Comprendre la stabilité de tension dans les systèmes électriques : grands et petits perturbations et limites de stabilité

Définition de la stabilité de tension

La stabilité de tension dans un système électrique est définie comme la capacité à maintenir des tensions acceptables sur tous les nœuds, tant dans des conditions de fonctionnement normales qu'après avoir subi une perturbation. En fonctionnement normal, les tensions du système restent stables ; cependant, lorsqu'une panne ou une perturbation se produit, une instabilité de tension peut survenir, conduisant à une baisse progressive et incontrôlable de la tension. La stabilité de tension est parfois appelée "stabilité de charge".

L'instabilité de tension peut déclencher un effondrement de tension si la tension d'équilibre post-perturbation près des charges tombe en dessous des limites acceptables. L'effondrement de tension est un processus au cours duquel l'instabilité de tension entraîne un profil de tension extrêmement bas sur des parties critiques du système, potentiellement causant une panne totale ou partielle. Il convient de noter que les termes "instabilité de tension" et "effondrement de tension" sont souvent utilisés de manière interchangeable.

Classification de la stabilité de tension

La stabilité de tension est classée en deux types principaux :

• Stabilité de tension aux grandes perturbations : Cela fait référence à la capacité du système à maintenir le contrôle de la tension après des perturbations importantes, telles que des pannes du système, des pertes soudaines de charge ou de production. L'évaluation de cette forme de stabilité nécessite l'analyse de la performance dynamique du système sur une période suffisamment longue pour tenir compte du comportement des dispositifs tels que les transformateurs à changement de rapport sous charge, les commandes de champ des générateurs et les limiteurs de courant. La stabilité de tension aux grandes perturbations est généralement étudiée à l'aide de simulations non linéaires dans le domaine temporel avec une modélisation précise du système.

• Stabilité de tension aux petites perturbations : Un état de fonctionnement d'un système électrique présente une stabilité de tension aux petites perturbations si, après des perturbations mineures, les tensions près des charges restent inchangées ou proches de leurs valeurs antérieures à la perturbation. Ce concept est étroitement lié aux conditions d'état stable et peut être analysé à l'aide de modèles de systèmes à petits signaux.

Limite de stabilité de tension

La limite de stabilité de tension est le seuil critique dans un système électrique au-delà duquel aucune injection de puissance réactive ne peut restaurer les tensions à leurs niveaux nominaux. Jusqu'à cette limite, les tensions du système peuvent être ajustées par des injections de puissance réactive tout en maintenant la stabilité.Le transfert de puissance sur une ligne sans pertes est donné par :

• où P = puissance transférée par phase

• Vs = tension de phase à l'extrémité d'envoi

• Vr = tension de phase à l'extrémité de réception

• X = réactance de transfert par phase

• δ = angle de phase entre Vs et Vr.

Puisque la ligne est sans pertes

En supposant que la production de puissance soit constante,

Pour un transfert de puissance maximal : δ = 90º, de sorte que lorsque δ → ∞

L'équation ci-dessus détermine la position du point critique sur la courbe de δ versus Vs, avec l'hypothèse que la tension à l'extrémité de réception reste constante.Un résultat similaire peut être obtenu en supposant que la tension à l'extrémité d'envoi est constante et en traitant Vr comme un paramètre variable lors de l'analyse du système. Dans ce scénario, l'équation résultante est

L'expression de la puissance réactive au bus de réception peut être écrite comme

L'équation ci-dessus représente la limite de stabilité de tension en état stable. Elle indique que, à la limite de stabilité en état stable, la puissance réactive tend vers l'infini. Cela implique que la dérivée dQ/dVr devient nulle. Ainsi, la limite de stabilité de l'angle de rotor en état stable coïncide avec la limite de stabilité de tension en état stable. De plus, la stabilité de tension en état stable est également influencée par la charge.