Application des régulateurs de tension automatiques SVR dans les réseaux de distribution ruraux
1. Introduction
Au cours des dernières années, avec le développement stable et rapide de l'économie nationale, la demande en électricité a considérablement augmenté. Dans les réseaux électriques ruraux, l'augmentation continue de la charge, combinée à une distribution irrationnelle des sources d'énergie locales et à des capacités limitées de régulation de tension dans le réseau principal, a entraîné un nombre important de lignes alimentaires de 10 kV, en particulier dans les zones montagneuses éloignées ou les régions où la structure du réseau est faible, dont le rayon d'alimentation dépasse les normes nationales. Par conséquent, la qualité de la tension à l'extrémité de ces lignes de 10 kV est difficile à garantir, le facteur de puissance ne répond pas aux exigences, et les pertes de ligne restent élevées.
En raison de contraintes telles que des fonds limités pour la construction du réseau et des considérations de retour sur investissement, il n'est pas pratique de résoudre tous les problèmes de basse qualité de tension sur les lignes de distribution de 10 kV uniquement en déployant de nombreux postes de distribution haute tension ou en étendant excessivement le réseau. Le régulateur de tension automatique pour lignes de 10 kV introduit ci-dessous offre une solution technique viable pour améliorer la qualité de la tension sur les lignes de distribution à longue distance avec un rayon d'alimentation étendu.
2. Principe de fonctionnement du régulateur de tension
Le régulateur de tension automatique SVR (Step Voltage Regulator) se compose d'un circuit principal et d'un contrôleur de régulation de tension. Le circuit principal comprend un autotransformateur triphasé et un changeur de prises sous charge (OLTC) triphasé, comme illustré dans la Figure 1.
Le système de bobinages du régulateur comprend un bobinage parallèle, un bobinage en série et un bobinage de tension de commande :
Le bobinage en série est une bobine à plusieurs prises connectée entre l'entrée et la sortie via différentes contacts du changeur de prises ; il régule directement la tension de sortie.
Le bobinage parallèle sert de bobinage commun de l'autotransformateur, générant le champ magnétique nécessaire au transfert d'énergie.
Le bobinage de tension de commande, enroulé autour du bobinage parallèle, agit comme un secondaire du bobinage parallèle pour fournir l'alimentation électrique nécessaire au contrôleur et au moteur, ainsi que pour fournir des signaux de tension pour la mesure de la sortie.
Le principe de fonctionnement est le suivant : en connectant les prises du bobinage en série à différentes positions du changeur de prises sous charge, le rapport de tours entre les bobinages d'entrée et de sortie est modifié par le changement contrôlé des positions des prises, permettant ainsi d'ajuster la tension de sortie. Selon les besoins de l'application, les changeurs de prises sous charge sont généralement configurés avec 7 ou 9 positions de prises, permettant aux utilisateurs de choisir la configuration appropriée en fonction des besoins réels de régulation de tension.
Le rapport de tours entre les bobinages primaire et secondaire du régulateur est conforme à celui d'un transformateur conventionnel, c'est-à-dire :
3.Exemple d'application
3.1 Conditions actuelles de la ligne
Une certaine ligne de distribution de 10 kV a une longueur de conducteur principal de 15,138 km, construite avec deux types de conducteurs : LGJ-70 mm² et LGJ-50 mm². La capacité totale des transformateurs de distribution le long de la ligne est de 7 260 kVA. Pendant les périodes de charge maximale, la tension sur le côté 220 V des transformateurs de distribution dans les sections moyennes et finales de la ligne descend jusqu'à 175 V.
Le conducteur LGJ-70 a une résistance de 0,458 Ω/km et une réactance de 0,363 Ω/km. Ainsi, la résistance totale et la réactance du poste de transformation au poteau n°97 sur le conducteur principal sont :
R = 0,458 × 6,437 = 2,95 Ω
X = 0,363 × 6,437 = 2,34 Ω
Sur la base de la capacité des transformateurs de distribution et du facteur de charge le long de la ligne, la chute de tension du poste de transformation au poteau n°97 sur le conducteur principal peut être calculée comme suit :
Les symboles utilisés sont définis comme suit :
Δu — chute de tension le long de la ligne (unité : kV)
R — résistance de la ligne (unité : Ω)
X — réactance de la ligne (unité : Ω)
r — résistance par unité de longueur (unité : Ω/km)
x — réactance par unité de longueur (unité : Ω/km)
P — puissance active sur la ligne (unité : kW)
Q — puissance réactive sur la ligne (unité : kvar)
Ainsi, la tension au poteau n°97 sur le conducteur principal n'est que de :
10,4 kV − 0,77 kV = 9,63 kV.
