Brevet FR2442527A1 — publié le 19800620

L'invention se rapporte à un procédé de régulation de la phase d'un circuit de transfert d'énergie en courant al- ternatif à postes de production, de couplage ou d'utilisation dont chacun est équipé d'un dispositif demeure et de régulation de la phase de la tension du réseau local. L'invention a par ailleurs pour objet un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé ainsi que certains appareillages destinés en particulier à cette application, mais convenant en principe aussi à la régulation de la phase de circuits de transmission d'énergie en courant alternatif d'autres types, par exemple à l'intérieur de postes individuels d'un secteur, indépendamment de la régulation prioritaire effectuée à l'intérieur de l'ensemble du réseau. L'article "Improvement of Power-System Transient Stability by phase-Shi Insertions' PROC. IEE, vol. 120,ne 2, février 1973 ,décrit une régulation de la phase d'une tension de réseau par rapport à l'angle électrique du rotor d'une turbogénératrice couplée au réseau au poste correspondant, cette régulation comprenant un déphaseur entre la génératrice et le réseau ou la barre omnibus.Cette régulation de la phase ou de l'angle électrique est utilisée pour maintenir ou améliorer la stabilité dynamique, c'est-à-dire la stabilité de l'exploita- tion vis-à-vis des dérangements passagers. I1 n'est pas possible d'obtenir ainsi de manière simple une stabilité à longue échéance d'une phase prédéterminée de la tension du réseau. I1 n'est donc pas possible non plus d'utiliser simplement les phases auxquelles se trouvent différents postes couplés dans un réseau pour le réglage et le maintien de courants de charge prédéterminés entre les postes, bien qu'il semble possible de pouvoir le faire par les déphasages entre postes ou aux extrémités des lignes correspondantes de transfert d'énergie et qu'il serait plus avantageux de procéder ainsi dans certains cas que par la régulation de puissance.Dans l'état actuel de la technique, on procède inversement en mesurant les courants de charge à l'intérieur du réseau et en déterminant par calcul les phases admissibles communes aux différents points du réseau, ce processus étant problématique lorsqu'il s'agit d'opérer avec maintien en phase ou de procéder à la régulation de ltensemble d'un réseau. La régulation connue de la phase de manière isolée à un poste et le dispositif correspondant ne permettent par ailleurs de déceler les défaillances du réseau par suite de variations rapides de la phase en des points éloignés, en particulier à des postes de production ou d'utilisation dont l'influence est forte, que sous forme des réactions au Doste correspondant et donc nepeuventen principedéclencher les mesures de correction qu'avec retard dans le circuit de régulation.Par ailleurs, les organes de réglage que comprennent les circuits connus de régulation de la phase et qui se présentent sous la forme d'impédances à réaction ou de transformateurs à prises commutables réagissent avec une telle inertie qu'il n'est pratiquement pas possible d'imaginer une régulation optimale. L'invention se rapporte donc à un procédé et un dispositif de régulation de phase ou d'angle électrique qui permet la stabilité à longue échéance et le maintien des phases d'une tension de réseau non seulement en des postes individuels, mais aussi à l'intérieur de l'ensemble d'un circuit formé de plusieurs postes couplés, c'est-à-dire qui permet le réglage et le maintien d'une répartition prédéterminée du courant de charge à l'intérieur du réseau. Selon une particularité essentielle du procédé de l'invention, il consiste essentiellement à former un signal commun de phase de référence et/ou au moins un signal pilote de phase destiné à la régulation locale de la phase de la tension du réseau et à le transmettreentreaumoinsdeuxpostes d'un circuit de transfert d'énergie se composant de plusieurs postes.Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, le signal pilote de phase que reçoit au moins un poste, et qui de préférence est reçu par plusieurs postes, est un signal qui est fonction de la phase de la tension du réseau à un autre poste et qui est de préférence en relation linéaire avec cette phase. Un signal local de consigne de phase peut avantageusement être superposé, de préférence par addition, au signal central de référence ou au signal pilote de phase à au moins un poste. Les signaux locaux de phase de plusieurs postes peuvent aussi être transformés en un signal central pilote de phase. Selon une particularité essentielle du dispositif de l'invention pour la mise en oeuvre du procédé, il comprend au moins un transmetteur central, de préférence à fréquence porteuse, d'un signal commun de phase de référence et/ou d'au moins un signal pilote de phase, ainsi qu'un récepteur correspondant que comprend chacun de plusieurs postes de production, de couplage ou d'utilisation, chacun de ces postes comprenant par ailleurs un dispositif subordonné de mesure de la phase de la tension locale du réseau par rapport au