Impact de l'intégration des liaisons HVDC dans le système européen interconnecté…

Il y a deux phénomènes dynamiques importants qui doivent être considérés chaque fois qu'un système électrique est étendu:

1. Le risque de pannes en cascade et les grands blackouts. 2. Les oscillations électromécaniques interrégionales. Ces deux phénomènes sont abordés suivant.

VII.3.1. Pannes en cascade et grands blackouts

Comme indiqué précédemment, l'analyse détaillée des grands blackouts a montré qu'elles proviennent de pannes en cascade dans lesquels une défaut de déclenchement (par exemple un défaut de ligne ou la perte d'une centrale électrique) produit une séquence de défauts secondaires qui entraînent le blackout d'une grande partie du système électrique [1]. Par conséquent, les interconnexions entre l'Afrique du Nord et l'Europe peuvent fournir des portes pour la propagation des perturbations comme cela a déjà été le cas lors de plusieurs grands blackouts dans différentes parties du monde. Par exemple, le blackout d'août 2003 dans le nord-est de l'Amérique s'est propagé dans une région assez importante aux États-Unis et au Canada par un phénomène en cascade [1]. Un autre exemple est le black-out européen de novembre 2006 où les pannes se sont propagées de l'Allemagne vers l'Europe du Sud [1]. Ces exemples concrets montrent comment une petite perturbation initiale peut, en cascade, entraîner un grand blackout. Comme indiqué ci-dessus, l'une des caractéristiques les plus importantes des systèmes HVDC est que la liaison HVDC peut isoler dynamiquement deux régions du système. Ceci, en effet, sert de pare-feu automatique contre les perturbations en cascade et empêche les grands blackouts. Il existe de nombreux mécanismes différents impliqués dans la dynamique du phénomène de cascade dans les systèmes électrique par lesquels un défaut peut se propager et provoquer d'autres défauts. Sur la base de l'analyse des blackout précédentes, le mécanisme le plus important est l'interruption successive des lignes de transmission due au phénomène de redistribution [1]. Le scénario de blackout de 2003 de

l'Italie est un bon exemple de ce mécanisme de défaut en cascade où des pannes en cascade des lignes desservant le pays a conduit à la séparation du réseau Italien du système ENTSO-E [130]. Le blackout de 2006 est la perturbation la plus importante du système ENTSO-E en raison du grand nombre de pays touchés. Cet incident est également associé à des phénomènes de surcharge en cascade conduisant à la segmentation du système ENTSO-E en trois îles avec des déséquilibres de puissance significatifs dans chaque île [131].

Le risque d'effets en cascade incontrôlables est plus élevé si le système électrique devait fonctionner dans des conditions de charge très élevées, parce que chaque composant est forcé de fonctionner plus près de sa limite de charge et, par conséquent, la taille de l'interruption en cascade est plus susceptible d'augmenter que dans le cas d'une charge faible [1]. Les rapports finaux des blackouts survenues en 2003 et en 2006 [130,131] indiquent que les deux incidents étaient dus à des hauts échanges transfrontaliers de puissance suite à l'ouverture du marché de l'électricité. Avec la libéralisation des services d'électricité en Europe, les capacités des liaisons transfrontalières des réseaux de transport d'électricité gagnent en importance. En général, il existe de grands transferts d'énergie dans la direction Nord-Sud, ce qui entraîne plusieurs goulots d'étranglement critiques dans les réseaux transfrontaliers, en particulier la frontière nord Italienne (où le blackout italienne de 2003 a commencé), comme le montre la Fig.III.4. Cela peut conduire au non-respect du critère N - 1, comme cela a déjà rapporté dans plusieurs études [2,3]. Les liaisons HVDC entre l'Europe et l'Afrique du Nord serviront non seulement de tampon entre les deux systèmes contre les problèmes d'instabilité et d'effondrement de la tension, mais sont également susceptibles d'être la clé pour améliorer à la fois la sécurité et l'efficacité du système interconnecté européen, en particulier à la frontière Italienne en réduisant les importations massives d'énergie en provenance des pays du Nord. De même, les liaisons HVDC entre l'Afrique du Nord et l'Espagne peuvent avoir un impact positif sur les lignes transfrontalières entre l'Espagne et la France qui est considérée comme une zone critique [39].