De même, la tension au poteau n°178 peut être calculée à 8,42 kV, et la tension à l'extrémité de la ligne est de 8,39 kV.
3.2 Solutions proposées
Pour assurer la qualité de la tension, les principales méthodes de régulation de tension dans les réseaux de distribution moyenne et basse tension incluent :
Construire une nouvelle sous-station de 35 kV pour raccourcir le rayon d'alimentation en 10 kV.
Remplacer les conducteurs par des conducteurs de section plus grande pour réduire la charge des lignes.
Installer une compensation de puissance réactive basée sur la ligne—cependant, cette méthode est moins efficace pour les lignes longues avec des charges lourdes.
Installer un régulateur de tension automatique de ligne SVR, qui offre une haute automatisation, une excellente performance de régulation de tension et un déploiement flexible.
Ci-dessous, trois solutions alternatives pour améliorer la qualité de tension en fin de ligne sur l'alimentateur 10 kV "Fakuai" sont comparées.
3.2.1 Construction d'une nouvelle sous-station de 35 kV
Résultat attendu : Une nouvelle sous-station raccourcirait considérablement le rayon d'alimentation, augmenterait la tension en fin de ligne et améliorerait la qualité globale de l'énergie. Bien que très efficace, cette solution nécessite un investissement important.
3.2.2 Mise à niveau de l'alimentateur principal de 10 kV
La modification des paramètres de la ligne consiste principalement à augmenter la section des conducteurs. Pour les zones peu peuplées avec des lignes de petits conducteurs, les pertes résistives dominent la chute de tension totale ; ainsi, réduire la résistance des conducteurs apporte une amélioration notable de la tension. Avec cette mise à niveau, la tension en fin de ligne peut passer de 8,39 kV à 9,5 kV.
3.2.3 Installation d'un régulateur de tension automatique de ligne SVR
Un régulateur de tension automatique de 10 kV est installé pour résoudre les problèmes de tension basse en aval du poteau n°161.
Résultat attendu : La tension en fin de ligne peut être augmentée de 8,39 kV à 10,3 kV.
L'analyse comparative montre que l'option 3 est la plus économique et pratique.
Le système de régulation de tension automatique de ligne SVR stabilise la tension de sortie en ajustant le rapport de transformation d'un autotransformateur triphasé étoilé, offrant plusieurs avantages clés :
Régulation de tension automatique sous charge.
Utilisation d'un autotransformateur triphasé étoilé—de petite taille et de grande capacité (≤2000 kVA), adapté à l'installation entre poteaux.
Plage de régulation typique : −10 % à +20 %, suffisante pour répondre aux exigences de tension.
Sur la base des calculs théoriques, il est recommandé d'installer un régulateur de tension automatique SVR-5000/10-7 (0 à +20 %) sur l'alimentateur principal. Après l'installation, la tension au poteau n°141 peut être portée à :
U₁₆₁ = U × (10/8) = 10,5 kV
où :
U₁₆₁ = tension au point d'installation du régulateur après mise en service
10/8 = rapport de transformation maximum d'un régulateur avec une plage d'ajustement de 0 à +20 %
L'exploitation sur le terrain a confirmé que le système SVR suit de manière fiable les variations de la tension d'entrée et maintient une tension de sortie stable, démontrant son efficacité avérée dans la mitigation des tensions basses.
3.2.4 Analyse des avantages
Comparativement à la construction d'une nouvelle sous-station ou au remplacement des conducteurs, le déploiement d'un régulateur de tension SVR réduit considérablement les dépenses en capital. Il permet non seulement d'élever la tension de la ligne pour répondre aux normes nationales—offrant des bénéfices sociaux importants—mais aussi, sous des conditions de charge constantes, de réduire le courant de ligne en augmentant la tension, ce qui diminue les pertes de ligne et réalise des économies d'énergie. Cela améliore l'efficacité économique de l'entreprise de distribution.
4. Conclusion
Pour les réseaux de distribution ruraux dans des zones où la croissance future de la charge est limitée—en particulier celles manquant de sources d'énergie proches, caractérisées par des rayons d'alimentation longs, des pertes de ligne élevées, des charges lourdes et sans prévision de construction de sous-stations de 35 kV à court terme—l'utilisation de régulateurs de tension automatiques de ligne SVR offre une alternative convaincante. Elle permet de différer ou d'éliminer la construction de sous-stations de 35 kV tout en résolvant efficacement les problèmes de qualité de tension basse et en réduisant les pertes d'énergie. Étant donné que son coût d'investissement est inférieur à un dixième de celui d'une nouvelle sous-station de 35 kV, la solution SVR offre des avantages sociaux et économiques significatifs et est fortement recommandée pour une adoption généralisée dans les réseaux électriques ruraux.
