Brevet FR2731304A1 — publié le 19960906

PROCEDE DE COMPENSATION DES EFFETS TRANSITOIRES DUS AUX REDUCTEURS CAPACITIFS DE TENSION DANS UN DISPOSITIF DE PROTECTION D'UN RESEAU DE TRANSPORT ELECTRIQUE. La présente invention se rapporte à un procédé de compensation des effets transitoires dus aux réducteurs capacitifs de tension, dans un dispositif de protection d'un réseau de transport électrique. Elle concerne plus précisément un procédé de compensation des effets transitoires provoqués par des réducteurs capacitifs de tension installés dans un réseau de transport d'énergie électrique, dans un dispositif de protection de ligne électrique en particulier destiné à déterminer, en un point de mesure d'un réseau de transport d'énergie électrique, la distance entre ce point et un défaut affectant une ligne de ce réseau. L'apparition d'un défaut dans un réseau de transport d'énergie électrique haute ou très haute tension peut, s'il n'est pas éliminé dans un temps relativement court, provoquer une déstabilisation des groupes producteurs. Les dispositifs de protection de lignes électriques sont destinés à détecter ces défauts et à ordonner l'isolement du tronçon de ligne en surveillance. Leur fiabilité doit donc être absolue et ils doivent présenter des performances de sûreté et de rapidité. Un tel dispositif de protection doit donner l'ordre de disjoncter, à chaque fois que cela est nécessaire, de la zone effectivement en défaut. Afin de tenir compte de la présence de réducteurs capacitifs de tension, il est connu d'équiper de tels dispositifs de protection d'un filtre passe-bande non récursif qui coupe les basses fréquences mais ne compense pas les fréquences transitoires. Or les réducteurs capacitifs de tension, de plus en plus nombreux dans les réseaux de transport d'énergie électrique, génèrent une réponse transitoire lors d'un changement de régime provoqué par l'apparition d'un défaut sur la ligne. Les dispositifs de protection de ligne électrique connus souffrent de la présence de ces termes transitoires. Ces derniers entraînent de grandes erreurs sur la mesure de distance qui est élaborée par le dispositif de protection, et peuvent conduire à des erreurs d'identification de la zone en défaut. La nécessité d'insérer un filtre compensant ces effets transitoires s'avère de plus en plus cruciale. La présente invention propose un procédé de compensation de ces effets transitoires permettant d'améliorer le dilemme précision-rapidité du dispositif de protection et garantissant les performances évoquées cidessus, avec une modification relativement simple du dispositif de protection. Pour ce faire, conformément à l'invention, le procédé consiste - à considérer la fonction de transfert de ces réducteurs capacitifs de tension, - à équiper le dispositif de protection d'un filtre de fonction de transfert égale à la fonction de transfert inverse de ladite fonction de transfert , compensant au moins les pôles de cette dernière. La théorie de l'inversion est donc appliquée pour déterminer la fonction de transfert d'un filtre inséré dans le dispositif de protection. Cette théorie est en soi connue. Elle est par exemple développée dans l'ouvrage d'Alberto Isidori, "Nonlinear control systems: Introduction" (1989, Springerverlag). Actuellement, elle est essentiellement appliquée en théorie de la commande. Afin d'obtenir de meilleurs performances, de préférence, le procédé conforme à l'invention consiste - à déterminer, à une période d'échantillonnage donnée par ledit dispositif de protection, la fonction de transfert numérique T(z)=N(z)/D(z) des réducteurs capacitifs de tension par transformation de leur fonction de transfert continue, - à inverser cette fonction de transfert numérique afin d'obtenir la fonction de transfert numérique dudit filtre. Selon le mode de réalisation préféré, la fonction de transfert dudit filtre est égale à D(z). Avantageusement, la transformation de la fonction de transfert continue des réducteurs capacitifs de tension en fonction de transfert numérique T(z) est réalisée par transformée