LOGICIEL G.T.A. S IMULATION

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1 Certifié en Génie Electrotechnique

2 Découverte et simulation d une chaîne de production d énergie électrique PRESENTATION Le logiciel pédagogique (G.T.A. v 1.0), conçu en collaboration avec le Centre d Etude des Auxiliaires Pédagogiques de l EDF, permet de simuler le fonctionnement d un processus de production d énergie électrique du système d entraînement mécanique jusqu'à la ligne de transport. Le logiciel a été développé à partir des données de la centrale de Civaux (la dernière génération de centrale nucléaire d une puissance de 1450 MW). Il est utilisé comme outil pédagogique dans les centres de formation EDF. Ce moyen pédagogique permet des possibilités étendues de présentation et d interaction, se prête particulièrement bien à la formation aux techniques et procédés industriels : acquisition de connaissances, compréhension de phénomènes ; entraînement à la conduite d un procédé ou d une machine ; apprentissage des procédures et des modes opératoires ; évaluation. L objectif du logiciel G.T.A. v 1.0 est de permettre de développer des séquences de travaux pratiques sur la production et le transport de l énergie électrique. De plus cet outil permet d acquérir de nouvelles compétences contenues dans le programme des sections S.T.I. option Electrotechnique. Le logiciel G.T.A., ce didacticiel est dédié à la compréhension des sciences, et à la technologie des groupes de production d électricité. PUBLIC / NIVEAUX Tous techniciens et étudiants en électrotechnique souhaitant simuler le fonctionnement du turbo-alternateur. Niveaux : Centre de formation EDF production - BAC. PRO. E.I.E. - S.T.I. Electrotechnique et les sections énergétique - BTS. CIRA et Electrotechnique.

3 OBJECTIF Ce logiciel de simulation permet de : Découvrir la conception d une chaîne de production d énergie électrique ; Comprendre l importance du transport de l énergie, notions de pertes énergétiques ; Découvrir l ordre de grandeur des différentes valeurs liées à un turboalternateur de centrales nucléaire ; Comprendre l importance du réglage du courant d excitation du turboalternateur. CONTENU Module 1 : Synoptique générale de la chaîne de production d électricité. Environnement de la simulation : Turbine : Turbo-Alternateur : Génératrice excitatrice : Interrupteur de couplage choix de la base de temps puissance mécanique entraînant l alternateur production d énergie électrique alimentation de la roue polaire du turbo-alternateur Ligne de transport V : deux types de lignes disponible : 50 km & 100 km Module 2 : Paramétrage de la simulation. Fonctionnement sans et avec régulation de tension Pilotage manuel du courant d excitation Consommation réglée par l utilisateur Consommation prévisionnelle Choix de la ligne de transport Module 3 : Interface homme / machine Courbe de la f.e.m en fonction du courant d excitation : E = f(iex) Diagramme PQ, il permet de visualiser les transferts d énergie électrique entre le réseau et le turboalternateur. Visualisation de la production et de la consommation instantanées MATERIEL NECESSAIRE Compatible PC (486 ou plus) avec Mo de disponible sur le disque dur, et un écran VGA avec une résolution 600 * Mo de RAM. VOS PREMIER PAS Installation du programme G.T.A. - Créer un répertoire sur votre disque dur ; - Copier le fichier GTA.EXE dans ce répertoire ; - Exécuter le logiciel : taper «GTA».

4 ORGANIGRAMME DE GTA Pour une puissance active donnée P Pour une puissance réactive donnée Q Lancer le module de mise à jour oui Tracer la caractéristique E=f(Iex) à l échelle Téléréglage non Tracer la caractéristique E=f(Iex) à l échelle Tracer le diagramme PQ à l échelle Calcul du déphasage. Calcul du courant I de l alternateur. Calcul du courant Iex avec où sans régulation. Calcul de la f.e.m. E. Affichage de tous les calculs. Calcul de la puissance active P consommée en fonction de la ligne du réseau. Calcul de la puissance réactive Q consommée en fonction de la ligne du réseau. Calcul du facteur de puissance. Affichage des paramètres. APPORT PEDAGOGIQUE Ce didacticiel permet de visualiser et d animer les différents éléments en action. Par son intéractivité, ses animations graphiques, il permet ainsi aux élèves et étudiants d appréhender plus rapidement et facilement des phénomènes physiques et mécaniques des machines synchrones. MODE OPERATOIRE 1. S informer des hypothèses de calcul, et des caractéristiques de la page de garde du programme. 2. Choisir la base de temps pour la simulation. 3. Cliquer sur le bouton «début» afin d accéder à la simulation. 4. Effectuer le démarrage du Groupe Turbo-Alternateur. 5. Maintenant, vous pouvez commencer l étude de la chaîne de production d électricité. La séquence pédagogique proposée, résume le mode opératoire à suivre, afin d exploiter au maximum les fonctions du logiciel G.T.A. Pour tous renseignement complémentaires, vous pouvez me contacter à l adresse suivante : Monsieur 12, chemin de la Barre AIGUEPERSE

