Problématique de la thèse : comment établir un plan de protection d’un réseau flexible avec production

Un moyen considéré pour réduire les coupures brèves consiste à utiliser de nouvelles

architectures de réseau, recourir à l’utilisation des énergies locales (GED) et utiliser des

protections déployées en réseau. Cette nouvelle organisation impose de nouvelles

contraintes de fonctionnement pour le plan de protection. Les réseaux évoluent beaucoup et

leurs architectures sont de plus en plus complexes. Ces protections dans le réseau sont plus

difficiles à régler que les protections en tête de départ. En plus, leur présence sur le réseau

complique même les réglages des protections au niveau du poste source.

5.1 Impact de la production décentralisée sur le fonctionnement des

protections

L’introduction des Générations d'Energie Dispersée (GED) dans les réseaux de distribution a

créé et va continuer de créer de plus en plus de problèmes au niveau des systèmes de

protection. Comme il est montré dans [Doy-02], l’apport de courant de court-circuit d’une

GED

³

n’est pas négligeable parce qu’il peut modifier le sens de circulation du courant de

court-circuit voire augmenter sa valeur et ainsi faire fonctionner intempestivement les

protections actuellement présentes en tête de départ.

L’aveuglement de la protection en tête du départ peut aussi se produire à cause d’une GED

qui se trouve entre la source et le défaut. Dans ce cas, si le courant de court-circuit de la

3 Pour une GED de type machine synchrone voire asynchrone. Le cas des producteurs avec interface

Système de protections novateur et distribué pour les réseaux Moyenne Tension du futur

38

GED est important, le courant de court-circuit vu par la protection en tête du départ peut être

inférieur au seuil de déclenchement.

Dans la Figure I-18, on peut voir l’apport de courant de court-circuit créé par la GED sur le

départ sain et qui fait déclencher la protection sur ce départ et évidement déconnecter ces

charges. L’apport de GED au courant de court-circuit dépend avant tout de sa technologie,

mais également de sa position par rapport au défaut. Dans le cas présenté dans la Figure

I-18, le courant de court-circuit total sera la somme de courants produits par la source et la

GED.

Figure I-18 Problèmes introduits par la présence de GED pendant un court-circuit

sur le fonctionnement des protections en tête de départ

Les problèmes qui apparaissent suite au courant supplémentaire de court-circuit créé par la

GED sont les suivants [Kau-04] :

• erreurs de déclenchements des protections sur les départs sains,

• erreurs de déclenchements des protections des producteurs,

• aveuglement de protections, qui ne peuvent plus « voir » le défaut,

• modifications au niveau de la valeur du courant de court-circuit,

• îlotage involontaire,

• blocage du réenclenchement,

Dans un réseau avec une puissance importante de GED, la déconnection de toutes les GED

pendant un court-circuit va générer une variation de la production, de courant et aussi de la

tension dans le réseau en défaut. Ces variations peuvent modifier de manière importante les

Sans GED Avec GED

Légende:

Ligne sous tension Ligne hors tension

Consommateur

Protection ^{Défaut de court-circuit} Génération distribuée

Alimentation HTA - Poste Source

GED Source EDF HTA Poste source PS cc

I

GED cc

I

PS cc

I

Poste Source GED

Chapitre I : Contexte de l’étude

valeurs mesurées par les protections et donc avoir une conséquence sur le fonctionnement

des protections (non déclenchement en cas de défaut). Afin de diminuer leur impact au

moment de leur déconnexion, on veut éviter les déconnexions sur les départs sains, [Gel-06]

et autoriser seulement la déconnexion des GED sur le départ en défaut (où on a le risque

d’îlotage du départ en défaut et on risque d’alimenter le défaut, s’il n’y a aucune autre

protection entre la GED et le défaut). L’article cité propose la valeur de 400% du courant

nominal comme discriminateur entre un défaut sur le départ, où la GED est situé, (le courant

est supérieur à 400% I

_n

) et un défaut sur un autre départ par rapport à la GED (le courant est

inférieur à 400% I

_n

).

L’insertion de GED avec interfaçage d’électronique de puissance ne conduit pas à des

courants assez importants par rapport au courant de court-circuit pour conduire à des

modifications des réglages et des comportements des GED. Mais si les GED sont

connectées directement au réseau, leurs apports de court-circuit doivent être pris en compte

[Jag-04]. Une manière de diminuer l’impact de GED sur le courant de court-circuit consiste à

limiter la taille de GED et donc l’apport de courant de court-circuit, [Cha-05]. Cependant les

auteurs ne mentionnent pas si il existe des interactions entre les protections de différentes

unités de production (en cas de remplacement d’un gros producteur par plusieurs petits

producteurs).