bilinéaire. Eventuellement, la fonction de transfert dudit filtre est transformée en fonction d'ordre réduit, afin d'obtenir des temps de réponse inférieurs, et un filtre coupe-bande est mis en série au dit filtre, afin de supprimer les harmoniques créées. L'invention concerne également un filtre destiné à être inséré dans un dispositif de protection d'un réseau de transport électrique, en particulier destiné à déterminer, en un point de mesure d'un réseau de transport d'énergie électrique, la distance entre ce point et un défaut affectant une ligne de ce réseau dont la fonction de transfert est déterminée selon le procédé précédent. Selon une première variante de réalisation, sa fonction de transfert est déterminée à partir de la fonction de transfert des réducteurs capacitifs de tension: 0.768 10-3 p2 F(p)= . 1 + 0.56p + 0.0086p2 + 0.57 * 10-3p3 Selon une seconde variante de réalisation, sa fonction de transfert est déterminée à partir de la fonction de transfert numérique en z des réducteurs capacitifs de tension: 0.9147(z-1 -z-2) T(z) = . 1 - 0.0809z-1 - 0.8294z-2 L'invention se rapporte enfin à un dispositif de protection d'un réseau de transport électrique, en particulier destiné à déterminer, en un point de mesure d'un réseau de transport d'énergie électrique, la distance entre ce point et un défaut affectant une ligne de ce réseau, équipé d'au moins un filtre précédent. Selon un mode de réalisation préféré, il est équipé d'un filtre conforme à la première variante de réalisation activé sur les lignes courtes et d'un filtre conforme à la seconde variante de réalisation activé sur les lignes longues. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide de figures illustrant un mode de réalisation préféré. Les figures 1 à 4 illustrent les différentes fonctions de transfert exposées dans la description suivante, en représentant leur réponse fréquentielle (atténuation en fonction de la fréquence). La figure 5 représente le schéma simplifié de la chaîne de filtrage d'un dispositif de protection. Les principes de base de la théorie de l'inversion vont tout d'abord être rappelés. Considérons un système sous sa représentation d'état générale: dx(t) x(t) = =f(x)+g(x)u (1) dt y=h(x) où x représente le vecteur d'état de composantes (x1, x2,...,xn) et u le vecteur d'entrée de composantes (u1, U2, ..., Um ); y représente le vecteur de sortie de composantes (Y1, y2, ... , yp); les champs de vecteurs f=(f1, f2, ..., fn)T, h=(h1, h2,..., hp)T et g=(g1, g2, ..., gm)T sont supposés analytiques; xeRn, yeSP et usSm. Le système (1) est dit inversible si et seulement si k (adfg)(hj)#0; k#0 (1') où adxY=[X,adx~1Y]; ad Y=Y est le crochet de Lie itéré n fois. Si l'on suppose le système (1) linéaire, il s'écrit x=Ax+Bu (2) y=Cx où A, B et C sont des matrices de dimensions appropriées. En exprimant le système (2) en termes de relation entrée-sortie, on obtient H(p)=C(pI-A)-1B (3) où p=jo est la variable de Laplace. En supposant le système SISO, cette dernière équation est une fonction de transfert continue. Son inverse peut ne pas être une fonction propre. I1 est alors nécessaire de calculer son pseudo-inverse, c'est à dire d'ajouter une batterie d'intégrateurs dont le nombre est égal à l'ordre relatif du système. Telle est la formulation générale de l'inversion des systèmes. Pour obtenir la fonction de transfert numérique correspondante, il est possible de calculer l'inverse de la transformée numérique en z de l'équation (3) ou la transformée numérique en z de l'inverse de l'équation (3). Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, c'est la transformée numérique en z de l'équation (3) qui est inversée. Cette transformée numérique en z est calculée en utilisant la transformée bilinéaire c'est à dire et l'on obtient une fraction rationnelle F(z)=N(z)/D(z). (4) Si les conditions d'inversibilité (1') sont satisfaites, l'application de l'inversion directe entraine l'insertion d'un filtre de fonction de transfert D(z)/N(z). Avantageusement, seule la compensation des pôles de la fonction de transfert (4) est réalisée, les zéros de transmission n'étant pas compensés pour éviter les oscillations entre les instants d'échantillonnage. Le filtre sera donc choisi de préférence avec une fonction de transfert égale à D(z). Le mode de réalisation préféré du procédé conforme à l'invention consiste donc - à déterminer, à une période d'échantillonnage donnée par ledit dispositif de protection, la fonction de transfert numérique T(z)=N(z)/D(z) des réducteurs capacitifs de tension par transformation de leur fonction de transfert continue par transformée bilinéaire, à partir d'un modèle représentatif de ces réducteurs, - à éventuellement transformer la fonction de transfert D(z) en fonction d'ordre réduit D1(z) afin d'obtenir des temps de traitement inférieurs et permettre l'utilisation pour des réducteurs capacitifs de tension ayant des constantes de temps légèrement différentes, - à équiper le dispositif de protection d'un filtre numérique de fonction de transfert égale à Dl(z), - à éventuellement mettre en série un filtre coupebande au dit filtre, afin de supprimer les harmoniques créées par ce filtre. Une application pratique du procédé va être maintenant décrite. Le modèle représentatif des réducteurs capacitifs de tension TCT(245Kv CST ME83) de 1'Electricité de France est donné, en termes de fonction de transfert continue par la fonction 0.768 o3 p2 1 + 0. 56p + 0.0086p2 + 0 57 * 10-3p3 En utilisant la transformée bilinéaire et une période d'échantillonnage de lms, la fonction de transfert numérique correspondante est o. 0384(1 - z1 - z2 - z3) T(z)- 2.o93z-1 + 1.24212 - 0.149z 1 - Conformément à l'invention, il est donc possible d'utiliser un filtre de fonction de transfert égale à D(z)=1-2.093z-1+1.242z-2-0.149z-3 dont la réponse fréquentielle est représentée sur la figure 1. Ce filtre peut être transformé en filtre à performances voisines d'ordre réduit, afin de gagner du temps de calcul et donc de réponse. En se basant sur la réponse impulsionnelle et indicielle du réducteur capacitif de tension, la fonction D(z) peut être approchée par une constante de temps de 21ms à l'ordre deux. L'on obtient la fonction de transfert Dl(z)=1-1.906z-1+0.9082"2 dont la réponse fréquentielle est représentée sur la figure 2. Les réponses fréquentielles de D(z) et de D1(z) sont confondues dans la bande de 10 à 100Hz qui est un siège important des termes transitoires. Le filtre de fonction de transfert Dl(z) assure la compensation des fréquences transitoires mais n'atténue pas les hautes fréquences. Afin de ne pas dégrader les performances de cette compensation, un filtre coupe-bande centré sur la fréquence 255Hz est mis en série. La concaténation des deux filtres donne un filtre (A) de fonction de transfert H(z)=(1-1.846z-1+1.794z-2-1.852z-3+0.908z-4)/0.22 dont la réponse fréquentielle est représentée sur la figure 3. Un autre modèle représentatif des réducteurs capacitifs de tension est donné, en termes de fonction de transfert numérique par la fonction T(z)= 0.9147(z1 - 12) 1 - 0.0809z1 - 0.8294z2 Un filtre (B) de fonction de transfert H(z) peut alors être utilisé avec H(z)=1-0.0809z-1-0.8294z-2 dont la réponse fréquentielle est représentée sur la figure 4. Des essais avec le filtre (A) et le filtre (B) montrent que le filtre (A) est plus efficace sur les lignes électriques courtes et le filtre (B) est plus efficace sur les lignes électriques longues. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'on équipera donc le dispositif de protection, en particulier une protection PXLN fabriquée par la Déposante, des filtres (A) et (B), le premier étant activé sur les lignes courtes et le second étant activé sur les lignes longues. Grâce aux filtres conformes à l'invention, l'on obtient, sur lignes courtes, des temps de convergence compris entre 12 et 20 ms et des temps de déclenchement compris entre 21 et 32 ms et sur lignes longues, des temps de convergence compris entre 10 et 20 ms et des temps de déclenchement compris entre 17 et 28 ms. Le schéma simplifiée de la chaîne de filtrage d'un dispositif de