CONTRIBUTION A L’AMELIORATION DE L’EFFICACITE ENERGETIQUE DU RESEAU ELECTRIQUE HTA 15kV D’ABOMEY-CALAVI PAR LA REDUCTION DES PERTES TECHNIQUES

(1)

UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI

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ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI

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DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE

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Option : Energie Electrique

POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION

Thème :

Présenté et soutenu le 14/03/2014 par :

Olivier BIA

Devant le jury composé de :

Président de jury : Docteur BADAROU Ramanou, Enseignant à l’EPAC Membres de jury :

1) Dr Robert HANGNILO, Enseignant à l’EPAC, Membre 2) M. Oswald ACCLASSATO, en service à la SBEE, Encadreur 3) M. Luc NASSARA, Enseignant à l’EPAC, Maître de mémoire

Année académique 2012-2013 6^èmePromotion

CONTRIBUTION A L’AMELIORATION DE L’EFFICACITE ENERGETIQUE DU RESEAU ELECTRIQUE HTA 15kV D’ABOMEY-CALAVI

PAR LA REDUCTION DES PERTES

TECHNIQUES

(2)

DEDICACES

Mémoire d’ingénieur de conception présenté par Olivier BIA v

Table des matières

Dédicaces ... viii

Remerciements ... vi

Résumé ... viii

Abstract ... ix

Liste des Figures ... x

Liste des Tableaux ... xii

Liste des annexes ... xiii

Liste des abréviations et acronymes ... xiv

INTRODUCTION GENERALE ... 1

Chapitre I: PRESENTATION DU CADRE D’ETUDE, DE L’ORGANISATION DU SYSTEME ELECTRIQUE D’ABOMEY-CALAVI ET DE LA PROBLEMATIQUE D’ETUDE ... 4

Introduction ... 5

1.1. Présentation de la structure d’accueil ... 5

1.1.1. Structure organisationnelle de la DRA ... 5

1.1.2. Missions et attributions ... 6

1.2. Configuration du réseau électrique de Calavi ... 7

1.2.1. Le poste de répartition de Godomey ... 7

1.2.1.1. Structure du poste ... 8

1.2.1.2. Système de protection ... 11

1.2.2. Le poste de répartition de Maria-Gléta ... 11

1.2.3. Le réseau HTA ... 13

1.2.4. Le réseau BT ... 14

1.2.5. Régime d’exploitation ... 15

1.3. Problématique d’étude et objectifs ... 16

1.3.1. Problématique ... 16

1.3.2. Objectifs ... 17

(3)

DEDICACES

Mémoire d’ingénieur de conception présenté par Olivier BIA vi

Conclusion ... 17

Chapitre II : LES PARAMETRES D’UNE LIGNE ELECTRIQUE ... 18

Introduction ... 19

2.1. La résistance linéique et la conductance ... 19

2.2.2. L’inductance ... 22

2.2.3. La capacitance ... 23

2.3. Impacts des pertes techniques sur la qualité de l’énergie ... 25

Conclusion ... 25

Chapitre III: ANALYSE ET MODELISATION DU RESEAU ELECTRIQUE 15KV DE CALAVI SOUS PSAT/Matlab ... 26

Introduction ... 27

3.1. Présentation de l’outil de simulation ... 27

3.2. Le système « per unit » ... 28

3.3. Modélisation des composants du réseau 15kV de Calavi sous PSAT ... 29

3.3.1. Modèle du transformateur... 31

3.3.2. Modèle des charges ... 33

3.1.3. Modèle des lignes ... 33

3.4. Hypothèses simplificatrices ... 34

3.5. Calcul des paramètres électriques de chaque départ ... 35

3.6. Edition du réseau d’étude ... 35

3.6. Simulation du réseau sous PSAT/Matlab ... 38

3.6.1. Validation du modèle utilisé ... 40

3.6.2. Analyse des résultats de simulation ... 40

Conclusion ... 45

Chapitre IV : OPTMISATION DE L’ECOULEMENT DE PUISSANCE ... 46

Introduction ... 47

4.1. Hypothèses d’optimisation de l’écoulement de puissance sur les réseaux de distribution d’énergie électrique ... 47

4.2. Etude de l’impact technique du passage en 20kV ... 48

(4)