signal commun de phase de référence ou un dispositif subordonné de régulation locale de la phase assurant le traitement du signal central pilote de phase. I1 faut noter qu'une application avantageuse de cette solution peut en principe être envisagée même pour un circuit ne comprenant que deux postes couplés, bien que les avantages qu'apporte l'invention soient particulièrement évidents dans les applications aux réseaux importants. Un avantage essentiel de la régulation de phase selon l'invention réside dans le fait que l'utilisation d'un signal commun de phase de référence pour plusieurs postes d'un réseau permet un contrôle et une régulation de l'état général des différences de phase et donc de la propagation des courants de charge dans le circuit sous forme d'un système cohérent de grandeurs mesurées et réglées. Les phénomènes inévitables d'excursion lorsque les références de phase ne sont définies que localement sont ainsi inhibés. Par ailleurs, la transmission de signaux pilotes de phase, dans le cas le plus simple, la transmission directe de signaux de mesure de phase d'un poste à un autre, permet la détection directe de défaillances lointaines provenant de discontinuités de charge et de phase dans le réseau. Il est possible ainsi de procéder à un réglage rapide et éventuellement à une compensation par introduction d'une grandeur perturbatrice. Le principe de l'invention a donc aussi son utilité dans l'améliorationde la stabilité dynamique des génératrices ou moteurs couplés au réseau aux différents postes et donc de la stabilité de l'ensemble du réseau d'exploitation. Un point important pour la stabilité dynamique est la faiblesse de l'inertie de la régulation, c'est-à-dire donc es sentiellement des organes de réglage et donc, selon une autre particularité avantageuse de l'invention utilisable en principe aussi dans l'exploitation d'un poste individuel, les organes de réglage utilisés dans le circuit de régulation de la phase sont des déphaseurs commandés à faible inertie ou des appareillages d'utilisation ou de production de charge active. I1 est ainsi possible aussi d'introduire dans les grandeurs de réglage du circuit de régulation les dérivées par rapport au temps (les quotients différentiels) de la phase de la tension du réseau pour améliorer la stabilité dynamique. Les déphaseurs à faible inertie qui sont par exemple utilisables sont des modules à réactance que des valves à semiconducteurs connectent et coupent avec un taux d'impulsions variable, en particulier des transformateurs transversaux ou des diviseurs de ténsion à réaction. Par contre, les appareillages utilisateurs de charge active à faible inertie sont des résistances de charge que des valves à semi-conducteur connectent et coupent de la manière mentionnée ci-dessus et les appareillages producteurs de charge active sont par exemple des génératrices se connectant de manière correspondante et combinées avec des accumulateurs à volant ou analogues; il est possible éventuellement d'utiliser aussi pour les deux fonctions des lignes de transfert de courant continu à haute tension existantes avec un poste de tête de ligne se connectant à une barre omnibus d'un poste et opérant en mode onduleur ou redresseur. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est un schéma d'ensemble illustrant le principe d'un réseau de transfert d'énergie à plusieurs postes et le circuit correspondant de transmission de signaux à titre d'exemple d'un dispositif de régulation de la phase de la tension du réseau ; et la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un dispositif local de mesure et de régulation des postes du réseau de la figure 1. Le réseau de la figure 1 comprend plusieurs postes S1 S2 S3, dont chacun comprend par exemple une génératrice G qu'un transformateur T couple à une barre omnibus SS, ainsi qu'une charge LA, qui représente l'appareillage utilisateur, connectée à la barre omnibus de chacun des postes S1 et Les barres omnibus des différents postes sont interconnectées au moyen d'un réseau de lignes N indiqué schématiquement et sont connectées à d'autres postes non représentés de production, de couplage ou d'ùtilisation en vue du transfert d'énergie. Chaque poste comprend un dispositif de mesure et de régulation MRL de la phase ou de l'angle électrique de la tension correspondante locale U1, U2, U3.Les déphasages entre différents postes sont déterminants pour la circulation des courants de charge entre eux, tandis que l'angle de roue polaire, qui est représenté par la différence entre l'angle du rotor et l'angle du champ tournant du stator et qui est déterminant pour la stabilité d'une génératrice ou aussi d'un moteur constitué d'une machine synchrone et couplé à un poste, est déterminé essentiellement par la différence entre l'angle du rotor, d'une part, et la phase de la tension du réseau, éventuellement additionnée de l'angle d'un déphaseur interposé, d'autre part. La phase de la tension du réseau est ainsi déterminante pour la stabilité statique de la répartition des courants de charge ainsi