Schéma électrique équivalent de la ligne - Comportement dynamique du réseau de La Rochelle

Chapitre 4 : Vers une analyse dynamique des réseaux

4.2. Comportement dynamique du réseau de La Rochelle

4.2.1. Schéma électrique équivalent de la ligne

Avant de procéder aux simulations électriques et à leur interprétation, il est nécessaire d’établir un schéma équivalent de la ligne de tramway adapté aux scénarii à étudier. Pour ce faire, nous adopterons une démarche universelle lors de chaque simulation de régime transitoire (ou permanent) sur la ligne. La Figure 4-15 illustre la démarche retenue :

Figure 4-15 : Etablissement d’un schéma équivalent pour une simulation électrique

A partir d’une première simulation d’un scénario, nous calculons la fréquence équivalente à sa dynamique. Cette fréquence est issue d’une approximation du régime de fonctionnement (cf. Annexe IV). Si la fréquence équivalente est différente de la fréquence initiale nous ayant servi à dimensionner le système de transmission (LAC ou ALISS), nous effectuons une nouvelle simulation en tenant compte de la nouvelle fréquence du système.

Mis à part le choix des matrices caractéristiques des lignes de transmission adaptées au régime de fonctionnement étudié, la construction du schéma électrique équivalent de la ligne de la Rochelle demande de s’attarder sur les modèles de ses éléments constitutifs. Nous détaillerons ainsi les points suivants dans les prochains paragraphes :

• modèle complet d’ALISS (intégrant les composants de puissance, l’électronique de contrôle et son système de transmission précédemment étudié, cf. chapitre 3) ;

• sous-station de traction (associée à son réseau AC amont et son transformateur) ; • matériel roulant (composé des chaînes de traction et des auxiliaires) ;

4.2.1.1. Modèle complet d’ALISS

Le schéma de puissance d’ALISS est donné Figure 4-16:

Figure 4-16 : Schéma de puissance d’un module ALISS

Figure 4-17 : Schéma de l’alimentation de l’électronique de commande

Les IGBTs utilisés sont du type EUPEC FZ1200R33KF2. Leur courant nominal est de 1200 A et leur tension d’isolement de 3300 V. Des études menées par David Frey au sein du Laboratoire d’Electrotechnique de Grenoble sur ces composants permettent d’estimer la capacité Coss (capacité entre les électrodes de puissance : drain et source) à environ 10 nF [FREY-03]. Les paramètres inductifs et résistifs de ces composants seront négligés devant les inductances propres et résistances des lignes de transmission. Par ailleurs, comme nous pouvons le noter sur le schéma de l’alimentation de l’électronique de commande des modules ALISS, le filtre d’entrée comporte une importante capacité connectée entre les deux feeders d’alimentation (750 V et 0 V). Son influence sera remarquée par la suite. Sous 750 V, la puissance consommée par l’électronique de commande est de 70 W.

4.2.1.2. Sous-station de traction

L’alimentation de la ligne d’essai de la Rochelle se fait via une seule sous-station, raccordée au réseau

AC amont par un transformateur Dyn. Les caractéristiques de la ligne AC et du transformateur sont données ci-après :

• réseau amont : U = 20 kV, P_cc = 142 MVA (Puissance de court-circuit) ;

• transformateur Dyn : 20 kV / 585 V, ucc = 7 % (tension de court-circuit réduite), S = 1 MVA (puissance apparente de dimensionnement).

