Brevet FR3098037A1 — publié le 20210101

Description Titre de l'invention : Procédé de commande d'un réseau de transmission électrique [0001] L'invention concerne les stratégies de commande de réseaux électriques, en par- ticulier les stratégies de commande en vue (l'assurer la stabilité de réseaux électriques incluant plusieurs postes de conversion d'un réseau continu maillé connectés par l'intermédiaire de plusieurs lignes électriques continues, destinés à permettre l'échange de puissance entre des bus de tension alternative. [0002] L'intégration de réseaux continus maillés dans des réseaux alternatifs est une technologie prometteuse pour permettre le contrôle de la puissance active et réactive et pour faciliter l'injection de puissance d'origine renouvelable dans le réseau alternatif. [0003] Un dysfonctionnement dans le réseau se manifeste parfois par un déséquilibre transitoire de puissance, certaines génératrices accélérant et d'autres décélérant. On observe alors une évolution du déphasage entre les bus de tension alternative du réseau. Si le système ne peut pas revenir à l'équilibre à F issue d'une perturbation, il peut devenir instable car les génératrices de puissance peuvent tourner de façon asynchrone et que l'échange de puissance ne peut pas alors plus être assuré. Des génératrices de puissance peuvent par exemple se retrouver déconnectées du réseau. [0004] Une telle intégration de réseaux continus maillés réduit cependant en pratique la marge de stabilité transitoire de ces réseaux alternatifs. De tels réseaux peuvent ainsi plus facilement devenir instables après des perturbations importantes. [0005] La publication intitulée 'Active Power Control Strategies for Transient Stability En- hancement of AC/DC Grids With VSC-HVDC Multi-Terminal Systems', par Javicr Renedo et al, dans IEEE Transactions on Power Systems, vol. 31, N'6, pages 4595-4605 en novembre 2016, décrit une solution de contrôle pour améliorer la stabilité transitoire des réseaux alternatifs. Dans cette solution, différents convertisseurs de points conversion sont interconnectés par l'intermédiaire de lignes haute tension continu, une liaison point à point étant formée entre chaque couple de convertisseurs. Ce document propose notamment de mesurer les fréquences sur chacun des bus alternatifs, puis d'appliquer une correction de la puissance active de consigne de chacun des convertisseurs du réseau continu, la correction de la puissance active d'un convertisseur étant fonction d'une mesure de fréquence sur le bus réseau alternatif connecté à ce convertisseur. La fréquence sur un bus alternatif peut également être identifiée comme la vitesse angulaire de la tension. La mesure de vitesse angulaire instantanée peut être effectuée par une unité de mesure de phaseurs. [0006] Un tel procédé de contrôle s'avère insuffisant pour fournir une augmentation de la 2 marge de stabilité transitoire suffisante, en particulier lors de perturbations spécifiques. De façon générale, il est délicat d'adapter de façon rapide les consignes de puissance à appliquer sur les convertisseurs pour faire face aux besoins du réseau, tout en respectant les limitations électriques des convertisseurs et des lignes haute tension continu reliant ces convertisseurs. [0007] L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un procédé de commande d'un réseau de transmission électrique, le réseau de transmission comprenant plusieurs lignes haute tension continu et au moins trois convertisseurs alternatif/continu identifiés par un indice i respectif, lesdits convertisseurs étant interconnectés par lesdites lignes haute tension continu, chacun desdits convertisseurs alternatif/continu étant connecté d'une part à un bus de tension alternative identifié par un indice i respectif et d'autre part à une desdites lignes haute tension continu, le procédé comprenant : -chacun des convertisseurs d'indice i applique une consigne de puissance Pdci avec [0008] [Math.1] Pdci-En P avec î j et .. j=i conx 100091 avec Pconxi; une référence de puissance échangée entre le bus d'indice i et le bus d'indice j par l'intermédiaire du réseau de transmission électrique, avec n le nombre desdits convertisseurs connectés auxdits bus de tension alternative ; Chaque convertisseur d'indice i mémorisant pour chacun desdits autres conver- tisseurs, la référence de puissance maximale envoyée 100101 IMatn.21 Max avec i* j P conxij [0011] envoyée du bus i vers le bus j par l'intermédiaire du réseau de transmission électrique ; Chaque convertisseur d'indice i mémorisant pour chacun desdits autres convertisseurs, la référence de puissance maximale reçue [0012] [Math.3] p rn i n Conx [0013] reçue par le bus i provenant du bus j par l'intermédiaire du réseau de transmission électrique ; -Chaque convertisseur d'indice i définissant la référence de puissance Pconxi; de sorte qu'elle respecte les valeurs mémorisées de puissance maximale envoyée et de puissance maximale reçue. avec i 3 [0014] L'invention porte également sur les variantes suivantes. L'homme du métier comprendra que chacune des caractéristiques des variantes suivantes peut être combinée indépendamment aux caractéristiques ci-dessus, sans pour autant constituer une généralisation intermédiaire. [0015] Selon une variante : -chaque convertisseur d'indice i mémorise sa puissance active maximum envoyée sur le réseau de transmission [0016] [Math.4] D Max 1 D C [0017] -et chaque convertisseur d'indice i mémorise sa puissance active maximum reçue par le réseau de transmission 100181 IMath.51 DC [0019] chaque convertisseur d'indice i définissant la référence dc puissance Pconxi; de sorte que les relations suivantes soient vérifiées : [0020] [Math.6] p X pMax avec i* - -1=1- con >c 100211 IMath.71 avec i* pin n y n rn in DC, 1= Cc ij [0022] Avec [0023] [Math.8] in in avec j pM ax C onx C o nx - J [0024] Selon encore une variante : -pour chacun des convertisseurs d'indice i, on récupère une valeur de puissance active de consigne Pdc0; appliquée par un opérateur du réseau de transmission ; -chacun des convertisseurs (l'indice i modifie la puissance active de consigne Pdc0i d'une valeur APi, avec Pdc0i + APi = [0025] Selon une autre variante, le procédé comprend : -la récupération des valeurs instantanées V; de tension, et 0; d'angle de tension ou de fréquence de la tension des bus d'indice i ; -chacun des convertisseurs d'indice i modifie la puissance active de consigne Pdc0i de la valeur APi incluant un ternie APdcsi ou un ternie APdcai avec: 100261 [Math.9] avec et k =k AP - ,k 6 acsi 5u 11 [0027] [Math.10] avec i# j et k AP = k dcat j =1 [0028] avec kbi; un paramètre de réglage de contribution, Orefd une référence de la différence des angles entre les bus i et j en régime établi, kft; un paramètre de réglage de contribution. [0029] Selon encore une variante, Orefi; a une valeur non nulle. [0030] Selon une variante, le terme APdcsi ou le terme APdcal est calculé par un circuit de calcul du convertisseur d'indice i. [0031] Selon une autre variante, le convertisseur d'indice i détermine un convertisseur k vers lequel la valeur de puissance [0032] [Math.11] PConxik [0033] échangée entre le bus d'indice i et le bus d'indice k par l'intermédiaire du réseau de transmission électrique est supérieure à la valeur de puissance respective que le convertisseur d'indice i émet vers chacun des autres convertisseurs si 100341 IMatli.121 (ei-ek) > (0i-0 » avec j *j et [0035] Selon une variante, au moins deux desdits bus de tension alternative sont inter- connectés. [0036] Selon encore une variante, au moins deux desdits convertisseurs n'ont pas leurs in- terfaces continu connectées en point à point par l'intermédiaire d'une ligne haute tension continu. [0037] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la des- cription qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : [0038] [fig.1] est une représentation schématique d'un exemple de réseau de distribution pour la mise en oeuvre de l'invention. [0039] [fig.2] représente des connexions alternatives virtuelles pouvant être émulées par le réseau de la figure I; [0040] [fig.3] représente un réseau simplifié avec interconnexion entre des bus de réseau al- ternatif ; [0041] [fig.4] est un schéma illustrant un exemple d'un mode de commande d'un convertisseur dans un système selon l'invention ; [0042] [fig.5] représente un réseau de référence utilisé pour mettre en oeuvre des si- mulations ; [0043] [fig.6] est un diagramme illustrant l'évolution de la vitesse de génératrices du réseau de référence lors de la mise en oeuvre de l'invention ; [0044] [fig.7] est un diagramme illustrant l'évolution du déphasage entre des génératrices du réseau de référence lors de la mise en oeuvre de l'invention ; [0045] [fig.8] est un diagramme illustrant l'évolution des puissances de convertisseurs mis en oeuvre par un procédé de commande selon l'invention dans le réseau de référence ; [0046] [fig.9] est un diagramme illustrant la désynchronisation de génératrices pour le réseau