DEDICACES

Mémoire d’ingénieur de conception présenté par Olivier BIA vii

4.3. Etude du renforcement du réseau ... 50

4.3.1. Dimensionnement des conducteurs et choix des sections économiques .. 50

4.3.1.1. Dimensionnement des conducteurs ... 50

4.3.1.1.1. Courant nominal ... 51

4.3.1.1.2. Courant de court-circuit ... 51

4.3.1.1.3. Prévision de charges ... 54

4.3.1.2. Choix des sections des conducteurs... 56

4.3.2. Simulation du réseau après renforcement ... 58

4.4. Etude de la compensation de l’énergie réactive sur le réseau renforcé ... 61

4.4.1. Le but de la compensation de l’énergie réactive ... 61

4.4.2. Bilan de puissance et dimensionnement des batteries de condensateurs .. 62

4.4.2.1. Bilan de puissance ... 62

4.4.2.2. Dimensionnement des batteries de condensateurs ... 63

4.4.3. Simulation du réseau compensé ... 65

4.4.3.1. Résultats de la simulation ... 66

Conclusion ... 71

Chapitre V: ETUDE DU COÛT ET DE LA RENTABILITE DU PROJET ... 72

Introduction ... 73

5.1. Valorisation énergétique et économique des pertes ... 73

5.2. Evaluation du coût d’optimisation du réseau ... 74

5.2.1. Inventaire du prix des éléments ... 74

5.2.2. Elaboration du devis estimatif ... 76

5.3. Rentabilité de la stratégie d’optimisation ... 78

5.4. Planification de l’exécution des travaux ... 78

Conclusion ... 79

CONCLUSION GENERALE ... 80

BIBLIOGRAPHIE ... 83

ANNEXES ... 86

(5)

DEDICACES

Mémoire d’ingénieur de conception présenté par Olivier BIA viii

Dédicaces

A vous cher papa Basile BIA et chère maman Martine LOKO qui m’avez inculqué les notions de travail bien fait et êtes battus d’arrache-pied pour m’accompagner jusque là, recevez ici le résultat de vos incommensurables sacrifices.

A vous mes frères et sœurs Franck, Luc, Laure et Pamela qui m’avez

toujours encouragé et soutenu, que ce mémoire soit pour vous un symbole

inouï de l’amour du travail

(6)

REMERCIEMENTS

Mémoire d’ingénieur de conception présenté par Olivier BIA vi

Remerciements

Après avoir rendu grâce à Dieu, tenter de satisfaire au difficile exercice de la page des remerciements peut être la tâche la plus ardue de notre fin de formation. Non qu'exprimer notre gratitude envers les personnes en qui nous avons trouvé un soutien soit contre notre nature, bien au contraire. La difficulté se tient plutôt dans le fait de n'oublier personne. C'est pourquoi, nous remercions par avance tous ceux dont les noms n'apparaissent pas dans cette page et qui nous ont aidés d'une manière ou d'une autre. Ils se reconnaîtront évidemment.

Tout d’abord nous adressons nos chaleureux remerciements à tous les enseignements et les techniciens du Département de Génie Electrique.

Nous tenons à remercier vivement :

Pr. Félicien AVLESSI, Directeur de l’EPAC ;

Dr. Clément BONOU, Directeur Adjoint de l’EPAC

Dr. François-Xavier FIFATIN, Chef du Département de Génie Electrique de l’EPAC;

M. Luc NASSARA, enseignant à l’EPAC, Maître de mémoire, pour sa disponibilité et la qualité de son encadrement tout au long de ce travail ; Dr. Ramanou BADAROU, enseignant à l’EPAC, spécialiste de la production et du transport de l’énergie électrique ;

Dr. Robert HANGNILO, enseignant et chercheur à l’EPAC ;

Dr. Vincent HOUNDEDAKO, spécialiste de la protection des réseaux électriques ;

Dr. Théophile HOUNGAN, enseignant à l’EPAC Dr. Léonard MONTEIRO, enseignant à l’EPAC M. Marius z. HOUNKPATIN, DG de la SBEE

(7)

REMERCIEMENTS

Mémoire d’ingénieur de conception présenté par Olivier BIA vii M. Camille KPOGBEMABOU, DG intérimaire de la SBEE

M. Claude ZIBO, Directeur Régional de l’Atlantique de la SBEE ;

M. Oswald G. ACCLASSATO, Directeur Régional Adjoint de l’Atlantique de la SBEE, notre encadreur, pour l’attention particulière accordée à notre sujet en nous servant de guide du début jusqu’à la fin de ce travail ;

M. Arouna OLOULADE, Chef Département Formation SBEE pour toute son aide et ses multiples conseils;

M. Ninon Joilleux AHOUDJINOU, pour son soutien et son aide ;

M. René SOTOMEY, Ingénieur Electrotechnicien à la DPME pour son implication personnelle dans la réalisation de ce projet ;

Tous les agents du Service Gestion Réseaux de la DRA ;

Ma grand-mère, mes oncles et tantes, mes cousins et cousines, pour leur soutien et leur assistance ;

M. Armel DAHANON, pour son soutien et son aide ;

Tous les camarades de la promotion 2008 pour l’atmosphère de travail enthousiasmée dans laquelle nous avions passé les cinq années de formation ;

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RESUME & ABSTRACT

Mémoire d’ingénieur de conception présenté par Olivier BIA viii

Résumé

Le but des présents travaux se rapporte à l’étude des pertes techniques dans le réseau de distribution électrique de la ville d’Abomey-Calavi. Ce réseau local est radial et fortement ramifié. L’augmentation du transit de puissance dans les lignes de ce réseau induit des pertes techniques et des chutes de tension intolérables. La résolution du problème ainsi posé passe nécessairement par l’évaluation desdites pertes techniques et chutes de tension et la mise en place de méthodes de renforcement et de reconfiguration du réseau. Notre étude a consisté à la modélisation et à la simulation du réseau HTA d’Abomey-Calavi par le logiciel PSAT/Matlab et a permis d’évaluer les pertes techniques et les chutes de tension en chaque nœud du réseau. Nous avons utilisé une stratégie d’optimisation de ces pertes et chutes de tension, basée sur le renforcement du réseau et la compensation de l’énergie réactive. Cela nous a permis de réduire considérablement les pertes techniques avec une chute de tension acceptable.