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7 SEQUENCE PEDAGOGIQUE n 2 classe term S.T.I. Electrotechnique Temps Utilisation du système homothétique Logiciel G.T.A v 1.0 Essais de systèmes 4 heures O.2.5 Analyser les transferts d énergie, comprendre l importance du transport de l énergie électrique ; les pertes énergétiques. 1h00 0h45 1h00 0h45 O.4 Effectuer un cycle de simulation temporelle avec le téléréglage ; avec régulation de tension. O.3 Analyser le comportement du turboalternateur en fonction de sa charge en réalisant la simulation en mode manuel. O.2 Effectuer le démarrage, couplage du turbo-alternateur et coordonner les différentes fonctions du programme. 0h30 O.1 Analyser le dossier technique du fonctionnement du programme G.T.A v 1.0 et lancer le logiciel de simulation. Progression pédagogique Chapitres du programme : B2. Electrotechnique 1. Système de production, de transport et de distribution Production de l électricité Transport de l électricité L objectif : L objectif sera de faire comprendre aux élèves l économie du système national de production et de transport de l électricité en insistant sur les ordres de grandeurs : des puissances produites et transportées, des différents paramètres électriques, des dimensions des machines et appareillages.

8 Fiche de la séquence de travaux pratiques N 1 Système : Logiciel G.T.A v 1.0 Lieu : Atelier S.T.I possédant une station de travail équipée du logiciel «G.T.A»; en groupe de 2 élèves Enoncé des objectifs de formation associés aux tâches définies. Objectifs : Décoder les documents techniques Comprendre le fonctionnement du programme «G.T.A» Analyser le transfert d énergie Contrôler les pertes sur la ligne de transport Analyser la chaîne de production I. Chapitres du programme : Systèmes de production, de transport et de distribution. Définition des tâches confiées à l élève à l occasion de la séquence de travaux pratiques. Pré-requis : Notions des lois physiques relatives à l alternateur Notions des lois physiques relatives au système triphasé Conditions de réalisation / Matériels : Dossier technique du turbo-alternateur Dossier du système homothétique, logiciel «G.T.A v 1.0» Documentations techniques de la mise en oeuvre du programme D une station de travail On vous demande : A l aide des documents, et à partir d analyses pertinentes ; d effectuer les tâches proposées ; et de réaliser des relevés exploitables. Evaluation : En fin de chaque objectif

9 Déroulement de la séquence de T.P. 1. Analyser le dossier technique : Décoder le dossier technique du fonctionnement du programme G.T.A v 1.0. Analyser le dossier technique du groupe turbo-alternateur, pour comprendre le concept du logiciel G.T.A. Cette étude a pour objectif de justifier les différents paramètres de la chaîne de production. 2. Analyser le fonctionnement du programme : Analyser, décrire la chaîne de production d énergie électrique. Expliquer la configuration des fonctions accessibles dans le logiciel, par exemple «le bouton de couplage» est actif si et seulement si, les conditions de couplage sont vérifiées (n = 1500 tr/mn => f0 = 50 Hz ; Vn = V). Démarrer le groupe turbo-alternateur, et le coupler sur le réseau lorsque les conditions de couplage seront validées. 3. Analyser le comportement du groupe turbo-alternateur : Effectuer l analyse du comportement du turbo-alternateur en fonction de sa charge en réalisant la simulation en mode manuel (pas de téléréglage). Mode opératoire pour la simulation en mode manuel sans régulation avec Q constant. 1. «Régulation on» permet de régler les paramètres de départ ; on fixe la puissance réactive Q coté alternateur à 300 MVar et la puissance active P = 0 MW, et le courant d excitation Iex = Cte. 2. Choisir la ligne de transport, «ligne courte». 3. «Régulation off» pour effectuer les mesures. 4. Effectuer les mesures dans les conditions suivantes :Q = 300 MVar =Cte et P varie Relevez la tension V aux bornes de l alternateur, le facteur de puissance cos ϕ et le courant de ligne I. Les relevés sont à effectuer du coté alternateur, pour cela compléter le tableau ci-dessous. Mode opératoire pour la simulation en mode manuel sans régulation avec P constant. 1. «Régulation on» permet de régler les paramètres de départ ; on fixe la puissance active P coté alternateur à 1000 MW et la puissance réactive Q =0 MVar, et le courant d excitation Iex= Cte. 2. Choisir la ligne de transport, «ligne courte». 3. «Régulation off» pour effectuer les mesures. 4. Effectuer les mesures dans les conditions suivantes : P = 1000 MW =Cte et Q varie Relevez la tension V aux bornes de l alternateur, le facteur de puissance cos ϕ et le courant de ligne I.