Dans le cadre des simulations temporelles que nous allons effectuer, nous considérerons que les enroulements du transformateur sont parfaitement identiques et que les matériaux magnétiques ne sont pas saturés. Souhaitant nous focaliser uniquement sur le comportement dynamique du réseau continu, l’ensemble composé du réseau AC amont et du transformateur sera modélisé par une source de tension équivalente associée à une inductance LS par phase. Le détail des calculs est rappelé ci-après :

Grandeur Unité Description

m - Rapport de transformation

U_p V Tension composée, primaire du transformateur

U_s V Tension composée, secondaire du transformateur

X_p Ω Réactance équivalente du transformateur vue du primaire

Xs Ω Réactance équivalente du transformateur vue du secondaire

Lp H Inductance équivalente du transformateur vue du primaire

Ls H Inductance équivalente du transformateur vue du secondaire

Tableau 4-3 : Grandeurs utilisées pour la modélisation du réseau amont et du transformateur

Le rapport de transformation m est défini tel que :

s p p s

I

U

m= =

_{Équation 4-8}

Donc, le rapport des réactances vues du primaire et du secondaire s’écrit : p s

X

m² =

_{Équation 4-9}

La réactance équivalente du transformateur vue du primaire est composée de deux termes :

teur Transforma amont Réseau p

X X

X = +

_{Équation 4-10} Avec : cc p amont Réseau P U X 2 = _{Équation 4-11} S U u X_Transforma_teur _cc ^p 2 ⋅ = _{Équation 4-12}

L’application numérique donne XRéseau amont = 2,8 Ω et XTransformateur = 28 Ω. Notons au passage que Xp

est majoritairement conditionné par la réactance du transformateur : la puissance de court-circuit du réseau influe peu. La valeur de L_s se calcule ensuite aisément. A 50 Hz, nous avons L_s = 81,7 µH.

A partir des résultats obtenus, la Figure 4-18 présente le schéma équivalent de la sous-station de traction de la Rochelle :

Figure 4-18 : Sous-station de traction de la Rochelle

Les diodes du pont redresseur triphasé sont fournies par l’entreprise POWEREX® sous la référence RA20. Leur courant nominal est de 3600 A. Leur tension directe est de 1,15 V et leur résistance à l’état bloqué est de 50 kΩ [POWEREX-04].

Le disjoncteur utilisé est un disjoncteur ultrarapide du type ARC 812 [ALSTOM-99]. Sa modélisation est explicitée via les Figure 4-19 et Figure 4-20 :

Figure 4-19 : Circuit d’étude

Seuil de déclenchement : 2400 A

Retard de déclenchement : 2 ms

Tension d’arc : 1000 V

Durée de l’arc : 5 ms

Figure 4-20 : Comportement dynamique du circuit d’étude

Grâce à l’expertise d’ALSTOM sur le disjoncteur ARC 812, les données recueillies en laboratoire [ALSTOM-00] permettent de modéliser les phénomènes mis en jeu lors de fonctionnements dynamiques. Lorsque le courant I dépasse le seuil de déclenchement du disjoncteur (2400 A), le disjoncteur commence à ouvrir son contact électrique, après un délai de 2 ms. Une tension d’arc s’établit graduellement jusqu’à 1000 V, pendant 5 ms. L’arc électrique est maintenu jusqu’à ce que le courant du circuit s’annule.

4.2.1.3. Matériel roulant

Dans le cadre des simulations temporelles du réseau d’alimentation de tramway de la Rochelle, il n’est pas nécessaire de modéliser précisément les convertisseurs statiques. Les simulations que nous allons effectuer sont ciblées sur le comportement dynamique de la ligne ALISS lors de régimes normaux ou dégradés. Les chaînes de traction (onduleurs et motrices) seront ainsi modélisées comme des organes de puissance débitant un courant continu sans harmonique. Les convertisseurs statiques des auxiliaires du tramway seront également simplifiés, et seront représentés via leur puissance apparente [ALSTOM-98]. Les Figure 4-21 et Figure 4-22 donnent les schémas électriques équivalents retenus pour caractériser un tramway CITADIS 302.

Figure 4-21 : Schéma équivalent du tramway CITADIS 302

La platine court-circuiteur et le hacheur rhéostatique du tramway ne sont pas représentés car ils ne sont pas utiles dans les simulations réalisées.

Figure 4-22 : Schéma équivalent des auxiliaires du tramway CITADIS 302

Sous une tension de 750 V, les auxiliaires du tramway débitent un courant de 50 A.

Dans le document Modélisation d'un réseau électrique de tramway : du composant au système (Page 94-99)