Mots-clés : pertes techniques, réseau de distribution électrique, chute de tension, reconfiguration.

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RESUME & ABSTRACT

Mémoire d’ingénieur de conception présenté par Olivier BIA ix

Abstract

The present work goal relates at the technical loss survey in the network of electric distribution of Abomey-Calavi city. This local area network is radial and greatly branched. The increase of the power transit in the lines of this network misleads the technical losses and the intolerable voltage drops. The resolution of the problem so calm pass necessarily by the assessment of the aforesaid technical losses and voltage drops and the setting up of methods of backing and reconfiguration of the network. Our survey consisted at the modeling and the simulation of the HTA network of Abomey-Calavi by the software PSAT/Matlab and permitted to value the technical losses and the voltage drops in every node of the network. We used a strategy of optimization of these losses and voltage drops, based on the backing of the network and the compensation of the reactive energy. It permitted us to reduce the technical losses considerably with an acceptable voltage drop.

Keywords: technical losses, electric distribution network, voltage drop, reconfiguration.

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LISTE DES FIGURES

Mémoire d’ingénieur de conception présenté par Olivier BIA x

Liste des Figures

Figure 1.1 schéma du poste de répartition de Godomey [7] ... 10

Figure 1.2 : schéma du poste de répartition de Maria-Gléta [7] ... 12

Figure 3.1 : fenêtre de PSAT ... 28

Figure 3.2 : Modèle de nœud et connecteur [17] ... 30

Figure 3.3 : Modèles des composants du réseau électrique de la bibliothèque PSAT-SIMULINK [17] ... 31

Figure 3.5 : modèle en pi d’une ligne ... 34

Figure 3.6 : modèle du réseau alimenté par le poste de Godomey ... 36

Figure 3.7: modèle du réseau alimenté par le poste de Maria-Gléta ... 37

Figure 3.7 : proportions des pertes de chaque départ ... 41

Figure 3.8 : Niveau de tension sur les tronçons du départ Calavi1 ... 42

Figure 3.9 : Niveau de tension sur les tronçons du départ Calavi2 ... 43

Figure 3.10 : Niveau de tension sur les tronçons du départ Ouidah1... 44

Figure 3.11 : Niveau de tension sur les tronçons du départ Togba ... 44

Figure 3.12 : Niveau de tension sur les tronçons du départ IITA ... 44

Figure 3.13 : Niveau de tension sur les tronçons du départ Kpota ... 45

Figure 4.1 : Comparaison en 15kV et 20kV des pertes (en kW) sur les départs 49 Figure 4.3 : Comparaison des pertes joules (en kW) sur les départs ... 59

Figure 4.4 : Evolution de la tension aux nœuds du départ Togba après renforcement ... 59

Figure 4.5 : Evolution de la tension aux nœuds du départ IITA après renforcement ... 60

Figure 4.6 : Evolution de la tension aux nœuds du départ Kpota après renforcement ... 60

Figure 4.7 : Evolution de la tension aux nœuds du départ Ouidah1 après renforcement ... 61

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LISTE DES FIGURES

Mémoire d’ingénieur de conception présenté par Olivier BIA xi

Figure 4.8: Principe de la compensation de l’énergie réactive [15] ... 63

Figure 4.9 : Comparaison des pertes sur les tronçons du départ Togba ... 66

Figure 4.10 : Comparaison des pertes sur les tronçons du départ IITA ... 67

Figure 4.11 : Comparaison des pertes sur les tronçons du départ Kpota ... 67

Figure 4.12 : Comparaison des pertes sur les tronçons du départ Ouidah1 ... 68

Figure 4.13 : Comparaison des tensions sur les tronçons du départ Togba ... 69

Figure 4.14 : Comparaison des pertes sur les tronçons du départ IITA ... 69

Figure 4.15 : Comparaison des pertes sur les tronçons du départ Kpota ... 70

Figure 4.16 : Comparaison des pertes sur les tronçons du départ Ouidah1 ... 70

(12)

LISTE DES TABLEAUX

Mémoire d’ingénieur de conception présenté par Olivier BIA xii

Liste des Tableaux

Tableau 1.1 : Les caractéristiques des départs du poste de Godomey ... 9

Tableau 1.2 : Les caractéristiques des départs du poste de Maria-Gléta ... 13

Tableau 2.1 : Les valeurs de et des matériaux usuels [8] ... 20

Tableau 2.2 : résistance en dc et ac des conducteurs du réseau d’étude à 34,05°C ... 22

