesures propres à l aénuer efficacemen. L insallaion SVC Ligh 13, 14 a une puissance réacive nominale de 044 MVAr. Cee gamme dynamique variable en coninu s obien avec un VSC de 22 MVA en parallèle avec deux filres à harmoniques, l un d une puissance nominale de 14 MVAr déjà exisan dans l usine, e un aure de 8 MVAr faisan parie du proje SVC Ligh. Le four élecrique es branché direcemen à la ension des barres de 10,5 kv. Cela es possible en branchan les GBT en série, de manière à obenir la ension requise par les équipemens. Pour évier le chargemen à un niveau inadmissible des condensaeurs CC par les diodes aniparallèles du pon à rois niveaux, des résisances de limiaion de couran de démarrage son branchées duran la phase de démarrage du SVC Ligh, puis cour-circuiées. Aénuaion efficace du papilloemen Pour le poin de joncion commun de 132 kv, le niveau maximal de papilloemen résiduel en exploiaion avec SVC Ligh voulu es de P s,95 = 1. Ce niveau es le résula de simulaions effecuées pour l insallaion acuelle d Hagfors 15. n sysème de régulaion à boucle ouvere assure la diminuion du papilloemen avec un aux de réponse opimal. ne commande de faceur de puissance à foncion plus lene représene un disposiif complémenaire. Cee commande perme de mainenir consammen un faceur de puissance sable à une valeur supérieure à 0,95. Le ableau 1 résume les données echniques de l insallaion SVC Ligh d Hagfors. Celle-ci ne requier qu une aire de 200 m 2. Cee insallaion doi êre mise en service à la fin Adresse des aueurs Bo Bijlenga Rolf Grünbaum Thomas Johansson ABB Power Sysems AB S Väserås, Suède Téléfax: rolf.grunbaum@sepow.mail.abb.com 30 Revue ABB 6/1998