Dr. Hans Schlunegger Forces motrices d Oberhasli AG Innertkirchen

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1 Deux concepts pour la variation de la fréquence de rotation : asynchrone / synchrone avec convertisseur partiel / total Dr. Hans Schlunegger Forces motrices d Oberhasli AG Innertkirchen

2 Pourquoi une variable de fréquence de rotation? Exploitation des turbines Optimisation du degré d efficacité en fonction de la conduite forcée momentanée Augmentation de la distance aux limites de cavitation avec de petites charges en ajustant la fréquence de rotation Exploitation des pompes Puissance de pompage variable Permet les prestations de services système (réglage primaire et secondaire) Elargissement du domaine d exploitation en fonction de la hauteur de levage momentanée

3 Machine asynchrone à double alimentation Interrupteur Anfahrde Schalter démarrage Umkehr- Séparateur Trenner 220/380 kv Interrupteur Generatorde Schalter génératrice Block- Transformator transformateur 50 Hz Machine Asynchronasynchrone Maschine M f f variable variabel Crowbar Convertisseur Frequenzde Umrichter fréquence

4 Machine synchrone avec convertisseur total Machine Synchronsynchrone Maschine M Interrupteur Generatorde génératrice Schalter 220/380 kv 50 Hz f variabel variable Blocktransformateur Transformator Convertisseur Frequenzde Umrichter fréquence Erreger- Excitateur Einrichtung 16 kv

5 Comparaison entre la machine asynchrone à double alimentation (ASM) et la machine synchrone (SM) avec convertisseur total ASM SM Puissance de convertisseur 30% 100 % Gamme des vitesses de rotation ± 10 % ± 100 % Hauteurs de levage limité élevé Limitation de la vitesse de rotation rotor de l ASM pompe-turbine Rotor de la machine enroulé, compliqué simple, pôles saillants Facteur de puissance de la machine Puissance réactive du côté réseau Machine, convertisseur convertisseur Moment de rotation disponible domaine limité domaine presque complet Procédé de démarrage compliqué simple Commutation P T et T P long court Pompe-turbine (démarrage) vide rempli Séparateur du sens de rotation nécessaire pas disponible Grid Code Low Voltage Ride Trough rempli rempli Courant réactif cap. en basse tension En fonction de la puissance apparente du convertisseur

6 Comparaison des rotors SM ASM

7 Influence de la puissance réactive sur la puissance apparente du convertisseur Machine asynchrone 150 MW Gamme des vitesses de rotation +/- 10% f variable f variable Machine synchrone 150 MW

8 Processus d inversion Pompage Turbinage ASM Eteindre la machine avec l interrupteur de génératrice et fermer le distributeur Arrêt progressif de la machine Inverser le sens de rotation Démarrage avec les turbines ou stator court-circuité Mise en marche du stator Mise en marche du convertisseur du rotor Ouvrir le distributeur Temps requis : 150 sec SM Machine à remonter à la courbe donnée par l hydraulique, puis accélérer dans l autre sens de rotation Temps requis : 20 sec

9 Processus d inversion Turbinage Pompage ASM Fermer le distributeur Eteindre la machine avec l interrupteur de génératrice Arrêt progressif de la machine Inverser le sens de rotation Démarrage avec les pompes vides ou stator court-circuité Mise en marche du stator Mise en marche du convertisseur du rotor Remplir les pompes et ouvrir le distributeur Temps requis : 300 sec SM Fermer le distributeur Machine à remonter à la courbe donnée par l hydraulique, puis accélérer dans l autre sens de rotation Ouvrir le distributeur Temps requis : 40 sec

10 Critères d évaluation Critère Coûts Taille de la machine Complexité de la machine Espace nécessaire Temps de commutation Mots-clés Convertisseur, machine, espace nécessaire Espace nécessaire Rotor rubané, forces centrifuges Machine, convertisseur, appareil de couplage Exigences de l exploitation Degré d efficacité pour tous états de charge Dépendant de l expoitation Contrainte des machines hydrauliques Hauteurs de levage à couvrir Degré de réalisation des codes Grids Charge de levage / hauteur de levage Durée de vie Détermine la gamme des vitesses de rotation Influence le convertisseur de puissance Espace nécessaire, coûts

11 Installations planifiées ou en cours d exploitation

12 Regelbare Pompe réglable Pumpe dans im PSW la CPT Grimsel 2 2 mit avec 100 convertisseur MW- Vollumrichter total de 100 MW (Varspeed)

13 Pompe réglable dans la CPT Grimsel 2 avec convertisseur total de 100 MW (Varspeed)

14 Pompe réglable dans la CPT Grimsel 2 avec convertisseur total de 100 MW (Varspeed) Exploitation du convertisseur Hz ( U/min)

15 Disposition du système de convertisseur Transformateurs Convertisseur Groupes de refroidissement

16 Transformateurs-convertisseurs

17 Bloc de convertisseur

18 Limiteur et filtre de circuit intermédiaire DC

19 Groupe de refroidissement

20 Pompe réglable dans la CPT Grimsel 2 avec convertisseur total de 100 MW (Varspeed)

21 Regelbare Pompe réglable Pumpe dans im PSW la CPT Grimsel 2 2 mit avec 100 convertisseur MW- Vollumrichter total de 100 MW (Varspeed) Calendrier du projet Appel d offre Automne 2009 Signature du contrat Février 2010 Livraison Eté 2011 Montage Automne 2011 à automne 2012 Mise en service Hiver 2012/13 Exploitation dès avril 2013 Expériences Peu de problèmes de jeunesse Peu de dérangements Jusqu au 20 oct.: 1650 h d exploitation (40% durée d utilisation )

22 Centrale de pompage-turbinage projetée à Grimsel 1E Données de référence : Hauteur de levage minimale 83 m Hauteur de levage maximale 197 m Vitesses de rotation, turbinage U/min ± 30% Vitesses de rotation, pompage U/min Puissance ± 150 MW Lac Räterichsboden max Chambre des vannes Lac Grimsel max min min m Caverne des machines 1200 m

23 43 m Centrale de pompage-turbinage projetée à Grimsel 1E Interrupteur de génératrice dans l installation de distribution Grimsel 2 (distance env. 1 km) Machine synchrone Bloc transformateur Conduite forcée Convertisseur Pompeturbine Ouvrages de fuite

24 Modal Multilevel Converter U DC SM 220/380 kv kv, 50 Hz 0 bis kv, f var Degré d efficacité > 98 %

25 Modal Multilevel Converter Principe de fonctionnement + U AC Réseau U DC U AC Charge -

26 Modal Multilevel Converter Tension de sortie Filtre du/dt nécessaire

27 Coûts Conclusions ASM SM Temps Jusqu à récemment, les machines asynchrones à double alimentation étaient conformes au niveau de la technique Les développements actuelles vont dans le sens d une machine synchrone avec convertisseur total

28 Merci pour votre attention