protection du type de la protection PXLN est représenté sur la figure 5. Cette chaine comporte en série - un filtre anti-recouvrement 1 - un convertisseur analogique-numérique 2 à une fréquence fe - un filtre à réponse impulsionnelle finie passe-bas 3 - un filtre dérivateur passe-bande appliqué aux courants 4, le retard de ce filtre 4 étant appliqué aux voies de tension par le retardateur 5 - un sous-échantillonneur 6 en fe/2 - un module 7 de sélection de phase, de détermination de la direction et de mise en forme des signaux - un module d'algorithmes de calcul de distance 8 et - un module de prise de décision 9. Avantageusement, le filtre A,B conforme à l'invention est disposé en amont du module 7, qui permet de filtrer les signaux de courants et de tensions afin qu'ils arrivent dans le module 8 avec un pourcentage acceptable de bruit. REVENDICATIONS 1) Procédé de compensation des effets transitoires provoqués par des réducteurs capacitifs de tension installés dans un réseau de transport électrique, dans un dispositif de protection de ligne électrique en particulier destiné à déterminer, en un point de mesure d'un réseau de transport d'énergie électrique, la distance entre ce point et un défaut affectant une ligne de ce réseau, caractérisé en ce qu'il consiste - à considérer la fonction de transfert de ces réducteurs capacitifs de tension, - à équiper le dispositif de protection d'un filtre de fonction de transfert égale à la fonction de transfert inverse de ladite fonction de transfert des réducteurs capacitifs de tension, compensant au moins les pôles de cette dernière. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste - à déterminer, à une période d'échantillonnage donnée par ledit dispositif de protection, la fonction de transfert numérique T(z)=N(z)/D(z) des réducteurs capacitifs de tension par transformation de leur fonction de transfert continue, - à inverser cette fonction de transfert numérique afin d'obtenir la fonction de transfert numérique dudit filtre. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fonction de transfert dudit filtre est égal à D(z). 4) Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la transformation de la fonction de transfert continue des réducteurs capacitifs de tension en fonction de transfert numérique T(z) est réalisée par transformée bilinéaire. 5) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce la fonction de transfert dudit filtre est transformée en fonction d'ordre réduit. 6) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un filtre coupe-bande est mis en série audit filtre, afin de supprimer les harmoniques créées. 7) Filtre destiné à être inséré dans un dispositif de protection d'un réseau de transport électrique, en particulier destiné à déterminer, en un point de mesure d'un réseau de transport d'énergie électrique, la distance entre ce point et un défaut affectant une ligne de ce réseau, caractérisé en ce que sa fonction de transfert est déterminée selon le procédé selon l'une des revendications précédentes. 8) Filtre selon la revendication précédente, caractérisé en ce que sa fonction de transfert est déterminée à partir de la fonction de transfert des réducteurs capacitifs de tension: 0.768 10-3 p2 1 1 + 0.56p + 0.0086p2 + 0.57 * 10-3p3 9) Filtre selon la revendication 7, caractérisé en ce que sa fonction de transfert est déterminée à partir de la fonction de transfert numérique en z des réducteurs capacitifs de tension: : T(z)= 0.9147(z-1 ~ z2) 1 - 0.0809z1 - 0.8294z2 10) Dispositif de protection d'un réseau de transport électrique, en particulier destiné à déterminer, en un point de mesure d'un réseau de transport d'énergie électrique, la distance entre ce point et un défaut affectant une ligne de ce réseau, caractérisé en ce qu'il est équipé d'au moins un filtre selon la revendication 8 ou 9. 11) Dispositif de protection selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un filtre conforme à la revendication 8 activé sur les lignes courtes et d'un filtre conforme à la revendication 9 activé sur les lignes longues.