Chapitre II : Commande des systèmes CSC-HVDC
II.4. Caractéristiques de contrôle
La méthode des caractéristiques Vd-Id(Fig.II.2) est la méthode la plus largement utilisée pour construire un système efficace pour la commande d'une liaison CSC-HVDC. La méthode repose sur une zone définie de fonctionnement du système HVDC, avec des fonctions claires pour les deux terminaux. Il intègre également des fonctions de protection pour protéger le system HVDC [22,23].
Fig.II.2. Caractéristiques de contrôle d’un système HVDC.
II.4.1. Caractéristiques du redresseur
Le contrôle du courant dans la ligne DC est effectué par le contrôleur de courant dans le redresseur pendant le fonctionnement en régime normal. Le fonctionnement du redresseur est défini par plusieurs caractéristiques montrées sur la Fig.II.2.
Caractéristique de courant constant
En fonctionnement normal, le redresseur maintient le courant Id constant (CC). Cette caractéristique est montrée par la courbe BC sur la Fig.II.2, Cela représente le fonctionnement normal du redresseur où l'angle de retard α est varié afin de maintenir le courant Idconstant et
égal au courant de référence Ir. À cause de l'inertie thermique, les valves du convertisseur ne peuvent pas supporter une grande intensité de courant de façon continue; par conséquent une limite de courant maximale est appliquée dans les contrôles. Imax sur la Fig.II.2 représente cette limite, qui est habituellement fixée à 1,2 pu [22].
Caractéristique αminau redresseur
Le redresseur maintient le courant constant en changeant α. Cependant, α ne peut pas être inférieur à sa valeur minimale (αmin). Une fois que αmin est atteint, aucune augmentation de tension supplémentaire n'est possible et le redresseur fonctionnera à un angle d'amorçage constant (αmin). Cette caractéristique est représenté par l’équation (I.19) et la courbe AB sur la Fig.II.2, la limite maximum de Vd est définie par l’angle αmin. La pente de cette caractéristique est due à Rcr.
Caractéristique VDCOL
Dans des conditions de basse tension, il peut ne pas être souhaitable ou possible de maintenir le courant ou la puissance nominale dans la ligne DC pour les raisons suivantes [22,36]:
(a) Lorsque la tension d'un convertisseur chute de plus de 30% environ, la demande de puissance réactive du convertisseur augmente, ce qui peut avoir un effet négatif sur le système AC. Un α ou γ plus élevé au niveau du convertisseur est nécessaire pour contrôler le courant, ce qui entraîne une augmentation de la puissance réactive. La réduction des niveaux de tension du système AC diminuent également de manière significative la puissance réactive fournie par les filtres et les condensateurs, qui fournissent souvent une grande partie de la puissance réactive absorbée par les convertisseurs.
(b) En cas de tension réduite, il existe également des risques de raté de commutation et d'instabilité de la tension.
Ces problèmes liés au fonctionnement dans des conditions de basse tension peuvent être évités en utilisant la caractéristique VDCOL (Voltage Dependent Current Order Limit). Cette caractéristique est représentée par la courbe CD sur la Fig.II.2. Elle réduit la consigne de courant Irsi la tension diminue à cause d’une perturbation. Lorsque l’état stable est établi et la tension reprenant sa valeur avant le défaut, la consigne de courant revient à sa valeur initiale
Ir. Les caractéristiques du VDCOL peuvent être fonction de la tension AC ou de la tension DC.
Caractéristique de courant minimal Imin
Pour de faibles valeurs de courant, l'ondulation du courant peut le rendre discontinu ou intermittent. La limite Imin représentée par la courbe DE sur la Fig.II.2 est habituellement imposée pour maintenir suffisamment de courant continu dans les valves pour éviter d'atteindre un fonctionnement en courant discontinu est d'éviter le fonctionnement avec un période de commutation très court, ce qui pourraient conduire à des tensions continues transitoires dangereuses. Iminest habituellement fixée entre 0,1 et 0,3 pu [22].
II.4.2. Caractéristiques de l'onduleur Caractéristique d'excitation constant
En fonctionnement normal, l'onduleur fonctionne avec un angle d'extinction constant γmin, en maintenant une marge de commutation adéquate. La caractéristique SR sur la Fig.II.2 définit ce mode de fonctionnement et est appelée mode de contrôle CEA (Constant Extinction Angle).
Étant donné qu'une condition de fonctionnement doit satisfaire à la fois aux caractéristiques du redresseur et de l'onduleur, on obtient le point de fonctionnement P du système HVDC donné par l'intersection des deux caractéristiques (onduleur et redresseur) tel que montré par la figure. Le courant de ligne est égal au courant imposé par le redresseur, tandis que la tension de ligne est égale à la tension générée par l’onduleur.
Caractéristique de courant constant de l’onduleur
La caractéristique CEA de l'onduleur intersecte la caractéristique du redresseur en P pour une tension normale. Cependant, la caractéristique CEA de l'onduleur (SR) n'intersecte pas la caractéristique du redresseur à une tension réduite représentée par la courbe A'B'. Par conséquent, une réduction importante de la tension du redresseur entraînerait la réduction à zéro du courant et de la puissance après un court instant. Afin d'éviter ce problème, l'onduleur est également équipé d'un régulateur de courant, qui est réglé à une valeur inférieure à la valeur de référence réglée pour le redresseur. Cette caractéristique de courant est montrée par la courbe ST sur la Fig.II.2. La différence entre la référence de courant du redresseur et la référence de courant de l'onduleur est appelée marge de courant, indiquée par Im sur la Fig.II.2. Il est généralement réglé entre 10 et 15% du courant nominal afin de garantir que les
deux caractéristiques de courant constant ne se croisent pas en raison d'erreurs de mesure ou d'autres causes. En fonctionnement normal le régulateur de courant de l’onduleur est forcé hors service, et celui du redresseur maintient le courant de référence Ir dans la ligne DC. Le régulateur de courant dans l’onduleur n'est actif que pendant un défaut ou pendant le démarrage du système HVDC et maintient le courant dans la ligne DC à la valeur Ii.
Supposons qu’une perturbation se produise sur le réseau AC côté onduleur de sorte que la tension Vdi diminue. Il en résulte un nouveau point d’opération P’ montré sur la Fig.II.2. Le courant chute de Irà Ii, Dans ce cas, l’onduleur contrôle le courant dans la ligne DC à Ii. La caractéristique de l'onduleur (la courbe UT) correspond à la caractéristique de VDCOL du redresseur pour de préserver la marge de courant.
Caractéristique αminde l’onduleur
En cas de défaut sur la ligne DC, il est possible que l'onduleur puisse fonctionner comme un redresseur. Cela entraînerait une inversion du flux de puissance. Pour éviter que cela se produise, la commande de l'onduleur est dotée d'une limite αmin, comme indiqué par la courbe GH dans la Fig.II.2. Ceci limite l'angle d'amorçage de l'onduleur à une valeur supérieure à 90°, typiquement dans la plage de 95° à 110°. Le redresseur est cependant autorisé à fonctionner en mode onduleur pour assister le système dans certaines conditions de défaut. En conséquence, la limite maximum imposée à l'angle d'amorçage du redresseur est typiquement comprise entre 110° et 160°.