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RÉSUMÉ
Cet article décrit les composants élémentaires des liaisons à courant continu de deux technologies à thyristors et à convertisseur source de tension. L’énergie est aujourd’hui transportée et distribuée en courant alternatif pour des raisons de simplicité de production, de facilité de changement de niveau de tension et de coupure de courant. Pour autant, ce mode de transport pose de sérieux problèmes, notamment de répartition des transits d’énergie. Pour ces raisons, le courant continu se montre dans certaines situations de transferts d’énergie plus intéressant que le courant alternatif.
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Eric JONCQUEL : Ingénieur ENSEEIHT - Ingénieur-Chercheur au département Technologies et Économie des Systèmes Électriques – EDF Recherche et Développement.
INTRODUCTION
Une liaison à courant continu est constituée d’une ligne à courant continu reliant au moins deux réseaux alternatifs par l’intermédiaire de stations de conversion.
L’énergie électrique est aujourd’hui produite, transportée et distribuée en courant alternatif. Ce choix tient à quelques raisons majeures : simplicité de production (les alternateurs sont plus simples et plus fiables que les génératrices à courant continu), facilité de changer de niveau de tension à l’aide de transformateurs, facilité de couper le courant car il s’annule naturellement deux fois par période.
Cependant, la maîtrise des transferts d’énergie en courant alternatif pose, dans les réseaux denses, des problèmes de plus en plus ardus à résoudre :
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la répartition des transits d’énergie dans les diverses branches des réseaux maillés se fait suivant des lois physiques et ne peuvent pas être maîtrisés facilement ;
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la puissance réactive doit être compensée au plus près de sa consommation afin de limiter les pertes et les chutes de tension ;
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les réglages de la fréquence et de la phase des alternateurs interconnectés doivent être coordonnés.
Le courant continu pose d’autres problèmes : sa production nécessite le redressement des ondes de courant alternatif et le changement de tension ne peut se concevoir qu’au moyen de dispositifs complexes. Dans l’un et l’autre cas, le recours à une électronique de puissance très coûteuse s’avère nécessaire. Le problème de la coupure du courant continu est techniquement résolu mais au prix de procédés sophistiqués et chers.
Il y a toutefois des situations dans lesquelles le courant continu est plus intéressant que le courant alternatif, voire obligatoire.
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3. Conception des stations de conversion source de tension
3.1 Schéma général
Un convertisseur source de tension (ou VSC, Voltage Sourced Converter) connecté au réseau se comporte comme un alternateur sans inertie. Il échange avec le réseau alternatif des puissances actives et réactives en fonction de la phase et de l’amplitude de la tension alternative qu’il génère. Tout échange de puissance active du convertisseur avec le réseau alternatif se traduira par un échange équivalent du convertisseur avec le réseau continu.
La synthèse de la tension alternative par le convertisseur nécessite des commutations forcées à fréquence élevée (1 à 2 kHz), ce qui engendre davantage de pertes que la conversion alternatif/continu dans un convertisseur à thyristors.
La maîtrise de la puissance réactive échangée avec le réseau permet non seulement de se passer de bancs de capacités mais aussi de soutenir la tension du réseau au point de connexion.
Une liaison continue (figure 7) est formée de deux convertisseurs reliés par un circuit continu. La figure 8 montre le détail des composants d’un convertisseur.
HAUT DE PAGE3.2 Unité de conversion
3.2.1 Bras de convertisseur élémentaire
Le composant de base d’un convertisseur de tension est un interrupteur statique capable d’établir et de couper un courant (contrairement au thyristor qui n’est capable que d’établir un courant). On utilise couramment des IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Une diode de roue libre est connectée en anti-parallèle avec cet interrupteur unidirectionnel en courant pour assurer le passage du courant dans les deux sens.
La figure 9 montre un bras élémentaire de convertisseur dans lequel les deux interrupteurs relient une phase du réseau alternatif soit au pôle positif, soit au pôle négatif du réseau continu. En faisant succéder rapidement ces commutations, on génère à partir de la tension continue une tension alternative (cf. ...
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