Chapitre 4 : Amélioration des profils des tensions sur le départ d4 du réseau de Porto-
4.5 Coût d’investissement
Comme tout projet, notre étude ne pourrait prendre effectivement corps que si le coût de réalisation est bien défini. Sur le plan économique, le critère généralement pris en compte
71
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017
dans l’évaluation des bénéfices retirés par un FACTS est que l’accroissement des revenus doit excéder les couts d’exploitation de maintenance et d’amortissement. Nous allons donc estimer le cout d’investissement du DSVC pour voir sa rentabilité financière.
Plusieurs formules permettent de définir les coûts d’installation des dispositifs DSVC, la plus courante est celle qui prévoit son prix par rapport au kVAR. La formule du coût qui suit est celle qui dépend principalement des facteurs tels que les performances requises, la puissance de l’installation, le niveau de tension du système ou encore la technologie des semis conducteurs utilisés. Au prix du dispositif lui-même viennent s’ajouter les couts supplémentaires dus en particulier à l’achat du terrain et l’accès au site ainsi qu’aux frais d’étude. [24]
Soit 𝑐𝑜𝑢𝑡1 le d’installation du dispositif et 𝑐𝑜𝑢𝑡2 le cout d’entretien et de suivi
𝒄𝒐𝒖𝒕𝟏= 𝟎. 𝟏𝟔𝟓 ∗ 𝑺𝟐+ 𝟕𝟒𝟎𝟎𝟐 ∗ 𝑺 + 𝟏𝟎𝟑𝟒𝟎𝟎 (FCFA/kVAR) [24]
(4.13)
S étant la portée du DSVC
S=Q2-Q1 (4.14) Q2= la puissance réactive après l’installation du DSVC
Q1=la puissance réactive avant l’installation du DSVC S= 222,1 kVAR (dans notre cas)
Nous allons choisir S=1 Mvar pour avoir des prix compatibles aux prix sur le marché.
𝒄𝒐𝒖𝒕𝟏 =74.270.400 FCFA
Le cout d’entretien et de suivi annuel 𝑐𝑜𝑢𝑡2 est estimé à 5% du cout d’installation 𝒄𝒐𝒖𝒕𝒂 = 𝟑. 𝟕𝟏𝟑. 𝟓𝟐𝟎 𝐅𝐂𝐅𝐀
Pour une entretient prolongée de 10 ans nous avons 𝒄𝒐𝒖𝒕𝟐= 𝟑𝟕. 𝟏𝟑𝟓. 𝟐𝟎𝟎 𝐅𝐂𝐅𝐀
Le cout total est donc cout= 𝑐𝑜𝑢𝑡1 + 𝑐𝑜𝑢𝑡2
72
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 Cout=111.405.600 FCFA
Des résultats de la simulation, on note que la puissance à valoriser c’est-à-dire celle gagnée est : Pg = 74 kW d’après le chapitre précédent.
Ainsi, l’énergie gagnée Eg après correction des baisses de tension est donnée par la formule : Eg = T × Pg (4.15) Avec T la durée (en heures) totale d’utilisation du réseau en une année et Pg la puissance perdue.
Une année comporte 365 jours soit 8760 heures.
Soit :
𝐸𝑔 = 𝑃𝑔 × (8760 – 𝑇𝑐) (4.16)
𝑇𝑐 est le temps de coupure dans l’année en heures. Il varie d’un moment à l’autre et ne peut donc être déterminé de façon certaine. Cependant, pour une meilleure continuité de service, 𝑇𝑐 doit être la plus faible possible.
Dans cette étude, nous admettons un temps de coupure moyen de 7000 minutes soit 140 heures.
[6]
Eg=74(8760−140) D’où Eg=637.888 kWH
Le prix moyen de vente de l’énergie électrique à aux consommateurs par la SBEE est de 105 FCFA/kWh.