Tableau 2.3 : les réactances longitudinale et transversales des conducteurs ... 24

Tableau 3.1 : Transit de puissances active et réactive et pertes joules sur les départs du poste de répartition de Godomey ... 38

Tableau 3.2 : Transit de puissances active et réactive et pertes joules sur les départs du poste de répartition de Maria-Gléta ... 39

Tableau 3.3 : Bilan de puissance sur le réseau 15kV de Calavi... 40

Tableau 4. 1: Puissances et courants de court-circuit [16] ... 52

Figure 4.2: courbes de l’évolution des sections des conducteurs en fonction du temps de court-circuit ... 53

Tableau 4.2 : Taux de charges des départs ... 55

Tableau 4.3 : section optimale du départ IITA ... 56

Tableau 4.4 : section optimale du départ Togba ... 57

Tableau 4.5 : section optimale du départ Kpota ... 57

Tableau 4.6 : section optimale du départ Ouidah1 ... 58

Tableau 4.8: Bilan de puissance et ... 62

Tableau 4.9 : Valeurs des la puissance des batteries à installer ... 64

Tableau 5.1 : Prix des batteries et des conducteurs ... 75

Tableau 5.2 : Inventaire des longueurs des conducteurs pour le renforcement .. 75

Tableau 5.3 : Devis estimatif du coût du projet ... 77

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LISTE DES ANNEXES

Mémoire d’ingénieur de conception présenté par Olivier BIA xiii

E P A C

Liste des annexes

Annexe 1 : Organigramme de la DRA ... 87 Annexe 2 : Facteur de proportionnalité ‘’K’’ entre Rdc et Rac, en fonction de x à la fréquence de 50Hz [9] ... 88 Annexe 3 : Permittivité relative de quelques isolants [16] ... 89 Annexe 4 : Paramètres calculés des départs du poste de Godomey ... 90 Annexe 5 : Les paramètres calculés de chaque départ du poste de Maria-Gléta 91 Annexe 6 : Les valeurs en p.u des départs du poste de Godomey (15kV) ... 92 Annexe 7 : Les valeurs en p.u des départs du poste de Maria-Gléta (15kV) .... 93 Annexe 8 : Les valeurs en p.u des départs du poste de Godomey (20kV) ... 94 Annexe 9 : Les valeurs en p.u des départs du poste de Maria-Gléta (20kV) .... 95 Annexe 10 : les pertes joules admissibles sur les tronçons des départs du poste de Godomey ... 96 Annexe 11 : Les pertes joules admissibles sur les tronçons des départs du poste de Maria-Gléta ... 97 Annexe 12: Transit de courant après 10 ans sur les tronçons des départs de du poste de répartition de Godomey ... 98 Annexe 13: Transit de courant après 10 ans sur les tronçons des départs de du poste de répartition de Maria-Gléta ... 99 Annexe 14: Catalogue des sections des conducteurs et leur courant maximal admissible en Ampères (A) ... 100 Annexe 15: Choix de batteries [12] ... 101 Annexe 16 : Valeurs des pertes sur les tronçons pendant les différentes étapes de la résolution du problème d’écoulement de puissance ... 102 Annexe 17 : Valeurs des chutes de tension après les différentes actions

correctives ... 104

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ABREVIATIONS ET ACRONYMES

Mémoire d’ingénieur de conception présenté par Olivier BIA xiv

E P A C

Liste des abréviations et acronymes

BT : Basse Tension

CEB : Communauté Electrique du Bénin CFA : Communauté Financière Africaine

DPME : Direction de la Production et des Mouvements d’Energie DRA : Direction Régionale de l’Atlantique

F : Farad H : Henry

HTA : Haute Tension catégorie A JDB : jeu de barres

km : kilomètre kV : kiloVolt

kVA : kiloVolt Ampère

kVAr : kiloVolt Ampère réactive m : mètre

mm²: millimètre carré MVA : méga Volt Ampère

MVar : méga Volt Ampère réactive S : Siemens

SBEE : Société Béninoise d’Energie Electrique TVA : Taxe à la Valeur Ajoutée

(15)

INTRODUCTION GENERALE

Mémoire d’ingénieur de conception présenté par Olivier BIA 1

E P A C

INTRODUCTION GENERALE

(16)

E P A C

L’énergie électrique est un facteur essentiel de développement et de l’évolution des sociétés humaines, que cela soit sur le plan de l’amélioration des conditions de vie des hommes ou sur le plan du développement des activités industrielles [1]. Le transfert de l’énergie électrique se fait grâce au réseau électrique. Ce dernier comporte trois parties que sont: les unités de production, le réseau de transport à haute tension, chargé de transporter l’énergie sur de grandes distances et d’assurer l’interconnexion entre les centrales de production puis les réseaux de distribution en moyenne et basse tension, chargés de livrer l’énergie aux utilisateurs.

