Les configurations, enjeux et contraintes des réseaux et matériels HVDC

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1 Les configurations, enjeux et contraintes des réseaux et matériels HVDC Wolfgang Grieshaber Disjoncteur DC & solutions nouvelles avec le support de L. Boisserenq, Ph. Robin-Jouan Congrès Arc Electrique Clermont-Ferrand - 16 Mars 2015

2 Sommaire HVDC: qu est-ce que c est? Pourquoi utiliser le HVDC? Configurations Comment ça marche? Exemple de réalisations Appareillage à arc dans station de conversion Commuter le courant continu

3 HVDC: qu est-ce que c est? Générateurs Transfor mateur Ligne / câble Redresseur Onduleur R Consommateurs V1 Vdc V2 i Idc i Iac t i Idc Iac t t Système permettant d échanger de l énergie électrique par courant continu Pas besoin d être synchrone, même les fréquences peuvent différer! Distance : 20 m (dos-à-dos) à 2380 km (Rio Madeira, Brésil)

4 Pourquoi utiliser le HVDC?

5 Pourquoi HVDC? Raison 1 480MW Augmentation de puissance transmise DC: Tension efficace = crête Absence effet de peau x MW 220kV AC Crête = 311kV + ±380kV DC Même nombre de conducteurs Pylones & fondations inchangés,

6 Pourquoi HVDC? Raison 2 I_ac Câble / ligne I_dc AC Inductances et capacité parasite (Dé-)charge à chaque demi-cycle Particulièrement important dans câbles Compensation de ligne nécessaire construction de stations dédiées DC Charge à la mise en route uniquement Compensation est inutile Parasites (220kV) Câble Ligne Capacité (nf/km) Inductance (mh/km) Résistance (mohm/km)

7 Pourquoi HVDC? Raison 1+2 Coût Lignes & Stations DC Stations de Conversion AC/DC AC 800km Ligne 50km Câble sous-marin Stations AC Distance

8 Nelson River Scheme DC Lines & Adjoining AC Lines +/- 500kV dc 4000 MW +/- 230kV ac 600 MW

9 Configurations

10 Configurations Ligne / câble haute tension contrôle contrôle Courant passe par le sol Pas toujours permis: Monopole Conséquences environnementales Influences sur boussoles de navires Érosion d électrodes

11 Configurations Ligne / câble haute tension contrôle contrôle contrôle contrôle Ligne/ câble haute tension deux Monopoles = un Bipole Seul le déséquilibre de courant passe par le sol

12 Configurations Ligne / câble haute tension contrôle contrôle Ligne/ câble haute tension Bipole Contrôle commun minimise le passage courant par le sol

13 Comment ça marche?

14 Comment ça marche? Convertisseur Générateurs Transfor mateur Ligne / câble Redresseur Onduleur R Consommateurs V1 V2 Idc A ~ B ~ C ~ Udc Convertisseur 3 phases AC 2 conducteurs DC Commutation de phases Similaire à un redressement Source pilotable En tension En courant Udc

15 Comment ça marche? Convertisseur A B ~ ~ C 1(A) 3(B) C ~ A U lissé Commutation entre phases Pilotable par retard d allumage des thyristors B 2(C)

16 Comment ça marche? Convertisseur Transfos de convertisseur déphasage Groupe 1 Groupe 2 Convertisseur Augmentation de la tension 2 groupes en série Diminution de l ondulation déphasage = 60 AC

17 Exemple de réalisations

18 Exemple de réalisations : module de valves thyristors Répartiteur de tension Convertisseur Module de ~20kV Commande & surveillance Accepte différents modèles de thyristors Refroidissement à eau (des-ionisée) Flexible Mise en série pour augmenter la tension

19 Exemple de réalisations : valves suspendues 70kVdc (4 étages) 500kVdc (12 étages doubles) 250kVdc (8 étages doubles) Modules suspendus Résistant aux tremblements de terre Moins chers qu empilés

20 Exemple de réalisations : valves empilées

21 Appareillage à arc dans station de conversion

22 Appareillage à arc Ligne / câble haute tension Ligne/ câble haute tension Appareillage à arc = Limiter conséquences des défaillances (by-pass ferme vite) Maintenance en service (transmission de puissance est réduite)

23 Appareillage à arc maintenance Ligne / câble haute tension maintenance Ligne/ câble haute tension Maintenance en exploitation Arrêt de groupes de valves courant dans le sol Minimise temps de passage courant par le sol

24 Appareillage à arc Ligne / câble haute tension maintenance maintenance L arc aide à la commutation de courant continu vers la ligne Ligne/ câble haute tension Maintenance en exploitation Reconfiguration peu de courant dans la ligne (impédance!)

25 Commuter le courant continu Impédance de ligne Ic L, R parafoudre Difficultés de la commutation DC La source ne crée pas I=0 insertion contre-fem (parafoudre) Nécessité d éteindre l arc ajout d un circuit oscillant (LC) U arc di dt Q C I c I RI L 0 arc c arc I c I DC source 2 d I 2 dt c du 1 L di arc arc di R dt c Ic LC U L t arc Conditions d amplification Oscillations de courant s amplifient, si du arc di arc R 0 Attendre que I c > I DC I arc = 0 insertion du parafoudre

26 Commuter le courant continu Impédance de ligne Connaissance de l arc Essais dédiés : mesure U arc Paramétrage: U arc (I) I -p Ic L, R parafoudre amortissement source Dimensionnement d appareil comprend Nombre d appareils en série Dimensionnement énergétique du parafoudre

27 Commuter le courant continu Impédance de ligne Commutation dans parafoudre commence Ic L, R I arc I DC parafoudre U arc source Commutation réussie Arc court oscillations amorties Arc long amplification d oscillations Appareil ouvert = arc long Arc est éteint, I=0

28 Interconnexion France Angleterre (Sellindge) Bipole 2 Control Building Bipole 1 Filters Filters Cable Route SVC 2 400kV GIS Substation SVC 1