En nous basant sur ce tarif, le gain annuel G déduit de l’énergie perdue par la SBEE suite aux déclenchements des protections dû aux pertes techniques est de :
Soit :
𝐆=66.978.240 FCFA/an
Pour un gain annuel de 66.978.240 FCFA par an, le temps de retour sur investissement est :
TRI= 1,66 soit 20 mois
Le recouvrement de l’investissement total peut se faire en 20 mois alors que la durée de vie du projet peut atteindre plusieurs dizaines d’année. Tout ceci montre que le projet est rentable.
73
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 Conclusion partielle
L’étude ainsi réalisé nous a permis de voir l’impact des dispositifs DFACTS sur le départ D4 du réseau de la ville de PORTO-NOVO. Après insertion et simulation de ces dispositifs dans le réseau, nous avons remarqué une amélioration de la stabilité de tension de -7 % à ±04 % et une réduction de 21% des pertes actives sur le départ corrigé ce qui prouve l’efficacité de cette méthode de correction. L’application de cette méthode et celle des recommandations rendront réellement stable le réseau de la SBEE.
Nous avons aussi fait une estimation financière du coût du projet. Cette étude nous a permis de montrer que le coût total de réalisation du projet s’élève à cent onze millions quatre cent cinq mille six cent (111.405.600 FCFA) avec un recouvrement d’investissement de 20 mois. L’étude financière du projet a permis de l’évaluer en termes de coût. Sa mise au point résulte de la prise en compte de plusieurs facteurs techniques pour l’ingénieur.
74
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017
Conclusion générale
L’analyse du réseau HTA de la ville de Porto-Novo à (07h,12h, et 21H) nous a permis d’identifier le départ D4 comme un départ présentant de baisse de tension supérieur à 7% à certains de ses nœuds et des pertes de puissance active sur les lignes du départ. L’analyse de ce même départ par le logiciel MATLAB à travers sa bibliothèque PSAT nous a permis de confirmer ces résultats. Ces faibles niveaux de tension sont dus pour la plupart aux fortes charges que subit le départ et sa longueur qui s’étend jusqu’à BONOU, DANGBO et ADJOHOUN. Après avoir énuméré les différents moyens de compensation, nous avons opté pour la limitation du départ au niveau du boulevard du cinquantenaire de la ville de PORTO-NOVO et l’injection de puissance réactive sur le départ D4 ; Les autres localités pouvant être alimentés par le poste source de TANZOUN. Certes la SBEE dispose de bancs de condensateurs capable d’injecter du réactif sur le réseau HTA de PORTO-NOVO, mais ces dispositifs, injectés via un opérateur manquent d’efficacité. Basés sur l’électronique de puissance, les dispositifs DFACTS existent en plusieurs familles et sont généralement composés de condensateur et/ou d’inductance et des thyristors.
Après avoir simulé le départ D4 en présence de deux DFACTS (DSVC et DSSSC) nous avons remarqué une amélioration du niveau de tension passant de 7% à 3% pour le DSVC et à 4,5% pour le DSSSC et une réduction des pertes actives. Initialement estimées à 334Kw, elles ont été réduites de 21% soit 260 Kw par le DSVC et de 15% soit 284 kW par le DSSSC. Après l’analyse de ses résultats et du point de vue pratique, notre choix a porté sur le DSVC qui présenterait une facilité d’insertion (inséré en shunt) sur le réseau par rapport au DSSSC (insertion en série) qui nécessiterait une reconstruction de la ligne. Les résultats ainsi obtenus montrent que le dispositif DSVC peut jouer un rôle très important dans le domaine de la compensation des puissances réactives et le contrôle des tensions des différents nœuds du réseau électrique.
Le coût du DSVC à installer est évalué à cent onze millions quatre cent cinq mille six cent (11.1405.600 FCFA) dans le but de compenser des pertes actives qui génèrent un montant de l’ordre 66.978.240 FCFA FCFA (soixante-six millions neuf cent soixante-dix-huit deux cent quarante) par an à la société soit un temps de retour sur investissement de 20 mois. En plus de sa performance technique, l’emploi du DSVC présente de larges avantages économiques.