Le transfert de l’énergie électrique des sites de production vers les centres de consommation génère des pertes qui résultent des transits d’énergie active et réactive sur le réseau électrique. De même, pendant la distribution une bonne partie de l’énergie est soit non vendue ou non facturée. L’ensemble de ces pertes représentent pour les gestionnaires de réseaux électriques de distribution un enjeu important. Ainsi, les pertes auxquelles doit faire face une société de distribution d’énergie électrique dans l’exploitation de ses réseaux sont-elles de deux sortes. Il s’agit des pertes techniques et des pertes non techniques.

Les pertes enregistrées sur le réseau électrique de la Société Béninoise d’Energie Electrique en 2011 et 2012 sont respectivement de 21,76% et 21,70%.

Chaque pourcentage de ces pertes coûte chaque année à la SBEE près d’un milliard de francs CFA.

Bien que les pertes techniques représentent un peu moins de 50% des pertes totales enregistrées sur l’ensemble du réseau électrique de la SBEE, leur étude et leur réduction sont indispensables en ce sens qu’elles contribuent non seulement à une diminution des recettes de la société mais également à une mauvaise qualité de l’énergie fournie aux consommateurs.

Le développement de la Commune d’Abomey-Calavi et ses environs fait augmenter son taux de desserte en énergie électrique chaque année. Par ailleurs,

(17)

E P A C

son réseau électrique se densifie avec de longs départs HTA et BT, sièges des pertes de puissance inadmissibles.

C’est dans le but de réduire les pertes techniques sur l’ensemble du réseau de distribution HTA de Calavi afin d’améliorer sa performance énergétique que s’inscrit le présent projet « Contribution à l’amélioration de l’efficacité énergétique du réseau électrique HTA 15kV d’Abomey-Calavi par la réduction des pertes techniques »

L’objectif de la présente étude est de mettre en œuvre une stratégie technique permettant de réduire les pertes joules dans les lignes de distribution et d’améliorer les chutes de tension observées sur le réseau. Cette étude sera organisée de la manière suivante :

Le premier chapitre de cette étude sera consacré à la présentation du cadre d’étude et du système électrique d’Abomey-Calavi et la pose de la problématique d’étude ;

Le second chapitre présentera les paramètres électriques d’une ligne électrique ;

Dans le troisième chapitre, nous ferons l’analyse et la modélisation du réseau électrique HTA 15kV de Calavi sous le logiciel PSAT/Matlab

Le quatrième chapitre fera l’objet de l’étude de l’optimisation de l’écoulement de puissance sur le réseau 15kV de Calavi ;

Et enfin, dans le cinquième chapitre nous parlerons du coût du projet et de sa rentabilité.

(18)

CHAPITRE I

E P A C

Chapitre I

PRESENTATION DU CADRE D’ETUDE, DE L’ORGANISATION DU SYSTEME

ELECTRIQUE D’ABOMEY-CALAVI ET DE LA

PROBLEMATIQUE D’ETUDE

(19)

CHAPITRE I

E P A C

Introduction

La Société Béninoise d’Energie Electrique (SBEE) est la seule société détentrice du monopole de la distribution de l’énergie électrique au Bénin. Afin d’être plus proche de la population et répondre de façon adéquate à ses besoins de fourniture en énergie électrique, la SBEE a subdivisé sa Direction Générale en Directions Régionales parmi lesquelles figure la Direction Régionale de l’Atlantique (DRA) au sein de laquelle nous avons effectué notre stage. C’est la DRA qui a en charge la supervision, la gestion et l’exploitation du réseau électrique d’Abomey-Calavi.

Comment se présente le réseau électrique de distribution d’Abomey-Calavi ? 1.1. Présentation de la structure d’accueil

1.1.1. Structure organisationnelle de la DRA

Créée en 1997 par le Directeur Général M. Da-MATHA Santana, la Direction Régionale de l’Atlantique est située dans le département de l’atlantique précisément dans la Commune d’Abomey-Calavi. Elle était au départ logée dans les bâtiments l’OBSS, lot 24. Avec l’arrivée du Directeur OSSENI Taoïdi, elle a été déplacée au quartier Aganmandin, immeuble GUINDEHOU en face de la CEB non loin de la mairie d’Abomey-Calavi, juste à côté de la BOA. La DRA compte quatre agences à savoir :

L’agence de Ouidah qui couvre les communes de Ouidah, Kpomassé et Tori-Bossito ;

L’agence d’Abomey-Calavi couvrant les communes de Sô-Ava et Calavi (sauf les arrondissements de Godomey et Hêvié) ;

L’agence de Godomey qui couvre les arrondissements de Godomey et Hêvié ;

L’agence d’Allada couvrant les communes d’Allada, Toffo et Zè.

(20)

CHAPITRE I

E P A C

1.1.2. Missions et attributions

Représentante de la SBEE auprès des autorités de la région, la Direction Régionale de l’Atlantique a pour mission d’exploiter les installations techniques et d’assurer la gestion commerciale dans la région. A ce titre, elle assure à travers ses Services et Agences :

l’exploitation directe et le fonctionnement des équipements de distribution de l’électricité ;

l’identification des besoins de renouvellement ou d’extension des systèmes de distribution de l’électricité ;

la maîtrise d’ouvrage déléguée et la surveillance des projets d’électricité de la région.

