Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet ensemble de trois articles porte sur les stations de conversion des liaisons à courant continu haute tension (HVDC) utilisant des convertisseurs source de tension (VSC). Il est structuré en trois volets successifs : le premier présente les principes généraux, le second aborde les stratégies de contrôle et de protection, et le dernier traite des modèles et études associés. Ce second article traite spécifiquement des systèmes de contrôle et de protection des stations de conversion pour les liaisons à courant continu haute tension utilisant des convertisseurs source de tension. Les principes de base de contrôle de ce type de convertisseur sont décrits en s'appuyant sur des justifications théoriques. Ensuite les différentes couches de contrôle sont présentées. Enfin un aperçu des stratégies de protection de ces convertisseurs est fourni dans la dernière section.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Pierre Rault : Ingénieur - RTE, France
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Sébastien Dennetière : Ingénieur - RTE, France
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Hani Saad : Ingénieur - ACDC Transient, France
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Anton Stepanov : Ingénieur - PGSTech, Canada
INTRODUCTION
Cet article constitue le deuxième volet de la série « Stations de conversion source de tension pour le transport de l’énergie électrique en courant continu ». Il fait suite au premier article [D 4 764], qui présente les principes généraux et les éléments constitutifs des stations HVDC-VSC. Ce deuxième article est consacré aux principes de contrôle-commande et de protection des stations à convertisseurs modulaires multiniveaux (MMC). Il décrit les structures de contrôle couramment mises en œuvre, les mécanismes de régulation associés, ainsi que les dispositifs de protection spécifiques à ce type d’architecture. Ces notions sont essentielles pour comprendre le comportement dynamique de la station, qui sera illustré dans le troisième article [D 4 766] à travers des études et simulations électrotechniques.
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MOTS-CLÉS
courant continu haute tension convertisseur source de tension transport de l'électricité contrôle-commande
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Systèmes de protections pour les convertisseurs HVDC-VSC8. Principe de fonctionnement d’une liaison HVDC-VSC raccordée à un réseau isolé (parc éolien, zone éloignée)
Un schéma de principe de la régulation d’une liaison HVDC-VSC raccordée à un réseau isolé est fourni en figure 20. Lorsqu’une liaison HVDC-VSC raccorde un réseau isolé au réseau principal, comme un parc éolien en mer, la station HVDC-VSC fournit une tension stabilisée au réseau isolé afin que les charges ou les unités de production puissent s’y raccorder. Ainsi, les éoliennes peuvent se synchroniser sur cette tension puis injecter de la puissance.
La station de conversion est en mode tension/fréquence, elle impose la tension en phase et amplitude au réseau isolé à l’aide d’un oscillateur interne définissant la phase en intégrant une fréquence de référence et un contrôleur de tension CA. Avec ce mode de contrôle, la station de conversion ne peut pas contrôler la puissance qu’elle transfère, ainsi la puissance générée par les éoliennes ou celle consommée par les charges se retrouve directement sur le bus continu. Elle dispose tout de même d’un limitateur de courant pour limiter les courants de court-circuit survenant dans le réseau isolé.
Quant à la station raccordée au réseau de transport, elle équilibre les puissances sur la liaison CC en contrôlant la tension CC. Cette dernière, comme toute liaison raccordée au réseau de transport, est capable de contrôler la tension CA ou la puissance réactive échangée avec celui-ci. Dans le cas du raccordement d’une unité de production, il est nécessaire d’installer un dispositif d’absorption d’énergie (DAE ou DC Chopper en anglais) pour absorber l’énergie produite par l’unité de production sans la faire déclencher, le temps de l’élimination d’un défaut survenant sur le réseau de transport. En effet, dans ces circonstances, la station côté réseau de transport est dans l’incapacité d’évacuer cette puissance alors que la station côté réseau isolé ne peux pas limiter la puissance transférée à travers la liaison HVDC. Ainsi, afin d’éviter l’augmentation importante de la tension CC, il est impératif d’absorber cette énergie dès que la tension CC dépasse un seuil, signifiant que la station côté réseau n’est plus apte à évacuer la puissance. Ce dispositif est donc dimensionné pour absorber l’énergie de la production le temps du défaut.
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Principe de fonctionnement d’une liaison HVDC-VSC raccordée à un réseau isolé (parc éolien, zone éloignée)
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ROHNER (S.), BERNET (S.), HILLER (M.), SOMMER (R.) - Analysis and Simulation of a 6 kV, 6 MVA Modular Multilevel Converter. - IEEE Industrial Electronics Annual Conference, Porto (2009).
-
(2) - WORKING GROUP B4.57 - Guide for the Development of Models for HVDC Converters in a HVDC Grid. - CIGRE Technical Brochure, vol. 604 (2014).
-
(3) - ANDERSON (P.M.), FOUAD (A.A.) - Power system control and stability. - John Wiley & Sons (2008).
-
(4) - ZHANG (L.) - Modeling and Control of VSC-HVDC links connected to weak AC systems. - Stockholm: KTH University (2010).
-
(5) - SCHÖLL (C.) - Design and Simulation-based Comparison of Grid-Forming Converter Control Concepts. - 20th International Workshop on Large-Scale Integration of Wind Power into Power Systems as well as on Transmission Networks for Offshore Wind Power Plants (2021).
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