75
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017
Pour approfondir notre étude nous procèderons à l’injection sur d’autres réseaux et en présence des DFACTS réels.
76
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017
Références bibliographiques
[1] Luc LASNE, Electrotechnique, éditions Dunod, Paris, 2008.
[2] R. Caire, « Gestion de la production décentralisée dans les réseaux de distribution », Ph.D.
dissertation, INP Grenoble, 2000.
[3] LILIEN Jean-Louis, « Transport et Distribution de l’Energie Electrique », Université de Liège, Institut d’Electricité Montefiore, 2009.
[4] SBEE/DROP/ Poste de répartition de Houinmè de Ouando. Fiche de relevé des charges.
[5] Oussama MAMMERI « Différentes méthodes de calcul de la puissance réactive dans un nœud à charge non linéaire en présence d’un système de compensation de l’énergie. » Mémoire de magister 2012
[6] M. Mohammadi, M. Montazeri, S. Abasi «Bacterial graphical user interface oriented by particle swarm optimization strategy for optimization of multiple type DFACTS for power quality enhancement in distribution system. »2017
[7] J. C. Sabonnadière and N. Hadjsaïd, Lignes et réseaux électriques 1 : lignes d’énergie électrique, B. Multon, Ed. Lavoisier, 2007, vol1.
[8] ERDF-PRO-RES-43E, « Principes d’étude et de développement du réseau pour le raccordement des clients consommateurs et producteurs BT », 2011.
[9] HAIMOUR Rachida, & KHIAT M. « Contrôle des Puissances Réactives et des Tensions par les Dispositifs FACTS dans un Réseau Electrique », mémoire de magister en Electrotechnique de l’ENSET-ORAN, 2009.
[10] Olivier RICHARDOT, Nouredine HADJSAÏD & Yvon BÉSANGER « Réglage Coordonné de Tension dans les Réseaux de Distribution à l'aide de la Production Décentralisée
», Thèse de doctorat de l’INP Grenoble, 2006.
[11] Guillaume RAMI, Nouredine HADJSAID & Tuan TRAN QUOC « Contrôle de tension auto adaptatif pour des productions décentralisées d’énergies connectées au réseau électrique de distribution », Thèse de doctorat de l’INP Grenoble, 2006.
[12] Boris BERSENEFF, Nouredine HADJSAÏD & Yvon BESANGER « Réglage de la tension dans les réseaux de distribution du futur », Thèse de doctorat en Electrotechnique de l’Université de Grenoble, 2010.
[13] Jean-Claude Gianduzzo « Electrotechnique », Université de Bordeaux 1.
[14] Schneider Electric, « chapitre7 : La compensation de l'énergie réactive », Guide de conception des réseaux électriques industriels.
77
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017
[15] Schneider Electric, « Solutions de compensation d’énergie réactive et filtrage d’harmoniques », catalogue moyenne tension 2010.
[16] Federico Milano, « Power System Analysis Toolbox », Documentation for PSAT version 2.1.6 May 13, 2010.
[17] ADJADI Ya-Sohirou Ladipo , « CONTRIBUTION A L’OPTIMISATION DES PERTES TECHNIQUES SUR LE RESEAU HTA DE LA COMMUNE DE PORTO-NOVO » (SBEE), EPAC, 2015.
[18] Professeur Jean-Louis LILIEN, transport et distribution de l'énergie électrique, Manuel de travaux pratiques destiné au cours, Année académique 1999/2000, p6.41.
[19] BLAL Abdelkarim « Placement optimal d’un SVC dans un réseau d’énergie électrique par un algorithme génétique » ,2011
[20] DE VRE.R, JACQUET.B « perturbations dans les installations électriques et électronique
» Note d’information 2003.