Par ailleurs, assistant la Direction Régionale dans l’exécution de ses tâches, la Direction Régionale Adjointe est garante du fonctionnement, de la surveillance et de la maintenance des équipements de production et de la distribution de l’électricité ou de la gestion administrative et financière de la région. Elle coordonne les activités des services Gestion des Réseaux et Dépannage. Ce sont dans ces services que nous sommes restés tout le long de notre stage.

Le Service Gestion des Réseaux comprend les sections Travaux Neufs et Maintenance HTA et BT. Quant au Service Dépannage, elle comprend les sections Dépannage chez abonnés et Dépannage HTA/BT. Ainsi, se présente en annexe 1, l’organigramme de la DRA.

(21)

CHAPITRE I

E P A C

1.2. Configuration du réseau électrique de Calavi

La Commune d’Abomey-Calavi est alimentée majoritairement en HTA (15kV) et en Basse Tension (380V/ 220V). Par ailleurs, quelques localités de la Commune (Akassato, Zinvié, Glo-Djigbé, Kpanrou) sont desservies en 20kV grâce à la sous-station d’Avakpa de la CEB. Cette frange du système électrique d’Abomey-Calavi est quasiment rurale avec des postes H61 (100kVA ou 160kVA).

Cependant, le réseau HTA 15kV est le plus étendu. C’est ce réseau qui dessert les zones urbaines et périurbaines de la commune. C’est sur cette partie du réseau électrique que se basera notre projet d’étude.

Le réseau HTA 15kV de Calavi est quasiment aérien et dispose de quelques départs aéro-souterrains alors que le réseau BT est essentiellement aérien.

L’énergie y desservie provient de deux postes :

Le poste de répartition 15kV de Godomey ; Le poste de répartition 15kV de Maria-Gléta

De ces postes, sont issus les différents départs HTA qui alimentent les postes privés des clients raccordés en Moyenne Tension et les postes publiques HTA/BT servant à alimenter des clients Basse Tension.

1.2.1. Le poste de répartition de Godomey

Le poste de Godomey sert d’interface entre le réseau de Calavi et celui de Cotonou. Il est alimenté par le poste C442 de Cotonou-Vèdoko (figure1.1) via deux arrivées dont l’une aérienne (le 20A aérien) et l’autre souterraine (le 20A souterrain). Ces arrivées sont issues respectivement des transformateurs de puissance T6 et T3 du poste source 161/63/15kV de la CEB à Vèdoko.

(22)

CHAPITRE I

E P A C

1.2.1.1. Structure du poste

Le poste de Godomey dispose de deux rames alimentées chacune par une arrivée. En effet, le 20A aérien dessert la rame1 alors que la rame2 est alimentée par le 20A souterrain. Nous avons six (06) départs dans le poste repartis équitablement sur les deux rames.

La rame1 dessert les départs :

Vers usine de clou, C236 Vers C106, Peace & Love, Ouidah1 ;

Vers Calavi1, Carrefour IITA, SONEB, Carrière Godomey ; Quant à la rame2, elle dessert les départs :

Ouidah2 (AEFI) ;

Vers Calavi2, Prefa RCC ; Vers CEG Nokoué

Les sections des conducteurs des différents départs sont variées (tableau 1.1).

Les artères principales sont en câbles aluminium 93mm² et 148 mm². Les câbles souterrains sont en almélec 240 mm² et les dérivations sont en aluminium 75,5 mm², 54,6mm² ou 35mm². Le tableau 1.1 ci-dessous résume les informations techniques des départs du poste de répartition de Godomey.

(23)

CHAPITRE I

E P A C

Tableau 1.1 : Les caractéristiques des départs du poste de Godomey

Départs Câbles ou lignes

Longueur principale

(m)

Nombre de dérivations

Longueur des dérivations

Longueur totale (m)

Puissance installée

(kVA) Calavi1

148 Al 6458 15 5024 11482 8200

3×1×240 Alm 642 - - 642 160

Calavi2

148 Al 9826 14 1950 11776 2920

3×1×240 Alm 674 - - 674 -

Ouidah1 93Al 11859 36 18132 29991 16940

Ouidah2 Alm 3×1×240 767 - - 767 1880

Vers

C236 Alm 3×1×240 881 - - 881 1250

Vers

Nokoué Alm 3×1×240 366 - - 366 -

Total 31437 65 25106 55812 30350

Les deux rames disposent d’un disjoncteur de couplage qui est ouvert en fonctionnement normal. Ce disjoncteur permet de basculer les départs d’une rame sur l’autre en cas de panne ou de maintenance sur l’une des arrivées. Le schéma synoptique du poste est représenté à la figure 1.1

(24)

CHAPITRE I

Figure 1.1 schéma du poste de répartition de Godomey [7]

(25)

CHAPITRE I

E P A C

1.2.1.2. Système de protection

Comme mentionnée sur la figure 1.1 ci-dessus, le poste dispose d’une protection numérique par relais MICOM P122 et P127. Ces relais protègent les départs contre les courts-circuits, les surtensions et les surintensités de manœuvres ou des perturbations atmosphériques. Les transformateurs de courant (400/5A) et de potentiel (15000/100V) installés sont utilisés pour l’obtention du signal de protection et de mesure par la transformation des valeurs élevées de courants et tensions en des valeurs normalisées mesurables par les appareils de mesure et de protection.