que pour la stabilité dynamique de l'exploitation du réseau. Un transmetteur central SZ destiné à fixer la phase de manière cohérente et stable à long terme dans l'ensemble du système opère de préférence en mode à fréquence porteuse et des canaux de transmission de signaux K1, K2, K3 le relie aux postes avec un temps de propagation des signaux qui est connu et doit être étalonné. De plus, une horloge centrale de type classique et donc ni décrite ni représentée et qui est reliée au transmetteur ou à une installation centrale correspondante de traitement de l'information DZ émet tout d'abord des signaux communs de phase de référence rpz sous forme de signaux d'horloge de grande précision. Cette disposition donne par elle-même la nature cohérente et la stabilité à long terme de la phase dans l'ensemble du système. Par ailleurs, le transmetteur SZ dirige encore par les canaux K1, K2, par exemple sur les postes S1 et S2} des signauxpilotes de phase fpz qui sont de préférence communs, mais qui en principe peuvent aussi être modifiables individuellement à l'aide du dispositif de traitement de l'information selon un algorithme à priorité de régulation ou de commande. Ces signaux représentant des grandeurs pilotes sont de toute manière dérivés du signal -local de phase psl d'un poste particulier ou pilote, dans le cas présenta du poste S3.Il peut en général exister une corrélation linéaire simple entre le signal représentant la grandeur pilote et le signal de phase du poste pilote (avec des constantes d'addition et/ou de multiplication), mais d'autres algorithmes de corrélation peuvent aussi être utilisés. I1 est admis dans l'éxemple particulier que les dispositifs centraux SZ et DZ sont disposés à proximitd du poste pilote S3 cette disposition étant indiquée dans la représentation du dessin par le canal K3 qui est différent des canaux K1 et K2. Mais il peut aussi être possible d'obtenir une optimisation en prévoyant plusieurs transmetteurs - par exemple reliés à différents postes - et en répartissant la capacité totale ou partielle du traitement de l'information.Par ailleurs, les signaux pilotes de phase fpz peuvent aussi être dérivés - avec adaptation commune ou individuelle - des signaux de phase locale psl de plusieurs postes, de la manière indiquée par les canaux K1 et K2 et de manière qui peut être recherchée en vue de l'optimisation de l'ensemble de la régulation à l'aide d'un dispositif de traitement de l'information ayant une capacité correspondante. Un dispositif de mesure et de régulation MRL monté à un poste et tel que le représente la figure 2 comprend par exemple un déphaseur commandé PHS qui constitue l'organe de réglage d'un régulateur local de phase PRL et qui est monté en série dans le canal de transfert d'énergie entre les points X-X.(voir aussi le poste S1 de la figure 1). Par ailleurs, un autre organe de réglage possible consiste en un appareillage d'utilisation ou de production de puissance active WVG qui est connecté én parallèle sur le canal X-X et qui est aussi commandé de manière correspondante par le régulateur de phase PRL. Un appareil PHM de mesure de la phase de la tension du réseau dans le cas particulier, la tension U1 - est connecté au canal X-X et alimenté en signal de phase de référence rpz par un récepteur local ELt cet appareil formant ainsi le signal local de phase psl qui est envoyé au régulateur PRL et donc au compta rateur de valeur de consigne et de valeur réelle du circuit de régulation (non représenté). Par ailleurs, un transmetteur local SL envoie le signal psl dans le canal correspondant de transmission des signaux de la manière indiquée sur le circuit de la figure 1. Le régulateur PRL reçoit par ailleurs du récepteur local EL le signal pilote correspondant de phase fpz qui forme avec un signal local de consigne de phase spl reçu d'un générateur local correspondant de valeur de consigne SGL la grandeur active pilote ou de consigne nécessaire à la comparaison de la valeur de consigne et de la valeur réelle du circuit à l'intérieur du régulateur PRL.Les grandeurs pilotes centrales ou leurs composantes permettent une régulation variable de la répartition des courants de charge à l'intérieur de l'ensemble du système et permettent par ailleurs la compensation directe de perturbations éloignées dans la phase par introduction d'une grandeur perturbatrice, tandis que la composante locale de valeur de consigne ou de grandeur pilote permet le réglage d'une répartition prédéterminée normale des courants de charge indépendamment de la régulation prioritaire du système, cette composante permettant par ailleurs aussi des adaptations locales et éventuellement même des automatismes. L'horloge centrale opère de préférence avec une fréquence relativement basse de répétition des signaux ou en variante, seule une partie correspondante des signaux est transmise ou utilisée à la réception,tandis que des horloges secon dairesh fonctionnement plus rapide, au moins à la fréquence de répétition du réseau - par exemple l'horloge TS située à l'intérieur du