[21] [MAGNON YOUNESS « Placement optimal du dispositif FACTS dans un réseau de puissance »,2014
[22] RICHARD.G « étude de la ferroresonance dans les réseaux par compensateurs séries et shunt » thèse doctorat université de laval, québec. Canada mai 1997.
[23] VIJAYABASKAR, MANIGANDAN «analysis of radial distribution system
[24] SEYED MOHAMMAD SADEGHZADEH « amélioration de la stabilité transitoire et de l'amortissement des oscillations d'un réseau électrique à l'aide de SMES et de SSSC » thèse mars 1998
[25] BIO GUERRA Salim « contribution à l’amélioration de la stabilité en tension du réseau électrique de la communauté électrique du bénin (CEB) par utilisation des FACTS » EPAC Décembre 2015
[26] MOUSSAOUI ABDELMADJID « amélioration de stabilité transitoire d'un réseau par système FACTS » mémoire de master académique Mai 2016
78
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017
Annexe
Annexe 1 : Paramètres des transformateurs de distribution HTA/BT
Puissance Tension nominale Résistances Réactance
(kVA) (kV) (Ω) (Ω)
5000 15/0,41 0,00085 0,00186
2500 15/0,41 0,00121 0,00689
2000 15/0,41 0,00169 0,00647
1250 15/0,41 0,00278 0,01365
1000 15/0,41 0,00368 0,0131
800 15/0,41 0,00489 0,0219
630 15/0,41 0,00654 0,0266
400 15/0,41 0,01135 0,0416
250 15/0,41 0,0195 0,0666
79
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017
Annexe 2 : Valeurs de la résistance, de la réactance et de la susceptance des conducteurs en p.u. PN0-D40 0,689 117 AERIEN ALMELEC 0,112996 0,10717778 5,99E-07 D40-D41 0,194 54,6 AERIEN ALMELEC 0,06345956 0,03362667 1,57E-07 D41-D42 0,359 54,6 AERIEN ALMELEC 0,11743289 0,06222667 2,91E-07 D41-D43 0,887 54,6 AERIEN ALMELEC 0,29014756 0,15374667 7,18E-07 D43-D45 0,632 54,6 AERIEN ALMELEC 0,20673422 0,10954667 5,11E-07 D45-D46 1,937 54,6 AERIEN ALMELEC 0,63361422 0,33574667 1,57E-06 D45-D47 0,761 54,6 AERIEN ALMELEC 0,24893156 0,13190667 6,16E-07 D40-D48 0,53 117 AERIEN ALMELEC 0,08692 0,08244444 4,61E-07 D48-D49 0,136 117 AERIEN ALMELEC 0,022304 0,02115556 1,18E-07 D49-D410 0,616 54,6 AERIEN ALMELEC 0,20150044 0,10677333 4,99E-07 D410-D411 0,169 54,6 AERIEN ALMELEC 0,05528178 0,02929333 1,37E-07 D410-D412 0,402 54,6 AERIEN ALMELEC 0,13149867 0,06968 3,25E-07 D412-D413 0,34 54,6 AERIEN ALMELEC 0,11121778 0,05893333 2,75E-07 D413-D414 2,853 54,6 AERIEN ALMELEC 0,933248 0,49452 2,31E-06 D413-D415 0,653 54,6 AERIEN ALMELEC 0,21360356 0,11318667 5,28E-07 D415-D416 0,611 54,6 AERIEN ALMELEC 0,19986489 0,10590667 4,94E-07 D415-D417 0,477 54,6 AERIEN ALMELEC 0,156032 0,08268 3,86E-07 D415-D418 0,59 54,6 AERIEN ALMELEC 0,19299556 0,10226667 4,78E-07 D418-D419 0,372 54,6 AERIEN ALMELEC 0,12168533 0,06448 3,01E-07 D419-D420 0,958 54,6 AERIEN ALMELEC 0,31337244 0,16605333 7,75E-07 D419-D421 0,953 54,6 AERIEN ALMELEC 0,31173689 0,16518667 7,71E-07 D419-D422 0,351 117 AERIEN ALMELEC 0,057564 0,0546 3,05E-07 D422-D423 0,043 117 AERIEN ALMELEC 0,007052 0,00668889 3,74E-08 D423-D425 0,204 54,6 AERIEN ALMELEC 0,06673067 0,03536 1,65E-07
