Qu'est-ce que les FACTS et pourquoi sont-ils nécessaires dans les systèmes électriques
FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) fait référence à un système basé sur l'électronique de puissance qui utilise des dispositifs statiques pour améliorer la capacité de transfert de puissance et la contrôlabilité des réseaux de transport d'électricité en courant alternatif.
Ces dispositifs électroniques de puissance sont intégrés aux réseaux AC conventionnels pour améliorer les indicateurs de performance clés, y compris :
Avant l'avènement des interrupteurs électroniques de puissance, des problèmes tels que le déséquilibre de puissance réactive et la stabilité étaient résolus en utilisant des interrupteurs mécaniques pour connecter des condensateurs, des bobines ou des générateurs synchrones. Cependant, les interrupteurs mécaniques présentaient des inconvénients critiques : des temps de réponse lents, une usure mécanique et une fiabilité médiocre - limitant ainsi leur efficacité dans l'optimisation de la contrôlabilité et de la stabilité des lignes de transport.
Le développement d'interrupteurs électroniques de puissance haute tension (par exemple, les thyristors) a permis la création de contrôleurs FACTS, révolutionnant la gestion des réseaux AC.
Pourquoi les dispositifs FACTS sont-ils nécessaires dans les systèmes électriques ?
Un système électrique stable nécessite une coordination précise entre la production et la demande. À mesure que la demande d'électricité augmente, il devient essentiel de maximiser l'efficacité de tous les composants du réseau - et les dispositifs FACTS jouent un rôle clé dans cette optimisation.
La puissance électrique est classée en trois types : la puissance active (puissance utile ou vraie pour l'utilisation finale), la puissance réactive (causée par les éléments de stockage d'énergie dans les charges) et la puissance apparente (somme vectorielle de la puissance active et réactive). La puissance réactive, qui peut être inductive ou capacitive, doit être équilibrée pour éviter qu'elle ne circule à travers les lignes de transport - une puissance réactive non contrôlée réduit la capacité du réseau à transmettre de la puissance active.
Les techniques de compensation (pour équilibrer la puissance réactive inductive et capacitive en la fournissant ou en l'absorbant) sont donc cruciales. Ces techniques améliorent la qualité de l'énergie et augmentent l'efficacité de la transmission.
Types de techniques de compensation
Les techniques de compensation sont classées en fonction de la façon dont les dispositifs sont connectés au système électrique :
1. Compensation en série
Dans la compensation en série, les dispositifs FACTS sont connectés en série avec le réseau de transport. Ces dispositifs agissent généralement comme des impedances variables (par exemple, des condensateurs ou des bobines), les condensateurs en série étant les plus courants.
Cette méthode est largement utilisée dans les lignes de transport EHV (Extra High Voltage) et UHV (Ultra High Voltage) pour améliorer significativement leur capacité de transfert de puissance.
La capacité de transfert de puissance d'une ligne de transport sans dispositif de compensation ;
Où,
V1 = Tension au point d'envoi
V2 = Tension au point de réception
XL = Réactance inductive de la ligne de transport
δ = Angle de phase entre V1 et V2
P = Puissance transférée par phase
Maintenant, nous connectons un condensateur en série avec la ligne de transport. La réactance capacitive de ce condensateur est XC. Ainsi, la réactance totale est XL-XC. Donc, avec un dispositif de compensation, la capacité de transfert de puissance est donnée par ;
Le facteur k est connu sous le nom de facteur de compensation ou degré de compensation. Généralement, la valeur de k se situe entre 0,4 et 0,7. Supposons que la valeur de k soit 0,5.
Il est donc évident que l'utilisation de dispositifs de compensation en série peut augmenter la capacité de transfert de puissance d'environ 50%. Lorsque des condensateurs en série sont utilisés, l'angle de phase (δ) entre la tension et le courant est plus petit comparé à une ligne non compensée. Une valeur de δ plus petite améliore la stabilité du système - cela signifie que, pour le même volume de transfert de puissance et les mêmes paramètres d'envoi et de réception, une ligne compensée offre une stabilité significativement meilleure qu'une ligne non compensée.
Compensation en dérivation
Sur une ligne de transport haute tension, la magnitude de la tension au point de réception dépend de la condition de charge. La capacitance joue un rôle important dans la ligne de transport haute tension.
Lorsqu'une ligne de transport est chargée, la charge requiert de la puissance réactive, qui est initialement fournie par la capacitance inhérente de la ligne. Cependant, lorsque la charge dépasse la SIL (Surge Impedance Loading), la demande accrue de puissance réactive entraîne une chute de tension significative au point de réception.
Pour remédier à cela, des bancs de condensateurs sont connectés en parallèle avec la ligne de transport au point de réception. Ces bancs fournissent la puissance réactive supplémentaire nécessaire, atténuant efficacement la chute de tension au point de réception.
Une augmentation de la capacitance de la ligne conduit à une augmentation de la tension au point de réception.
Lorsqu'une ligne de transport est légèrement chargée (c'est-à-dire que la charge est inférieure à la SIL), la demande de puissance réactive est inférieure à la puissance réactive générée par la capacitance de la ligne. Dans ce scénario, la tension au point de réception devient supérieure à la tension au point d'envoi - un phénomène connu sous le nom d'effet Ferranti.
Pour prévenir cela, des réacteurs en dérivation sont connectés en parallèle avec la ligne de transport au point de réception. Ces réacteurs absorbent l'excès de puissance réactive de la ligne, assurant que la tension au point de réception reste à sa valeur nominale.