1.2.2.

Le poste de répartition de Maria-Gléta

La ville d’Abomey-Calavi est également alimentée depuis juillet 2009 par le poste source de la CEB à Maria-Gléta avec un transformateur 161/15kV- 19 MVA qui dessert 4 départs (voir figure 2.2) dont :

Le départ 11 (vers Togba) ; Le départ 12 (vers IITA) ;

Le départ 21 (vers Calavi Kpota) ; Le départ 22 (Réserve)

Le poste a été créé afin de faciliter la disponibilité et la fourniture de l’énergie aux populations de Calavi et ses environs. La figure 1.2 montre que le poste dispose d’un sectionneur de ligne, d’un sectionneur de terre et des dispositifs de mesures et de protection. En effet, tous les départs du poste sont dotés de protection numérique par relais MICOM.

(26)

CHAPITRE I

E P A C

Figure 1.2 : schéma du poste de répartition de Maria-Gléta [7]

(27)

CHAPITRE I

E P A C

Tous les départs issus du poste de Maria-Gléta sont aériens. Les sections des lignes sont également diverses. Les artères principales sont en aluminium 148mm² ou 117 mm² et les dérivations en aluminium 75,5 mm² ou 54,6 mm² et en cuivre 50mm². Cependant les zones desservies par ses départs sont quasiment rurales. Ce qui fait que même certaines artères de plusieurs kilomètres sont en lignes de sections très petites (75,5 mm² et 54,6 mm²). Ceci étant, on note un échauffement supplémentaire dû au dépassement de la capacité de transit desdites lignes. Le tableau 2.1 ci-dessous présente le bilan de puissance ainsi que le détail sur les longueurs et les sections des lignes.

Tableau 1.2 : Les caractéristiques des départs du poste de Maria-Gléta

Départs Lignes principale

Longueur principale

(m)

Nombre de dérivations

Longueur des dérivations

Longueur totale (m)

Puissance installée

(kVA)

Vers Togba 148 Al 5639 8 38523 44162 5050

Vers IITA 117 Al 3267 5 19866 23133 9800

Vers Kpota 148 Al 5632 12 39783 45415 18690

Total 14538 25 98172 112810 33540

1.2.3. Le réseau HTA

Le réseau HTA 15kV de Calavi comprend deux (02) postes de répartition (Godomey et Maria-Gléta). De ces postes, sont issus les différents départs HTA.

Le réseau de distribution HTA est en majorité de type aérien et constitué en grande partie de câble en almélec. Sa configuration est de type radial avec des dérivations vers les postes de distribution HTA/ BT. Cependant quelques départs sont bouclés afin de permettre une continuité de service en cas de panne ou de maintenance. En effet, les départs vers Togba et vers Tankpè de Maria-Gléta sont respectivement bouclés sur les départs vers Oudah1 et vers Calavi1 de

(28)

CHAPITRE I

E P A C

Godomey. Le réseau HTA d’Abomey-Calavi comprend environ 246 postes de transformation HTA/BT réparties en trois groupes à savoir :

les postes publics ; les postes privés ; les postes mixtes.

Les Interrupteurs Aériens à Commande Manuelle (IACM) constituent les principaux organes de coupure dans le réseau HTA. Ils servent à isoler une partie du réseau en vue d’une intervention en aval de l’IACM. Ils permettent aussi de basculer un certain nombre de postes de distribution d’un départ sur un autre : il s’agit des points de bouclage qui sont ouverts en régime de fonctionnement normal. Certains postes sont alimentés en coupure d’artère avec des cellules HTA comme organe de coupure et de manœuvres.

Les transformateurs de distribution HTA/ BT (15/0,4kV) sont de type H61 de puissance 100 ou 160kVA ou de type en cabine de puissance 250, 400, 630, ou 1250kVA. Il y a quelques postes préfabriqués. Les postes H61 s’accrochent en haut des poteaux et les postes en cabine sont alimentés soit par des descentes aéro-souterraines HTA soit par des départs souterrains HTA.

1.2.4. Le réseau BT

Le réseau basse tension (incluant les branchements) est le dernier maillon du système électrique de distribution d’électricité. Il a pour finalité de desservir la totalité des consommateurs jusqu’au point de livraison qui constitue la frontière entre les installations intérieures (du domaine privé) et les ouvrages entrant dans la concession et comprenant : le système de comptage, le branchement, le réseau BT et le poste HTA/BT.