0,329
D426-D427 0,713 54,6 AERIEN ALMELEC 0,23323022 0,12358667 5,77E-07 117 AERIEN ALMELEC 0,053956| 0,05117777 8,86033E-07
80
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017
Annexe 3 : Caractéristiques des charges se trouvant dans la simulation sous PSAT
Annexe 4 : exemple d’un DFACTS placé sur une ligne électrique
Charge S S P4 P4 Q4 Q4
installée4 utilisée4 (KW) en pu (KVAR) en pu (KVA) (KVA)
PN84 250 160,975 136,82875 0,00136829 84,7988431 0,00084799
PN86 630 405,657 344,80845 0,00344808 213,693085 0,00213693
PNFORG6 630 405,657 344,80845 0,00344808 213,693085 0,00213693 PN(10+16) 1250 804,875 684,14375 0,00684144 423,994216 0,00423994
PNNC 1250 804,875 684,14375 0,00684144 423,994216 0,00423994
PN12 800 515,12 437,852 0,00437852 271,356298 0,00271356
PNOCC 630 405,657 344,80845 0,00344808 213,693085 0,00213693
PN73 250 160,975 136,82875 0,00136829 84,7988431 0,00084799
PN132 2500 1609,75 1368,2875 0,01368288 847,988431 0,00847988
PN36 800 515,12 437,852 0,00437852 271,356298 0,00271356
PN141 630 405,657 344,80845 0,00344808 213,693085 0,00213693 PN121 400 257,56 218,926 0,00218926 135,678149 0,00135678 PN139 630 405,657 344,80845 0,00344808 213,693085 0,00213693 PN137 630 405,657 344,80845 0,00344808 213,693085 0,00213693
PN54 630 405,657 344,80845 0,00344808 213,693085 0,00213693
PN143 630 405,657 344,80845 0,00344808 213,693085 0,00213693 PNcinp1 630 405,657 344,80845 0,00344808 213,693085 0,00213693 PNcinp2 630 405,657 344,80845 0,00344808 213,693085 0,00213693 PNcinp3 630 405,657 344,80845 0,00344808 213,693085 0,00213693 PNcinp4 630 405,657 344,80845 0,00344808 213,693085 0,00213693
81
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017
Annexe 5 : schéma unifilaire du départ (D4) du réseau de la ville de PORTO-NOVO
82
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 Annexe 6 : Compensateur série synchrone statique (SSSC)
83
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 Annexe 7 : valeurs des résistances en fonction de la section
Nature métal Section (mm2) Résistance
linéique DC (ῼ)
Résistance linéique AC (ῼ)
Aérienne Aluminium 54,6 0,5466 0,5468
95 0,3142 0,3144
117 0,2551 0,2554
150 0,1990 0,1994
240 0,1244 0,1250
Cuivre 54,6 0,5466 0,5468
150 0,1243 0,1249
Almélec 117 0,363 0,369
75 0,531 0,537
54,6 0,729 0,736
Souterraine Aluminium 95 0,3142 0,3144
150 0,1990 0,1994
240 0,1244 0,1250
400 0,0746 0,0757
Cuivre 150 0,1991 0,1994
84
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 Annexe 8 : Valeur de la réactance des conducteurs en fonction de la section.
