court-terme
2.2. Cas d’étude
Les différentes méthodologies de prévision développées dans ce chapitre sont testées pour la problématique du DLR sur un premier cas d’étude constitué d’une ligne opérée à 110 kV au Royaume- Uni. Ce cas d’étude est aussi considéré dans les articles [48], [97]–[100].
Le câble de la ligne est un câble Lynx 175 mm² aux caractéristiques techniques conformes aux brochures techniques, reprises sur le Tableau 2-1. Les considérations relatives au calcul de la flèche mécanique pour obtenir la valeur de la température maximale ne sont pas prises en compte, et cette température est arbitrairement fixée à 75°C.
Tableau 2-1. Caractéristiques techniques du câble Lynx 175 mm²
Nominal aluminium area Equivalent copper area
Stranding and wire diameter
Overall diameter
Total area Weights Calculated
breaking load Maximum DC resistance at 20°C
Aluminium Steel Aluminium Steel Total Aluminium Steel Total
mm² mm² mm mm mm mm² mm² mm² kg/km kg/km kg/km kN Ω/km
175 113 30/2,79 7/2,79 19,53 183,4 42,79 226,2 507 335 842 79,8 0,1576
Le long de la ligne étudiée, 8 stations météorologiques ont été installées, numérotées de 1 à 8, et distantes en moyenne de 4 km. Les deux extrémités de la ligne sont distantes de 35km.
Des mesures ont été faites pendant 2 ans, sur la période 2009-2010, toutes les 5 minutes. Les paramètres météorologiques enregistrés ont été la vitesse du vent (m/s), la direction du vent (rad), l’irradiation solaire globale (W/m²) et la température ambiante (K).
Des prévisions météorologiques fournies par le Centre Européen pour les Prévisions Météorologiques à Moyen terme (ECMWF) sont considérées pour la même période, la résolution spatiale de ces prévisions étant de 0,125°. Les horizons des prévisions utilisées varient entre 0 et 48 heures, avec un pas de temps de 3 heures. L’ensemble des horizons étant des multiples de trois heures, on complète pour les horizons manquants à l’aide d’interpolations linéaires, de manière à avoir une prévision pour chaque horizon considéré.
Les variables considérées parmi les prévisions météorologiques sont les vitesses de vent zonale et méridionale à 10m (m/s), l’irradiation solaire globale (W/m²) et la température ambiante (°C).
L’ensemble de données obtenu est divisé en deux ensembles, chacun représentant un an de données. Le premier ensemble est utilisé pour entraîner les modèles de prévision, et le deuxième pour évaluer les modèles obtenus. Ces structures de données simples permettent de tester plusieurs modèles rapidement, ce que nous souhaitons faire dans ce chapitre, et des structures avec des fenêtres glissantes seront à l’inverse privilégiées dans les chapitres suivants. On considère que les prévisions sont tous les jours faites pour chaque station, à midi, pour des horizons allant de 1 heure à 48 heures.
2.2.1. Définition du Static Line Rating
La définition d’une valeur du SLR permet par la suite d’évaluer les modèles de prévision dans leur capacité à proposer des améliorations par rapport au SLR.
2. Prévision du Dynamic Line Rating à court-terme 56
Pour le cas d’étude considéré, une première valeur constante du Static Line Rating est calculée à l’aide du modèle physique (1-22) défini dans le chapitre 1, et avec des valeurs constantes de variable météorologiques contraignantes pour une saison et qui sont définies dans [27]. On a considéré ici comme valeurs de RTLR les valeurs minimales de RTLR calculées pour chaque instant sur les 8 stations étudiées. On peut alors mesurer les fréquences de dépassement des valeurs de RTLR par rapport aux valeurs traditionnelles de SLR (Cas A - Tableau 2-2).
Comme dans [27], on constate des fréquences de dépassement du SLR importantes, d’autant plus que contrairement à cette étude qui ne considère qu’une station météo, on considère ici les valeurs minimales sur un ensemble de stations météorologiques. En plus de sérieusement remettre en question la capacité des valeurs de SLR choisies à assurer un fonctionnement sans risque, cette fréquence élevée est un problème pour notre étude car il est alors difficile de pouvoir réussir à obtenir des avancées en termes d’augmentation d’ampacité grâce au DLR, en particulier avec des prévisions à quantile bas en J-1. Deux solutions peuvent être proposées pour fournir de nouvelles valeurs de SLR respectant des critères de sécurité satisfaisants. La première est de modifier les critères météorologiques utilisés. Ainsi, on pourrait fixer l’irradiation solaire à 1000 W/m² et la direction du vent à 0°, pour avoir des valeurs de SLR plus faibles, passant par exemple de 651 A à 420 A pour l’hiver avec ces modifications. Il est à faire remarquer que les valeurs présentées dans [27] sont d’ailleurs étonnantes au regard de ces changements proposés : l’irradiation solaire considérée pour une situation critique correspond à une situation de nuit, et le vent est défini comme perpendiculaire à la ligne, ce qui revient alors à utiliser deux paramètres peu contraignants.