de la figure 5 exploité selon l'état de la technique ; [0047] [fig.10] est un schéma d'un exemple de mode de commande de convertisseur dans un cas particulier de mise en oeuvre de l'invention ; [0048] [fig.11 ] est un diagramme illustrant l'évolution des écarts d'angle pour la mise en oeuvre d'un réseau mettant en oeuvre le mode de commande de convertisseur pour le cas particulier de la figure 10. [0049] La figure 1 illustre schématiquement un exemple de réseau de distribution électrique 1, incorporant un réseau haute tension continu à postes de conversion multiples. Le réseau de distribution électrique comporte ainsi des postes de conversion, incluant chacun un convertisseur alternatif/continu respectif Les postes de conversion incluent des convertisseurs 21 à 25 respectifs. Les convertisseurs 21 à 25 sont par exemple de type convertisseurs modulaires multiniveaux. Chacun des convertisseurs 21 à 25 comporte une interface continu connectée à au moins une interface continu d'un autre convertisseur, par l'intermédiaire d'une ligne haute tension continu. Les interfaces continu des convertisseurs 21 et 25 sont ainsi connectées par l'intermédiaire de la ligne haute tension 115, les interfaces continu des convertisseurs 24 et 25 sont ainsi connectées par l'intermédiaire de la ligne haute tension 145, les interfaces continu des convertisseurs 22 et 23 sont ainsi connectées par l'intermédiaire de la ligne haute tension 123, les interfaces continu des convertisseurs 22 et 24 sont ainsi connectées par l'intermédiaire de la ligne haute tension 124, et les interfaces continu des convertisseurs 23 et 24 sont ainsi connectées par l'intermédiaire de la ligne haute tension 123. [0050] Ainsi, l'invention peut être mise en oeuvre pour des cas où il n'y a pas des liaisons haute tension continu point à point entre les interfaces continu de chacune des paires de convertisseurs. Ainsi, il n'y a pas de ligne haute tension continu entre les convertisseurs 21 et 22, ni entre les convertisseurs 21 et 23, ni entre les convertisseurs 21 et 24, ni entre les convertisseurs 22 et 23, ni entre les convertisseurs 22 et 25, ni entre les convertisseurs 23 et 25. [0051] Par ailleurs, chacun des convertisseurs 21 à 25 comporte une interface alternatif respective. L'interface alternatif de chacun des convertisseurs 21 à 25 est connectée à 6 un bus de tension alternative 51 à 55 respectif. Chacun des bus 51 à 55 est connecté à un réseau alternatif respectif 41 à45. Dans l'exemple illustré, il n'y a pas d'interconnexions entres les réseaux alternatifs 41 à 45. Cependant, on peut envisager des interconnexions entre certains des réseaux alternatif, comme dans l'exemple simplifié illustré à la figure 3. Ainsi, dans l'exemple de la figure 3, une liaison 523 raccorde le bus 53 au bus 52. Deux machines 42 et 422 sont ici connectées au bus 52. [0052] Selon l'invention, on module la puissance active entre deux convertisseurs du réseau (reliés directement ou non par une ligne haute tension continu) par des règles mémorisées au niveau de chacun de ces convertisseurs, en respectant des limites de puissances de ces deux convertisseurs. Des modulations de puissance active peuvent ainsi intervenir très rapidement sur le réseau, tout en respectant les règles de dimensionnement électrique des convertisseurs et des lignes haute tension continu. [0053] Plus spécifiquement, chacun des convertisseurs d'indice i applique une consigne de puissance Pdci avec [0054] [Math.13] Pdc. =E P avec î4j et .. conx 100551 avec Pconxi; une référence de puissance échangée entre le bus d'indice i et le bus d'indice j par l'intermédiaire du réseau de transmission électrique 1, avec n le nombre des convertisseurs connectés aux bus de tension alternative 41 à 45. 100561 Chaque convertisseur d'indice i mémorise, pour chacun des autres convertisseurs, la référence de puissance maximale envoyée : 100571 1Math.141 P.max avec i* j Conxil [0058] envoyée du bus i vers le bus j par l'intermédiaire du réseau de transmission électrique 1. [0059] Chaque convertisseur d'indice i mémorise pour chacun des autres convertisseurs, la référence dc puissance maximale reçue [0060] [Math.15] p tri In o n [0061] reçue par le bus i provenant du bus j par l'intermédiaire du réseau de transmission électrique 1. [0062] Chaque convertisseur (l'indice i définit chaque référence de puissance Pconxi; de sorte qu'elle respecte les valeurs de puissance maximale envoyée et de puissance maximale reçue, telles que mémorisées. avec i 7 [0063] Avantageusement : [0064] [Math.16] p m i Vax = - p- Conxij Conxii [0065] Avantageusement, pour définir chaque référence de puissance Pconxii, chaque convertisseur d'indice i mémorise sa puissance active maximum envoyée sur le réseau de transmission 1 : [0066] [Math.17] D Ai il X 1 D Ci [0067] et chaque convertisseur d'indice i mémorise sa puissance active maximum reçue par le réseau de transmission 1 : [0068] [Math.18] Pmin 100691 chaque convertisseur d'indice i définissant la référence de puissance Pconx de sorte que les relations suivantes soient vérifiées : 100701 IMath.191 ApMaX P.MaX, avec i j DCi =1 Corixt [0071] [Math.20] PM in min Corn( t [0072] avec [0073] [Math.21] pmax= - en n avec 1,- Conx Conx [0074] Selon un mode dc fonctionnement en lien avec un opérateur du réseau de transmission I, le procédé de commande comprend : -pour chacun des convertisseurs d'indice i, on récupère une valeur dc puissance active dc consigne Pdc0i appliquée par un opérateur du réseau de transmission 1; -chacun des convertisseurs d'indice i modifie la puissance active dc consigne Pdc0i d'une valeur APi, avec Pdc0i + APi = Pdci. [0075] Ainsi, la modification API de la valeur de puissance active de consigne est mise en oeuvre dc façon à respecter les règles précédentes sur les valeurs Pdci. [0076] Le fonctionnement au niveau d'un poste de conversion incluant un convertisseur 2 pour la mise en oeuvre d'une variante de l'invention est illustré par l'intermédiaire du schéma dc la figure 4. Selon cette variante, on met en oeuvre une correction de D C 1 avec i* 8 puissance synchronisante et une correction de puissance amortissante. Selon cette variante, on peut également ne mettre en oeuvre que la correction de puissance synchronisante ou que la correction de puissance amortissante. [0077] Les opérations suivantes sont réalisées pour chacun des convertisseurs 2 des postes de conversion. Pour un convertisseur 2 d'indice i présent dans un poste de conversion, l'opérateur fournit une valeur de puissance active de consigne Pdc0,. Le circuit de commande 6 du convertisseur 2 récupère ainsi cette valeur de puissance active de consigne Pdc0,. Le circuit de commande 6 récupère des valeurs instantanées de tension Vi, d'angle de tension 0, et avantageusement de fréquence t de cette tension, au niveau du bus S de tension alternative connecté au réseau alternatif 4. La récupération des valeurs Vi, 0, et t peut être réalisée par boucle à verrouillage de phase sur le bus S. L'interface continu du convertisseur 2 est ici connectée aux lignes haute tension continu 31 et 32, pour connexion point à point avec d'autres convertisseurs d'autres postes de conversion. [0078] Le circuit de commande 6 modifie la puissance active de consigne Pdc01, en ap- pliquant la valeur Pdci de puissance active de consigne au convertisseur 2, en ajoutant un terme APdcsi à la valeur à la puissance active de consigne Pdc01, avec : [0079] [Math.22] - . k ((6 -6 \ -Bref avec izej et k =k CILsi j= 1 ô i il ôif [0080] avec n le nombre des convertisseurs connectés aux bus de tension alternative, avec kb' un paramètre de réglage de contribution à une puissance corrective de synchronisation, Oref une référence de la différence des angles entre les bus i et j en régime établi. Avantageusement, Oref' aune valeur non nulle pour tenir compte d'un déphasage de référence entre les bus i et j. [0081] Avec un tel mode de fonctionnement, on peut ajouter au moins un terme de puissance synchronisante entre chacune des paires de convertisseurs, même en l'absence de liaison haute tension point à point entre ces convertisseurs. Dans un tel mode de fonctionnement, l'opérateur du réseau de transmission 1 n'a à fournir que les valeurs de puissance active de consigne Pdc0, et les références des angles Orcf' aux convertisseurs. [0082] Avantageusement, le convertisseur d'indice i détermine un convertisseur k vers lequel la valeur de puissance Pconxil, échangée entre le bus d'indice i et le bus d'indice k par F intermédiaire du réseau de transmission électrique 1 est supérieure à la valeur de puissance respective que le convertisseur d'indice i émet vers chacun des autres convertisseurs si [0083] [Math.231 (er-ek)>(ei \ avec j et jk 9 [0084] Avantageusement, le circuit de commande 6 modifie la puissance active de consigne Pdc0i, en appliquant la valeur Pdc, de puissance active de consigne au convertisseur 2, en ajoutant un terme APdca, à la valeur à la puissance active de consigne Pdc0i, avec : [0085] [Math.24] AParai = 7_ k (fi- f ) avec i j et k f- [0086] avec kt, un paramètre de réglage de contribution à une puissance corrective d'amortissement. [0087] La valeur Pdci de puissance active de consigne peut alors prendre la valeur suivante : [0088] [Math.25] P P + AP AI? C d c0/ tirai Licsi [0089] Pour l'exemple de réseau simplifié illustré à la figure 3, les valeurs de puissance active de consigne pour les convertisseurs 21 à 23 sont les suivantes : [0090] [Math.26] Paci Paccil k(Oi -O-O re f '2) k t91-E33-eief,3)-ki(f f2)+ kr,(f,-f,) 100911 1Math.271 1),,,2=Pric(C 1(021(92-e 1-eref21) 1(523( -643-eref23)- )(f2-f1)-1- kt (f2-f3) 100921 1Math.281 Pdc, = Pdc', + 1c531(63-6,-erer,')± 1(532(e3-62-erer')-kr3i(f0-T1)-1- [0093] Pour le calcul des paramètres khi; et kti, on tient compte du fait que la dynamique du réseau haute tension continu est beaucoup plus rapide que la dynamique des réseaux alternatifs et des machines électromécaniques qui y sont connectées. Les équations algébriques décrivant le comportement du réseau haute tension continu peuvent ainsi négliger sa dynamique, en représentant chacun des postes de conversion par son modèle d'injection de courant. [0094] En l'absence de dispositif de stockage d'énergie notable dans le réseau haute tension continu, la somme des puissances injectées vers ce réseau haute tension continu est définie comme égaie à la somme des puissances sortant de ce réseau haute tension continu. Dans l'exemple de la figure 3, la relation suivante doit être respectée : [0095] [Math.29] P ac I H- P tic2 + Pac-3-O 100961 En outre, en fonctionnement normal, le contrôle en courant et tension garantit la relation suivante : 100971 1Math.301 P dC01 ±P aco2+ Pdc03 - 100981 Les paramètres de réglage de contribution doivent alors respecter la règle suivante: 100991 [Math.31] k =1 REVENDICATIONSProcédé de commande d'un réseau de transmission électrique (1), le réseau de transmission (1) comprenant plusieurs lignes haute tension continu (320) et au moins trois convertisseurs alternatif/continu (21, 22, 23, 24, 25) identifiés par un indice i respectif, lesdits convertisseurs étant interconnectés par lesdites lignes haute tension continu, chacun desdits convertisseurs alternatif/continu (321) étant connecté d'une part à un bus dc tension alternative (11) identifié par un indice i respectif et d'autre part à unc desdites lignes haute tension continu (320), le procédé comprenant : -chacun des convertisseurs d'indice i applique une consigne de puissance Pdc, avec [Math. 36] Pdc avec i j et P, -P I orixii [Revendication 2] avec Pconxi une référence de puissance échangée entre le bus d'indice i et le bus d'indice j par l'intermédiaire du réseau de transmission électrique (1), avec n le nombre desdits convertisseurs connectés auxdits bus de tension alternative ; Chaque convertisseur d'indice i mémorisant pour chacun desdits autres convertisseurs, la référence de puissance maximale envoyée [Math. 37] avec j j envoyée du bus i vers le bus j par l' intermédiaire du réseau de transmission électrique ; Chaque convertisseur d'indice i mémorisant pour chacun desdits autres convertisseurs, la référence de puissance maximale reçue I Math. 381 p n avec i # j co par l'intermédiaire du réseau de transmission électrique ; -Chaque convertisseur d'indice i définissant la référence de puissance Pconxi; de sorte qu'elle respecte les valeurs mémorisées de puissance maximale envoyée et de puissance maximale reçue. Procédé de commande d'un réseau de transmission électrique selon la revendication 1, dans lequel : -chaque convertisseur d'indice i mémorise sa puissance active reçue par le bus i provenant du bus j 14 maximum envoyée sur le réseau de transmission [Math. 39] pMax -et chaque convertisseur d'indice i mémorise sa puissance DC active maximum reçue par le réseau de transmission [Math. 40] pmin chaque convertisseur d'indice i définissant la référence de puissance Pconxi; de sorte que les relations suivantes soient vérifiées : [Math. 41] pMaX yin pJ'IOX 1-) (7 = I conxo avec i [Math. 42] pmin DCi (Of-61)aveci*f et j k. Procédé de commande d'un réseau de transmission électrique (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins deux desdits bus de tension alternative sont interconnectés. Procédé de commande d'un réseau de transmission électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins deux desdits convertisseurs n'ont pas leurs interfaces continu connectées en point à point par l'intermédiaire d'une ligne haute tension continu.