Nature Métal Section (mm2) Réactance
inductive (ῼ/m)
Aérienne Aluminium 54,6 0,3605
95 0,3431
117 0,3366
150 0,3289
240 0,3140
Almélec 117 0,363
75 0,37
54,6 0,39
Souterraine Aluminium 95 0,1388
150 0,1302
240 0,1225
400 0,1184
Cuivre 150 0,1302
85
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 Annexe 9 : Capacité et susceptance des conducteurs.
Section
Nature Métal C (μF) y (S/km)
(mm2)
Aluminium 54,6 0,001145 0,3597.10-6
& 75 0,001206 0,3789.10-6
Almélec 117 0,001230 0,3864.10-6
Aérienne & 150 0,001261 0,3962.10-6
Cuivre 240 0,001323 0,4156.10-6
Aluminium 95 0,0326 10,2416.10-6
& 150 0,0419 13,1633.10-6
Almélec 240 0,071 22,305.10-6
Souterrain
&
400 0,3171 99,620.10-6 Cuivre
86
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017
87
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017
Table des matières
Chapitre 1 : Présentation du réseau de la ville de Porto-Novo ... 3
1.1. Description du réseau Haute tension catégorie A (HTA) de la ville de Porto-Novo 3 1.1.1. Présentation du système d’alimentation HTB/HTA de la ville de Porto-Novo . 3 1.1.2. Caractéristiques des départs ... 4
1.1.3. Consommation de puissances active et réactive dans le réseau HTA ... 6
1.2. Les problèmes du réseau ... 15
Le chapitre 2 : Analyse par simulation du départ (D4) et méthodes d’amélioration des niveaux de tension ... 17
2.1. Présentation du logiciel de simulation (MATLAB-PSAT) ... 17
2.1.1 Présentation de MATLAB-SIMULINK ... 17
2.1.2. Présentation de PSAT ... 17
2.2. Modélisation du départ D4 avec PSAT ... 18
2.2.1. Paramétrage des différents modèles ... 20
2.2.2 Modélisation du départ D4 réseau électrique de la ville de Porto-Novo ... 23
2.3.1. Paramétrage des composants du réseau électrique de la commune de
2-5 Méthodes d’amélioration des niveaux de tension ... 31
88
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017
3-1 L’histoire des FACTS ... 33
3-2 Dispositifs FACTS shunt ... 34
3-2 -1 Compensation shunt ... 34
3-2-2 Compensateurs shunt à base de thyristors [22] ... 34
3-2 -3 Compensateur statique synchrone STATCOM ... 35
3-2-4 Générateur Synchrone Statique (SSG) ... 37
3-3-1 Compensateurs séries ... 38
3-3-2 Compensateurs séries à thyristors ... 38
3-4 régulateurs statiques de tension et de phase ... 42
3-4-1 régulateurs de tension contrôlée par thyristor (TCVR) ... 43
3 4-2 régulateurs de phase ... 43
3-5 dispositifs FACTS hybrides [13] ... 43
3-5-1 compensateurs hybrides à base de thyristors ... 43
3-5-2 compensateurs hybrides à base de GTO thyristors ... 44
3-6 Compensateur Statique (SVC) ... 47
3 6-1 définitions du SVC ... 47
3-6-2 structure de principe ... 47
3-6-3 Constitution du SVC ... 49
3-6-4 Les différents types et schémas ... 53
3-6-5 Principe de fonctionnement du SVC ... 56
Chapitre 4 : Amélioration des profils des tensions sur le départ d4 du réseau de Porto-Novo et choix de DFACTS ... 59
4.1Modélisation du DSSSC et du DSVC ... 59
4.2 Amélioration des niveaux de tension ... 63
4.2.1 Simulation du réseau en présence du DSVC ... 63
4.2.2 Simulation du réseau en présence du DSSSC ... 65
4.3 Amélioration des pertes actives ... 68
4.4 analyse des différents résultats de simulation ... 70
4.5 Coût d’investissement ... 70
Conclusion générale ... 74
Références bibliographique ... Erreur ! Signet non défini. Annexe ... 78
89
Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017