Modélisation et simulation des réseaux électriques

1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE A/MIRA-BEJAIA FACULTE de technologie DEPARTEMENT DE GENIE electrique Intitul du cours : Niveau : 1i re ANNEE Master Electrotechnique Auteur : Mr. Athmane BOUZIDI Maitre de conf rences B, Charg de recherche Volume horaire : 60 heures, (Cours 1,5H, TD : , TP : 1H) Mod lisation et simulation des r seaux lectriques Pr ambule Pr ambule Le probl me majeur de l' nergie lectrique est qu'elle ne peut pas tre stock e, chaque instant, l' nergie produite doit tre exactement gale l' nergie consomm e.

2 Au niveau de l'ensemble le total de la production doit tre gal au total de la consommation. D s que l' nergie produite ne peut pas tre consomm e ou l' nergie demand e ne peut pas tre satisfaite, cela provoque des probl mes, tels que la perte de synchronisme des alternateurs, la mise hors service d'un ouvrage qui peut lui-m me engendr d'autres mises hors service, il en r sulte un fonctionnement relativement fragile du syst me et contre lequel il faut se pr munir. Avant que chaque instant ne se pr sente effectivement, il faut le pr parer, c'est- -dire amener le syst me lectrique dans le meilleur tat possible qui permet de passer l'instant avec la meilleure s curit tout en engageant de moindres d penses.

3 Mais aussi des incidents peuvent provoquer des d g ts important dans le r seau lectriques si un dimensionnement ad quat des quipements et de la protection n a pas t fait l avance. L ajout ou la perte d un l ment important dans le r seau lectrique n cessite de revoir les calculs des tensions, courants et puissances dans tous le r seau. En plus de toutes ces contraintes le r seau de transport lectrique est un r seau maill comportant des centaines d acc s et de lignes, des transformateurs et plusieurs sources.

4 Des calculs et tudes simples ne conviennent plus et prennent norm ment de temps. La mod lisation et simulation par ordinateur sont indispensables et r pondent parfaitement aux exigences d efficacit , de pr cision et de rapidit . La prise en compte des centaines d acc s et le calcul des diff rents tats et grandeurs par des syst mes matriciels repr sentant le r seau lectrique n est plus un probl me pour l ordinateur. En effet des mod les et programmes informatiques ont t labor s et ont montr leur efficacit.

5 Ces programmes permettent de faire le calcul des courants de court-circuit, d coulement de puissance, de dispatching conomique, et de stabilit du r seau lectrique. Ce document comporte cinq chapitres : Le premier chapitre permet de pr parer les tudiants la mod lisation et comprendre et assimiler les diff rents concepts de base ; les composants (r sistance inductance et capacit ), la repr sentation ad quate d un signal lectrique en monophas et en triphas et les mod les des diff rents l ments du r seau (sources, lignes, transformateurs et charges).

6 Le deuxi me chapitre pr pare toujours l tudiant la mod lisation par la description du syst me d unit s relatives, en passant par la th orie des graphes et se termine par la construction des matrices admittance et imp dance du r seau lectrique. Ces matrices sont indispensables pour tous les calculs que nous aborderons dans ce document. Le troisi me chapitre est consacr au calcul des courants de d fauts (triphas s, monophas , biphas et biphas -terre) apr s avoir introduit la th orie des composantes sym triques.

7 Le quatri me chapitre est consacr au calcul d coulement de puissance par essentiellement deux m thodes (Gauss Seidel et Newton Raphson). Le cinqui me et dernier chapitre est r serv au calcul optimal du co t de la production de l nergie lectrique ce qu on appelle le dispatching conomique. Sommaire Sommaire Pr ambule .. 2 3 Introduction g n rale .. 1 Chapitre I R seaux lectriques en r gime sinuso dal : notions de base .. 2 Introduction .. 2 Repr sentation des signaux sinuso daux .. 2 Repr sentation vectorielle.

8 2 r f rence .. 2 Repr sentation complexe .. 3 valeur efficace et valeur cr te .. 3 Imp dances complexes .. 3 Puissance .. 4 Puissances active et r active .. 5 R seaux triphas s .. 8 .. 8 Montage toile .. 8 Montage 9 Transformation toile/triangle .. 10 Puissances en triphas .. 10 Mod lisation des l ments du r seau lectrique .. 11 Moyens de production .. 12 Lignes .. 12 15 Charge .. 15 Conclusion .. 15 Chapitre II. Syst me d unit s relatives et construction des matrices du r seau .. 16 Syst me d unit s relatives.

9 16 Le changement de base dans le syst me d unit relative : .. 16 Exemple : .. 17 Description graphique et topologique d'un r seau .. 19 Examen de la th orie des graphes .. 19 Mod lisation globale du r seau: le mod le CIM .. 21 Repr sentation matricielle des r seaux .. 21 Matrices admittance et imp dance d un r seau lectrique .. 28 Relations entre les tensions aux acc s et les courants inject s .. 28 Formation de la matrice imp dance [Zbus] .. 29 Formation de la matrice admittance nodale [Ybus]: .. 35 Conclusion .. 36 Chapitre III.

10 Calcul des courants de d faut dans les r seaux de transport .. 37 Sommaire Introduction : .. 37 D finition .. 37 Les causes courantes de d fauts .. 37 Effets d un court-circuit .. 37 Calcul des courants de 38 Pr sentation de la m thode des composantes sym triques : .. 38 formulation des quations g n rales de cout-circuit .. 40 Calcul des tensions aux acc s au moment du d faut .. 42 calcul des tensions en valeurs r elles aux acc s du r seau : .. 42 calcul des courants dans les branches du r seau : .. 42 R ajustement du d phasage des tensions.