10 Les relevés sont à effectuer du côté alternateur, pour cela compléter le tableau ci-dessous. P Mw Q Mvar cos ϕ I A V v Q Mvar P Mw cos ϕ I A V v Analyser les résultats, et proposer une explication pertinente pour comprendre le comportement du turbo-alternateur couplé sur le réseau en fonction de sa charge. Quels sont les paramètres qui introduisent une variation de la tension V aux bornes de l alternateur. Mode opératoire pour la simulation en mode manuel avec régulation et P constant. 1. «Régulation on» permet de régler les paramètres de départ ; on fixe la puissance active P coté alternateur à 1000 MW et la puissance réactive Q = 0 MVar. 2. Choisir la ligne de transport, «ligne courte». 3. Effectuer les mesures dans les conditions suivantes : P = 1000 MW =Cte et Q varie Relevez le courant d excitation Iex pour avoir la tension V = V= constante aux bornes de l alternateur, ainsi que le facteur de puissance. Les relevés sont à effectuer du coté alternateur, pour cela compléter le tableau ci-dessous. Q Mvar Iex A cos ϕ Analyser, et expliquer l évolution du courant d excitation, en fonction de sa charge. Justifier le rôle de la régulation de tension. 4. Effectuer un cycle de simulation temporelle avec le téléréglage : Relever les mesures suivantes pour les différentes heures de la courbe prévisionnelle. On réalisera les relevés de 0 à 24 heures. 1. Les mesurages seront effectués avec les deux lignes de transport (courte et longue), et avec la régulation. Il faut mesurer : Tension V Courant I P et Q du coté alternateur et consommateurs Facteur de puissance

11 5. Analyser les résultats finals de la simulation : Identifier et commenter la charge de l alternateur de 0 à 24 heures. Analyser les transferts d énergie entre le réseau et turbo-alternateur. Analyser les puissances produites et transportées. Exprimer les problèmes introduits par la ligne de transport sur l alternateur ; et les pertes en lignes.

12 EN DEVELOPPEMENT Groupe Turbo-Alternateur Version 2.0 Supervision informatique d un banc moteur + alternateur SIMULATION HYBRIDE Le principe de la simulation hybride est l association de l outil informatique et un système réel. PROJET EN DEVELOPPEMENT Actuellement, est développé une évolution du programme G.T.A. v1.0 comme superviseur d un processus de production d énergie électrique. Cette énergie est produite par un banc constitué d un moteur à courant continu, couplé avec un alternateur d une puissance 1,5 kw. A partir d un système hybride, nous pouvons modéliser une maquette à l échelle réduite en conservant les critères de la vraie grandeur. Ce banc d essai + un logiciel de pilotage, nous permet d obtenir les mêmes modes de commande, équivalent à une centrale électrique d EDF type Civaux. Cet ensemble intégré aura pour objectifs : D effectuer le couplage de l alternateur sur le réseau EDF en mode manuel où automatique ; De contrôler les paramètres de régulation de la puissance mécanique, et de la tension aux bornes de l alternateur ; De fonctionner en groupe électrogène. Logiciel de supervision G.T.A. v 2.0 Envoi les ordres Retour d états Pour tous renseignement complémentaires, vous pouvez me contacter à l adresse suivante : Monsieur 12, chemin de la Barre AIGUEPERSE Certifié en Génie Electrotechnique