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Le réseau électrique vu comme un tandem

• Bruxelles
• Septembre 2005

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Le réseau électrique vu comme un tandem

• Le réseau électrique est à la fois
• dune importance cruciale au quotidien pour notre
  économie
• et dune grande complexité
• Doù lidée dutiliser une bonne analogie pour se
  faire une meilleure idée de son mode de
  fonctionnement
• Nous comparerons donc le réseau à un tandem

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Le réseau électrique vu comme un tandem

• Aucune analogie ne peut constituer une
  représentation complète
• Il nest pas possible de translater toutes les
  caractéristiques
• Certain aspects de lanalogie ne sont pas
  totalement pertinents
• Les ressemblances doivent être suffisamment
  proches
• Elle peut alors être très utile à une meilleure
  compréhension du caractère abstrait dun réseau
  électrique

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Représentation fondamentale du système (1)

• Le tandem se déplace à vitesse constante
• Le but les personnages en bleu doivent
  continuer à se déplacer
• Personnages en bleu la charge (charges
  industrielles, résidences privées)
• Personnages en rouge centrales de production
  (de différentes tailles)

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Représentation fondamentale du système (2)

• La chaîne le réseau électrique
• La chaîne doit tourner à vitesse constante (le
  réseau électrique est à fréquence constante)
• La partie supérieure de la chaîne doit rester
  sous tension constante (le niveau de tension en
  un point donné du réseau doit être constant)

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Représentation fondamentale du système (3)

• Partie inférieure de la chaîne, sans tension
  conducteur de neutre
• Plateau transmettant lénergie à la chaîne
  transformateur interfaçant la centrale de
  production et le réseau

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Représentation fondamentale du système (4)

• Certaines personnes en rouge (centrales de
  production) ne pédalent pas à pleine puissance
• Elles sont capables dappliquer une force
  supplémentaire quand
• Une nouvelle personne en bleu (charge) sassoie
  dans tandem
• Une des personnes en rouge (centrales de
  production) est prise de crampes ( problème
  technique)

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La puissance réactive et sa compensation (1)

• La personne en bleu se penche dun côté charge
  inductive
• La charge inductive décale londe de courant par
  rapport à londe de tension (plus spécifiquement
  décalage arrière)
• Causes bobines excitatrices des moteurs
  électriques, les ballasts des éclairages
  fluorescents, et certains types de chauffages
  électriques

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La puissance réactive et sa compensation (2)

• Personne en bleu
• Poids normal ( charge normale)
• Pas dinfluence sur la tension de la chaîne (
  niveau de tension normal)
• Pas dinfluence sur la vitesse ( fréquence
  normale)
• Mais sans compensation, le tandem risque de
  tomber

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La puissance réactive et sa compensation (3)

• La personne en rouge se penche de lautre côté
  pour compenser
• La centrale de production génère de la
  puissance inductive (décalage de londe courant
  par rapport à londe de tension, comme pour la
  charge)

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La puissance réactive et sa compensation (4)

• Conséquences
• La compensation doit être instantanée et précise,
  ce qui requiert la bonne compréhension de la
  situation
• La personne qui pédale en se penchant sur le côté
  ne fournit pas son effort aussi confortablement
  que précédemment
• Le tandem à plus de prise à lair, engendrant des
  pertes supplémentaires

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La puissance réactive et sa compensation (5)

• Une meilleure solution exercer la compensation
  au voisinage de la source à laide dune charge
  capacitive la personne en bleu est assise près
  de la charge inductive mais se penche du côté
  opposé
• La charge capacitive place londe de courant en
  avance par rapport à londe de tension,
  compensant ainsi le retard caractéristique dune
  charge inductive

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Distorsion harmonique (1)

• Un cycliste bleu
• Se penche davant en arrière
• Trois ou cinq fois plus vite que le tandem
• Charge harmonique
• La cause Les récepteurs télé, les ordinateurs,
  les lampes fluorescentes compactes, les moteurs
  électriques commandés par des variateurs à ponts
  onduleurs

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Distorsion harmonique (2)

• Elle doit être compensée au voisinage de la
  source, sinon
• ? le tandem va commencer à osciller davant en
  arrière
• ? Engendrant des pertes énergétiques
  supplémentaires
• La compensation à laide de filtres
  anti-harmoniques
• Une selle placée sur des roulettes et se
  déplaçant davant en arrière, ce qui compensera
  le mouvement du personnage bleu hyperactif

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Conservation à des valeurs constantes du niveau
de tension et de la fréquence (1)

• Chaussures glissantes ( panne dans une centrale
  de production)
• La chaussure glisse de la pédale ( la centrale
  de production est arrêtée)
• La tension sur la chaîne diminue
• la tension baisse sur le réseau