La deuxième méthode, que l’on utilisera dans notre travail, est de définir le SLR à partir de critères de fréquence. Pour chaque saison, on considère l’ensemble des valeurs de RTLR calculées comme précédemment décrit, et on sélectionne le premier percentile pour les valeurs associées à chaque saison. Un abaissement important des valeurs du SLR est alors observé, montré en deuxième partie du Tableau 2-2, et ce sont ces valeurs que nous utiliserons par la suite.
Tableau 2-2. Comparaison pour la sélection des valeurs du SLR : Cas A, utilisation de valeurs de SLR fixées à l’aide de paramètres contraignants arbitrairement sélectionnés ; Cas B, utilisation de valeurs de SLR choisies de manière à rester inférieures au RTLR 99% du temps
Température ambiante (°C) Vitesse du vent (m/s) Radiation solaire (W/m²) Direction du vent (°) SLR (A) Fréquence où le SLR>RTLR (%) A Printemps/ Automne 9 0,5 0 90 623 38,9 Eté 20 0,5 0 90 574 40,5 Hiver 2 0,5 0 90 651 61,6 B Printemps/ Automne - - - - 451 1,0 Eté - - - - 410 1,0 Hiver - - - - 472 1,0
2.2.2. Section critique de la ligne
On rappelle que la section critique d’une ligne est la section de ligne où la température du câble est la plus élevée, cette position dépendant des conditions météorologiques. L’obtention de cette localisation est généralement faite à partir de données issues d’un nombre d’appareils de mesure limité, comme c’est ici le cas avec les différentes stations météorologiques utilisées. Pour l’étude des prévisions DLR, une simplification est régulièrement faite en fixant cette position toujours au même endroit [48].
Pour discuter cette hypothèse, on représente sur le Tableau 2-3 les fréquences des situations où l’ampacité calculée en une station correspond à l’ampacité minimale des 8 stations considérées, fréqmin(station).
Tableau 2-3. Fréquence des situations où l’ampacité calculée en une station donnée est la valeur minimale obtenue pour l’ensemble des stations.
Station considérée fréqmin(station) (%)
1 4,7 2 9,9 3 39,6 4 5,7 5 8,0 6 18,6 7 6,9 8 6,8 3_115% 75,1 3_105% 89,9 3_101% 96,1
Comme on peut le voir, une station apparaît comme prépondérante par rapport aux autres, la station 3, où l’ampacité calculée est l’ampacité minimale pour les 8 stations dans 40% des cas.
L’utilisation de cette seule station pour calculer l’ampacité d’une ligne entraînerait alors une situation où dans 60% des cas, l’ampacité calculée ne serait pas correcte. En reprenant [44], cette fréquence devrait être comprise entre 5% à 15% pour être en accord avec des critères opérationnels.
Le fait de travailler avec une seule station météorologique est alors critiquable, mais cette critique est à relativiser : dans [44], les valeurs d’ampacité utilisées ne sont pas modifiées, et les auteurs considèrent que les valeurs d’ampacité sont égales à la valeur minimale des ampacités calculées pour les stations. Or, en pratique, des seuils sont régulièrement fixés sur les valeurs que le DLR peut prendre. Ainsi, dans [74], les auteurs imposent au DLR de rester compris entre la valeur du SLR et 115% du SLR pour des raisons de sécurité.
En reprenant des seuils bas et hauts pour l’ampacité de 100% et 115% du SLR (cas 3_115%), l’ampacité calculée à la station 3 est différente de l’ampacité de la ligne non plus 60% du temps, mais 25%. Pour des seuils hauts plus faibles, par exemple 105% et 101% du SLR (les cas 3_105% et 3_101%), cette fréquence baisse alors à 10% et 4%.
2. Prévision du Dynamic Line Rating à court-terme 58
Il est alors possible de juger que les résultats de valeur de DLR seraient relativement proches, que l’on considère plusieurs stations ou une seule, et nous maintenons dans ce chapitre l’hypothèse que chaque station météorologique, quand elle est considérée, est toujours localisée sur la position de la section critique de la ligne.