Accurate and Efficient Simulation of Electromagnetic Transients Using Frequency Dependant Line and Cable Models

La conception et le fonctionnement efficace des lignes de transmission dépendent fortement des simulations précises des transitoires électromagnétiques, qui nécessitent de couvrir une large gamme de fréquences, comprenant celles très proches du courant continu (CC). Plusieurs approches de modélisation des lignes de transmission et des câbles ont été développées au cours des dernières décennies. Les modèles les plus sophistiqués souffrent de problèmes de performances de calcul et les modèles simplifiés ne sont pas suffisamment précis lorsqu'ils sont utilisés dans une large gamme de transitoires. Cette thèse passe en revue les modèles prédominants à l'heure actuelle et démontre leurs inconvénients au moyen de simulations. Ensuite, elle étudie les pratiques de modélisation requises pour obtenir des simulations plus précises et plus rapides dans le domaine temporel en utilisant de modèles de lignes/câbles dépendant de la fréquence. Dans la première partie, cette thèse contribue à une procédure d'ajustement améliorée pour l'identification de la fonction de propagation dans les câbles. La procédure d'ajustement H proposée repose sur des techniques de pondération adaptative et de partitionnement de fréquence afin d'assurer la précision de l'ajustement pour toutes les entrées de la matrice , comprenant des éléments hors diagonaux de faible magnitude. En outre, une technique de réduction d'ordre de modèle via une réalisation équilibrée est appliquée pour obtenir un ordre d'approximation réduit. Les résultats numériques montrent que la méthodologie proposée permet d'obtenir un ajustement plus précis et qu'elle, combinée à des schémas d'intégration précis, fournit des simulations stables et plus précises.L'analyse transitoire des lignes de transmission en capturant avec précision la réponse du courant continu est devenue un intérêt particulier avec le nombre croissant de systèmes HVDC planifiés et installés. Une pratique pour capturer la réponse CC consiste à démarrer la gamme de fréquences dans le modèle à partir d'un échantillon de très basse fréquence dans l'ajustement des fonctions de ligne de transmission. Toutefois, cela peut rigidifier l'ajustement en raison de l'augmentation de la gamme de fréquences, et les valeurs calculées de tension/courant de ligne de régime permanent à courant continu peuvent s'écarter de la solution correcte. Pour résoudre ce problème, cette thèse propose une méthode d'ajustement en deux étapes dans laquelle les échantillons de basse fréquence sont exclusivement pris en compte.