? Risque de blessure pour le cycliste rouge, car
la pédale continue de tourner ( risque de casse
de certaines parties de léquipement au moment de
larrêt instantané de la centrale)
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Conservation à des valeurs constantes du niveau
de tension et de la fréquence (2)

• ? dautres cyclistes doivent compenser, pour ne
  pas perdre de la vitesse
• dautres centrales de production doivent
  augmenter leur contribution, pour éviter une
  baisse de la fréquence

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Conservation à des valeurs constantes du niveau
de tension et de la fréquence (3)

• Il est difficile pour un cycliste de replacer son
  pied
• il nest pas évident, dans une centrale de
  production de recoupler son alternateur au
  réseau, les fréquences respectives devant
  parfaitement concorder

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Conservation à des valeurs constantes du niveau
de tension et de la fréquence (4)

• Le même type de creux de tension risque
  dapparaître lorsque quune charge puissante et
  brutalement raccordée au réseau (un cycliste bleu
  monte sur le tandem en marche)
• Une charge puissante est brutalement déconnectée
  (un cycliste bleu saute du tandem en marche) ?
  une surtension transitoire peut apparaître

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Trois différents types de centrales de production
(1)

• Un cycliste rouge est directement relié à la
  chaîne par lintermédiaire dun seul pignon et
  pédale à vitesse constante
• cela correspond aux centrales de production
  traditionnelles tournant à vitesse constante et
  connectées au réseau par lintermédiaire dun
  transformateur

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Trois différents types de centrales de production
(2)

• Un cycliste peut pédaler plus lentement
• Tandis quil est relié à la chaîne par un système
  à pignons
• cela correspond à une turbine hydraulique, dont
  la vitesse dépend du courant dans la rivière
• La turbine est connectée à lalternateur par un
  réducteur
• Ou un convertisseur de fréquence interface
  lalternateur et le réseau

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Trois différents types de centrales de production
(3)

• Un cycliste rouge peu puissant
• Qui ne pédale que quand il fait beau
• Nest pas fiable pour les autres

• cela correspond à une turbine éolienne
• Qui ne fonctionnera que si la vitesse du vent
  nest ni trop lente ni trop rapide
• Et devra être redondante avec dautres types de
  centrales de production

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Trois différents types de centrales de production
(4)

• relié à la chaîne à laide dune courroie et dun
  système à pignon
• turbines éoliennes connectées à un réducteur ou
  un convertisseur de fréquence pour gommer les
  variations de la vitesse du vent

• Aussi pourquoi le cycliste rouge doit-il se
  situer entre des cyclistes bleu ?

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Trois différents types de centrales de production
(5)

• Pourquoi entre des cyclistes bleus ?
• 1) Les turbines éoliennes sont beaucoup moins
  puissantes que les centrales de production
  traditionnelles

• 2) Les turbines éoliennes ne sont pas
  habituellement raccordées au réseau haute tension
  comme les autres centrales de production mais au
  réseau local ? Celui-ci étant conçu pour
  lalimentation des charges, il devient difficile
  de gérer la répartition et la protection du réseau

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Trois différents types de charges (1)

• Un cycliste bleu sans pédale et qui appuie sur
  les freins
• une résistance électrique
• Par exemple les ampoules lumineuses ou la
  plupart des systèmes de chauffage

• Le système de freinage transforme lénergie
  cinétique en chaleur
• au même titre quune résistance transforme
  lénergie électrique en chaleur

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Trois différents types de charges (2)

• Un cycliste bleu, les pieds sur les pédales en
  rotation,
• au lieu daccompagner le mouvement de rotation,
  appuie de tout son poids sur elles en cherchant à
  sopposer à la rotation mais elles lentraînent
• Un moteur électrique
• Même principe fondamental quun alternateur
• Mais, à linverse, transforme lénergie
  électrique en énergie de rotation

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Trois différents types de charges (3)

• Un cycliste bleu se penche dun côté une charge
  inductive
• La charge inductive décale londe de courant par
  rapport à londe de tension (plus spécifiquement
  décalage arrière)
• Déjà présenté précédemment

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Conclusion (1)

• contrôler un réseau électrique est extrêmement
  complexe
• La puissance fournie à chaque instant doit être
  parfaitement égale à celle appelée par la charge
• Il convient de garder constantes à la fois la
  fréquence du réseau (vitesse du tandem) et son
  niveau de tension (tension de la chaîne)

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Conclusion (2)

• Différents types de perturbations peuvent
  ébranler léquilibre
• En Europe chaque pays possède un opérateur de
  réseau indépendant qui réalise cette tâche
  difficile

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Merci pour votre attention!
Bibliographie Explaining Power System Operation
to Non-engineers by Lennart Söder, IEEE Power
Engineering, April 2002