5.2 Quelques pistes pour le plan de protection des réseaux du futur

Les choix et les réglages des protections doivent être réalisés en fonction de la structure du

réseau, sans pour autant aboutir à des solutions dédiées qui nuiraient à la conduite des

réseaux. Dans le futur, la structure des réseaux de distribution ne pourra pas rester

constante et sera flexible (notion de « Smart networks »). Alors, afin d’avoir connaissance à

tout moment de l’architecture de réseau et pouvoir agir dans le réseau, il faudra utiliser des

liaisons de communication (lente). Comme proposé dans [Wan-05], on peut utiliser des

« agents » qui communiquent toujours entre eux. Les agents représentent des protections,

des GED, ou des équipements (comme les transformateurs de courant ou les disjoncteurs).

Les agents doivent envoyer les caractéristiques nécessaires à leur supervision. Les agents

des GED envoient alors leur statut (raccordé ou non raccordé), pendant que les agents des

équipements envoient leur disponibilité et leur statut (par exemple pour le disjoncteur :

ouvert/fermé). Les agents des protections échangent plus d’information ; ils communiquent

entre eux et, en plus, ils sont informés par les agents des GED et des équipements. Une

question lancée en ce moment est « combien de protections communiquent entre elles ? ».

Pour diminuer les coûts des liaisons de communication, on peut grouper chaque couple de

protections qui assurent le secours l’une pour l’autre [Wan-05]. Cette proposition nécessite

Système de protections novateur et distribué pour les réseaux Moyenne Tension du futur

40

une architecture de communication. La complexité d’un réseau, avec les plusieurs

configurations possibles, impose la complexité de décision au niveau de la protection sans

pour autant conduire à des temps de réaction augmentés (pas de dégradation des

performances actuelles). La protection doit prendre en compte tous les scénarios et doit

avoir un jeu de réglages pour chaque configuration.

Dans [Cou-00], il est proposé une solution pour une communication entre protections qui

s’appelle « Utility Intranet », créée sur la technologie de l’Internet actuel. Mais il y a un grand

risque quant à la sécurité du réseau et un risque de perte de la commande sur la

transmission. Celui-ci est produit par les limites des routeurs, qui perdent des informations

lorsque le réseau de communication est surchargé. Coury et les autres coauteurs précisent

l’importance de la possibilité de pouvoir classer les commandes transmises sur le réseau de

télécommunication et la vitesse de transfert nécessaire qui peut être plus rapide que 10 ms.

Ils proposent d’utiliser des agents d’opération (agent local qui mesure ou calcule des

grandeurs nécessaires pour l’interprétation de la condition du réseau), agent du statut du

disjoncteur et agent de coordination (qui collecte les informations, communique avec autre

agents de coordination et décide les commandes et réglages nécessaires). Chaque

protection a un jeu de trois agents, de mesure, d’état du disjoncteur et de commande. Dans

cet article, l’utilité des agents est présentée sur un système avec trois sources et départs et

une protection de distance sur chaque départ. La différence entre un système de protection

sans les agents de communication et un système avec agents est montrée en fonction de la

zone 1 commune à chaque protection de distance, sur laquelle chaque protection déclenche

instantanément. Cette zone est triplée, à l’aide des agents, de 20 km à 67 km (pour le cas

pris en exemple) - Figure I-19. Ainsi, grâce à la communication, les temps de déclenchement

sont plus courts.

Chapitre I : Contexte de l’étude

b

Figure I-19 a – Système de protection sans pilotage ; b – Système de protection

avec agents

Nous avons fait le choix de ne pas utiliser de communications rapides dans notre étude. Ces

communications peuvent avoir des erreurs, des délais d’envoi trop important ou tout

simplement être défaillantes. Même si la probabilité de défaillance des communications

rapides n’est pas très élevée, il faut s’assurer que les protections sont capables de

fonctionner sans communications rapides. Afin d’améliorer les performances des protections

et d’augmenter la rapidité d’isolation du lieu en défaut, des communications rapides peuvent

néanmoins être ajoutées. La décision sera faite suite à la différence entre les performances

obtenues avec et sans communication rapide et en fonction du prix.

Dans le document Système de protections novateur et distribué pour les réseaux moyenne tension du futur (Page 44-48)