VII.3.2. Oscillations interrégionales

Plusieurs études ont été menées dans le passé en utilisant l'analyse modale et des simulations dans le domaine temporel pour évaluer la nature des profils d'oscillation dans le système ENTSO-E [192-198]. Avec l'aide de la technologie WAMS, il est maintenant possible d'enregistrer des informations sur les profils des oscillations interrégionales d'intérêt [199,200]. De nombreuses données d'oscillations interrégionales ont été enregistrées et

analysées par le passé et il a été révélé que le système ENTSO-E ne comprend que trois modes interrégionaux globaux affectant l'ensemble du système, alors que la plupart des modes présentent des modes interrégionaux régionaux. Les trois modes globaux revêtent une importance particulière en raison de leur effet considérable sur la stabilité globale du système dans des conditions d'amortissement insuffisantes. Les oscillations interrégionales observées (modes globaux) sont représentées sur la Fig.VII.18. Le principal mode d'intérêt est le mode Nord-Sud, avec une fréquence de l'ordre de 0,23-0,27 Hz, dans laquelle les générateurs du sud de l'Italie oscillent avec ceux du nord de l'Allemagne et du Danemark. Les deux autres modes oscillent dans une direction est-ouest. Le mode Est-Ouest bien connu (0,17-0,23 Hz) fait osciller les groupes des générateurs en Espagne et au Portugal contre la partie Est. La connexion de la Turquie au système ENTSO-E, à la fin de 2010, a abouti à un nouveau mode Est-Ouest (0,13-0,15 Hz) dans lequel les générateurs au Portugal et en Espagne oscillent contre ceux en Turquie. Outre ces trois modes globaux, plusieurs modes régionaux ont été identifiés, notamment dans le système Italien en raison de sa structure longitudinale.

Il est bien connu que l'amortissement des modes interrégionaux est influencé par le flux de puissance global dans le système. De plus, l'expansion du système interconnecté fait que les modes interrégionaux deviennent légèrement amortis ou même instables. En envisageant d'autres extensions possibles du système ENTSO-E vers les pays d'Afrique du Nord via des liaisons HVDC, la stabilité du système deviendra encore plus important. Par exemple, lorsque le réseau électrique turc a été connecté au système ENTSO-E en 2010, un nouveau mode interrégional est-ouest avec un amortissement insuffisant a été détecté à 0,15 Hz et l'ancien mode Est-Ouest s'est détérioré [195,201]. Par conséquent, une condition préalable à ces interconnexions avec l'Afrique du Nord est d'étudier l'impact des liaisons HVDC prévues sur l'amortissement des modes interrégionaux critiques dans le système ENTSO-E, en particulier parce que les systèmes espagnol et italien sont activement impliqués dans les trois modes globaux.

Sur la base de l'étude présentée dans [186], l'ajout d'une liaison DC avec génération à distance à un système AC interconnecté aura un faible impact sur les modes interrégionaux existants et n'introduira pas de mode interrégional en raison de sa nature asynchrone . En d'autres termes, il n'y aura pas de modes interrégionaux entre l'Europe et l'Afrique du Nord. De plus, sur la base de cette étude [186], les unités de production en Afrique du Nord ne participeront à aucun mode interrégional dans le système ENTSO-E, ce qui serait bénéfique pour surveiller et contrôler les oscillations interrégionales dans le système ENTSO-E.

Fig.VII.18.Modes interrégionaux dominants dans le système ENTSO-E.

Puisque l'amortissement des modes globaux dépend essentiellement du chargement des lignes entre les différentes régions (c'est-à-dire les pays), les importations d'électricité en provenance d'Afrique du Nord auront un impact significatif sur l'amortissement de ces modes. Par exemple, en Italie, les importations d'électricité en provenance d'Afrique du Nord peuvent réduire les importations d'électricité de la frontière nord (France et Suisse), ce qui contribuera à améliorer l'amortissement du mode Nord-Sud et certains modes dans le système italien. Cependant, en Espagne, les importations d'électricité en provenance d'Afrique du Nord augmenteront les exportations d'électricité vers le centre du système (c'est-à-dire de l'Espagne vers la France). Cette exportation conduira à une détérioration de l'amortissement en mode Est-Ouest (ancien mode) comme cela a déjà été souligné dans plusieurs autres études [192,196].