Analyse de la qualité de l'onde d'une unité de production décentralisée raccordée au réseau déséquilibré

De nos jours, l'énergie électrique générée dans les centrales est transportée par de longues lignes de transmission qui ne sont pas parfaitement transposées, d'autre part, la pénétration des charges monophasées est en croissance, tout cela, en plus de plusieurs autres facteurs, rendent la tension dans les réseaux de distribution, déséquilibrée. En réalité, ce déséquilibre de tension entraîne plusieurs défis dans les réseaux électriques modernes qui hébergent la forte pénétration des unités de production décentralisée. Les unités de production décentralisée sont généralement raccordées aux réseaux par un dispositif d'électronique de puissance, principalement un convertisseur VSC. Le déséquilibre de tension du réseau, d'un côté, fait onduler la tension à la barre DC du convertisseur VSC et puis de l'autre, fait injecter des harmoniques du bas rang en plus des harmoniques à haute fréquence dues à la commutation du convertisseur de puissance. Les harmoniques détériorent la qualité de l'onde et ainsi de suite, engendrent les pertes dans le réseau et des équipements. Cette augmentation des pertes se traduit par la croissance des coûts de maintenance des réseaux électriques. En outre, la présence des harmoniques dans le réseau influe sur la performance du système de protection et aussi peut provoquer la dégradation des isolations des équipements du réseau tels que les transformateurs, les disjoncteurs et etc. Donc, le niveau d'émission d'harmoniques doit respecter les exigences du fournisseur de l'énergie. Donc l'élimination ou la mitigation des harmoniques contribue à améliorer considérablement la qualité de l'onde dans les réseaux électriques. Dans ce mémoire, en premier lieu, une étude analytique et compréhensive de la qualité de puissance dans les réseaux électrique hébergeant des unités de production décentralisée sera effectuée. Le but principal de cette étude est de bien déterminer d'où viennent l'ondulation du côté DC et les harmoniques du côté AC du convertisseur VSC de l'unité de production décentralisée. Puis les conditions d'élimination d'ondulations et d'harmoniques seront déduites. Ainsi, l'étude va révéler les limites des méthodes proposées à ce jour dans la littérature. En réalité, le système de commande du convertisseur de puissance peut, lui-même, devenir la source des ondulations et des harmoniques injectés au réseau. Par conséquent, dans ce mémoire, le convertisseur VSC des unités de production décentralisée sera contrôlé de telle façon que les courants du côté AC du convertisseur aient le moindre harmonique. Du coup, le taux de distorsion d'harmonique (THD) diminue notablement. Dans le but de concevoir un système de commande capable d'éliminer ou mitiger les harmoniques ainsi que les ondulations, le modèle dynamique de l'unité de production décentralisée sera élaboré.

Abstract

The electric power generated in the power plants is transported by long transmission lines that are not perfectly transposed. On the other hand, the penetration of non-linear loads is growing, all this, in addition to several other factors, makes the voltage in distribution grids unbalanced. In reality, this voltage imbalance brings several challenges in the electrical networks. The decentralized generation units are generally connected to the distribution networks whose voltage is unbalanced, inject non-characteristic harmonics in addition to the high frequency harmonics due to the commutation of the power converter. These harmonics degrade the quality of power injected into the grid by the decentralized generation unit and so on, the loss in the network and equipment will be significantly increased. This increase in losses is reflected in the growth of electrical network maintenance costs. The presence of harmonics in the network influences the performance of the protection system and can also cause degradation of the insulation of network equipment such as transformers, circuit breakers and so on. Therefore, the level of harmonic emission must meet the requirements of the energy supplier. On the other hand, the elimination or mitigation of harmonics significantly improves power quality in power grids. In this thesis, in order to achieve this objective, at first, an analytical and comprehensive study of the power quality in the decentralized production units will be carried out in order to determine where these harmonics come from. Then the harmonic elimination conditions will be deduced using the results of this study, which will lead to reveal the disadvantages of the methods proposed in the literature. In reality, the control system of the power converter can, itself, become the source of the harmonics injected into the network. Therefore, in this thesis, the power converter of the decentralized production units will be controlled so that the currents of the AC side of the converter have the least harmonic. As a result, the harmonic distortion rate (THD) decreases significantly. In order to design a control system being able to eliminate or mitigate the harmonics, the dynamic model of the decentralized production unit will be elaborated and then the control system will be conceived while respecting the conditions resulting from the analytical study. harmonics that have already performed. Then, using the EMTP-RV software the performance of the designed controller will be challenged by the imposition of the worst network imbalance conditions. The results of simulations in EMTP-RV conform to those of the analytical study of harmonics. So, the decentralized power plant provides the power to the network without the degradation of the power quality when the network is unbalanced. No additional devices are added to the system.