Quels conflits existent entre la FA et l'UFLS dans les systèmes électriques et comment les résoudre

L'automatisation des alimentations (FA) et la déconnexion de charge sous-fréquence (UFLS) sont deux mécanismes de protection et de contrôle cruciaux dans les systèmes électriques. Bien que tous deux visent à assurer un fonctionnement sûr et stable du système, ils comportent des conflits potentiels en termes de logique et de timing qui nécessitent une coordination soignée.

Automatisation des alimentations (FA) : Traite principalement les pannes locales sur les alimentations (par exemple, courts-circuits, défauts de terre) dans les réseaux de distribution. Son objectif est de localiser rapidement et d'isoler les sections en panne et de rétablir l'alimentation dans les zones non affectées par la reconfiguration du réseau à l'aide de disjoncteurs. La FA met l'accent sur le rétablissement rapide de l'alimentation locale.

Déconnexion de charge sous-fréquence (UFLS) : Répond aux chutes de fréquence sévères dans le réseau interconnecté (par exemple, en cas de déclenchement de générateurs, d'augmentation soudaine de la charge, ou de déconnexion de lignes de liaison causant un déficit de puissance). Elle déconnecte systématiquement des charges non critiques pré-désignées pour empêcher l'effondrement de la fréquence, rétablir l'équilibre de puissance et stabiliser la fréquence du système. L'UFLS priorise la sécurité globale de la fréquence du système.

Déconnexion de charge sous-tension (UVLS) : Surveille la tension du système en temps réel. Lorsque la tension tombe en dessous d'un seuil prédéfini, le schéma UVLS détermine si une action doit être entreprise selon une logique prédéfinie. Si les conditions sont remplies, il déconnecte successivement des charges pour réduire la demande de puissance réactive ou améliorer le soutien réactif, permettant ainsi de rétablir la tension à des niveaux normaux.

Exemples de cas de conflit

• Cas 1 : En 2019, en Amérique du Nord, le rétablissement de l'alimentation induit par la FA a déclenché un effondrement secondaire de la fréquence.

• Cas 2 : En 2020, en Chine de l'Est, l'opération de la FA après une panne de court-circuit a causé une activation erronée de l'UFLS.

• Cas 3 : En 2021, la déconnexion d'une ferme éolienne a déclenché des actions superposées entre l'UFLS et la FA.

• Cas 4 : En 2022, lors d'un typhon dans le sud de la Chine, la reconfiguration du réseau par la FA a conduit à une déconnexion excessive de charge.

Description de l'événement

En 2022, la ligne A de 110 kV et la ligne B connectée au réseau d'une centrale électrique étaient en opération sur le barreau I d'une sous-station de 110 kV. Une panne sur la ligne A a provoqué le déclenchement du disjoncteur A. Cependant, comme le disjoncteur de la ligne B de la centrale est resté fermé, l'alimentation a continué à être fournie à la sous-station. Par conséquent, la tension sur le barreau I n'est pas tombée en dessous du seuil de sous-tension, empêchant l'initiation du dispositif de transfert automatique de 110 kV (ATS). De même, la centrale a fourni de l'énergie via le transformateur n°1 aux barres de 10 kV I et IV, dont les tensions sont également restées au-dessus du seuil, donc l'ATS de 10 kV n'a pas été activé.

Alors que la centrale continuait à alimenter la charge, la fréquence du système a progressivement diminué. 5,3 secondes après le déclenchement du disjoncteur A, la fréquence est tombée à 48,2 Hz. Le dispositif de séparation de sous-tension et de sous-fréquence de la centrale, réglé à 47 Hz et 0,5 s, n'a pas fonctionné. Cependant, le relais UFLS de la sous-station, réglé à 48,25 Hz et 0,3 s, a détecté une fréquence de 48,12 Hz et a fonctionné correctement, déconnectant plusieurs alimentations de 10 kV (lignes C, D, E, F, G). Tous les équipements secondaires ont fonctionné comme prévu.

Examen sur site

Le disjoncteur A de la sous-station de 110 kV a correctement déclenché suite à l'action de protection, et l'UFLS a fonctionné, déconnectant les lignes C, D, E, F et G. Les disjoncteurs de la sous-station ont émis des signaux de déclenchement, déclenchant l'activation de la FA. La panne a été identifiée entre le disjoncteur de la sous-station et le premier disjoncteur de ligne. La FA a été initiée sur les cinq lignes, localisant la panne entre la sortie de la sous-station et le premier disjoncteur. Cependant, aucune panne n'a été trouvée lors de l'inspection sur site, confirmant une opération erronée de la FA.

Solution

• Améliorer la synchronisation des informations de déconnexion de charge. Pour les lignes dotées de protections UFLS/UVLS, soutenir le blocage des fonctions de transfert automatique de charge.

• Mettre en œuvre un blocage robuste du transfert de charge : dans les schémas de FA centralisée entièrement automatisés, dès la réception d'un signal de déconnexion de charge, bloquer immédiatement la fonction d'exécution de la FA pour les lignes concernées.