récepteur local EL de la figure 2 - sont opposés à cette horloge primaire de la centrale à l'intérieur des postes et opèrent de façonaatonomer sauf toutefois en ce qui concerne la synchronisation qui est effectuée par le signal central de phase de référence rpz. La figure 2 représente en conséquence un signal secondaire spécial de phase de référence rpz' qui agit dans le circuit de régulation et que l'horloge secondaire TS envoie à l'appareil local de mesure de phase PHM. L'avantage de ce système réside dans son indépendance en cas de défaillance du signal d'horloge central et dans la faiblesse de la consommation d'énergie (faible fréquence de répétition) nécessaire à sa transmission. Même une mauvaise qualité passagère de la transmission de l'impulsion d'horloge centrale demeure sans grande conséquence, ce facteur ayant une importance particulière en cas de transmission sans fil. REVENDICATIONS 1 - Procédé de régulation de la phase d'un circuit de transfert d'énergie en courant alternatif comprenant des postes de production, de couplage ou d'utilisation dont chacun est équipé d'un dispositif de mesure et de régulation de la phase de la tension locale du réseau, procédé caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à former un signal commun de phase de référence (rpz) et/ou au moins un signal pilote de phase (fpz) destiné à la régulation de la phase locale de la tension du réseau (U1, U t U3r dans un circuit de transfert d'énergie se composant de plusieurs postes (S1 S2, S3) et à transmettre ce signal entre au moins deux postes. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer à plusieurs postes 2' S3) un signal commun pilote de phase (fpz) destiné à la régulation locale de la phase de la tension du réseau. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le signal pilote de phase (fpz) envoyé à au moins un poste et de préférence à plusieurs postes (S1, S2) consiste en un signal qui est fonction de la phase de la tension du réseau (U3) d'un autre poste (S3) et qui de préférence est en corrélation linéaire avec cette phase. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à superposer, de préférence par addition, un signal local de consigne de phase (spl) au signal central de phase de référence (rpz) ou au signal central pilote de phase (fpz) en au moins un poste. 5 - Procédé de régulation de phase selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à convertir les signaux locaux de phase (psl) de plusieurs postes (S1' S2 53) en un signal central pilote de phase (fpz). 6 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 52 caractérisé en ce qu'ilcomprendaumoins un transmetteur central (SZ), de préférence à fréquence porteuse, d'un signal commun de phase de ré férence(rpz) et/oud'au moinsun signal pilote de phase (fpz) ainsi que, à chacun de plusieurs postes de production, de couplage ou d'utilisation (S1 S2), un récepteur correspondant (EL) ainsi qu'un dispositif subordonné (PHM) de mesure de la phase de la tension locale du réseau (U1 U2) par rapport au signal commun de phase de référence (rpz) ou un dispositif local subordonné de régulation de la phase (PRL) destiné au traitement du signal central pilote de phase (fpz). 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en au moins un poste (S3) un transmetteur local (SL) d'un signal local de phase (psl) à au moins un dispositif, de préférence centrale transmission et de traitement de l'information (SZt DZ). 8 - Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'au moins un poste comprend un générateur local de phase de consigne (SGL) destiné à l'établissement d'une composante d'une grandeur pilote locale. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif central de transmission et de traitement de l'information (SZ, DZ) qui est équipé d'une horloge de précision destinée à émettre le signal central de phase de référence (rpz). 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un transmetteur (SZ) qui est commun à plusieurs postes et qui est équipé d'une horloge primaire qui délivre un signal de phase de référence (rpz) et chacun des postes correspondants (S1,S2,S3) est équipé d'une horloge secondaire (TS) qui est synchronisée par le signal de phase de référence (rpz) et qui opère de préférence à une fréquence supérieure à celle de l'horloge primaire. 11 - Dispositif de régulation de la phase d'un circuit de transfert d'énergie en courant alternatif équipé d'un dispositif de mesure et de régulation de la phase d'une tension de réseau, en particulier selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que l'organe de régulation de la phase est un déphaseur commandé à faible inertie (PHS). 12 - Dispositif de régulation de la phase d'un circuit de transfert d'énergie en courant alternatif équipé d'un dispositif de mesure et de régulation de la phase d'une tension de réseau, en particulier selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que l'organe de régulation de la phase est un appareillage commandé à faible inertie d'utilisation ou de production d'une charge active (WVG).