Le réseau de distribution basse tension est en câble autoporté de section 3x50mm²(ou 3x70mm²) +1x54,6mm² + 2x16mm² et 3×95mm² + 1x70mm² +

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CHAPITRE I

E P A C

2x16 mm² et sert au branchement des clients monophasés ou triphasés et à l’éclairage public à l’exception d’une faible proportion de vieux réseaux BT sur conducteurs nus. Il est porté par des poteaux bois 9-190 daN ou poteaux béton 9-200 daN de classe A en alignement et 9-650 daN en arrêt et en angle. Une partie du réseau BT est portée par les mêmes supports que le réseau HTA.

La sortie BT des transformateurs HTA/BT est raccordée à un disjoncteur BT en vue d’assurer la protection contre les surcharges et les défauts de court- circuit. Une terre de masse est prévue par les normes au niveau de l’emplacement de transformateur. La terre du neutre est reportée au moins à 8m du lieu d’implantation de la terre des masses du transformateur afin d’éviter les couplages électromagnétiques.

1.2.5. Régime d’exploitation

Il existe deux régimes d’exploitation: le régime normal et le régime normal-secours. Le régime normal est le mode d’exploitation selon le schéma d’exploitation normale sans panne sur aucun départ. Ce régime est le plus souvent perturbé par des travaux de maintenance fréquents et des pannes. Ainsi la configuration d’exploitation est-elle constamment modifiée [4].

Le régime normal-secours intervient lorsque pour raison de panne ou de travaux sur un départ dénommé x, on reprend l’alimentation de ce départ par un autre dénommé y. Le régime normal-secours entraîne un report de charges sur le départ de secours qui voit ainsi ses caractéristiques (résistance, réactance, longueur, etc.) modifiées. Il faut alors s’assurer que les protections puissent supporter ce report de charge. Il existe plusieurs cas de figures en fonction de la configuration du réseau. A Calavi, quelques départs HTA sont alors bouclés afin de répondre au régime normal-secours. De même, le poste C532 permet de réalimenter Calavi via le départ Agla en cas d’indisponibilité des arrivées 20A.

(30)

CHAPITRE I

E P A C

1.3. Problématique d’étude et objectifs 1.3.1. Problématique

La commune d’Abomey-Calavi connait une croissance démographique très élevée ces dernières années. Ainsi, la demande en énergie électrique dans cette commune ne cesse d’augmenter. Les efforts pour l’extension du réseau afin de satisfaire les populations conduisent à la création de longs départs HTA et BT. Le réseau devient alors de plus en plus dense et son exploitation plus complexe. Ceci a pour conséquence une augmentation du transit de puissance dans les câbles des artères principales et un accroissement des pertes joules et des chutes de tension hors normes. Ce phénomène crée de sérieuses perturbations non seulement aux consommateurs mais aussi au gestionnaire du réseau :

endommagement du matériel électrique ; instabilité du réseau ;

faible rendement du réseau [3].

Par ailleurs, une étude générale réalisée sur le réseau de la SBEE en 2011 a évalué les pertes d’énergie à 21,76% environ [2]. Ces pertes sont de deux sortes : techniques et non techniques.

Les pertes techniques sont dues non seulement à la configuration et à l’exploitation du réseau mais aussi aux paramètres électriques des différentes composantes du réseau. Ces pertes sont celles qui influencent beaucoup sur la qualité de l’énergie desservie aux consommateurs. La dégradation de la tension à certains nœuds du réseau et les valeurs des chutes de tension enregistrées sur le réseau électrique d’Abomey-Calavi montrent à quel point les pertes de puissance en ligne sur ce réseau sont énormes.

Il revient alors à la SBEE de procéder en un premier temps à une évaluation des pertes techniques sur son réseau à Abomey-Calavi et dans un

(31)

CHAPITRE I

E P A C

second temps à un renforcement voire une restructuration du réseau afin de diminuer les pertes techniques et améliorer le rendement global du système et par suite une réduction des chutes de tension. C’est pourquoi afin d’aider la SBEE à trouver un optimum technico-économique pour l’exploitation rentable de son réseau 15kV d’Abomey-Calavi, nous avons choisi de réfléchir sur le thème intitulé : « Contribution à l’amélioration de l’efficacité énergétique du réseau électrique HTA 15kV d’Abomey-Calavi par la réduction des pertes techniques »

1.3.2. Objectifs

La présente étude vise à améliorer la qualité de service et le rendement du réseau de distribution d’Abomey-Calavi. Elle permettra de façon spécifique à :

optimiser l’écoulement de puissance sur le réseau de distribution de Calavi ;

résoudre le problème de chutes de tension en maintenant les tensions aux nœuds dans les limites de tolérances ;

Conclusion

Dans ce premier chapitre il y a été question d’une brève présentation de l’état électrique du réseau d’Abomey-Calavi et de notre problématique d’étude.

Avant d’aborder la ligne droite de la résolution du problème posé, il sera nécessaire de présenter d’abord les différents types de pertes dans les réseaux de distribution d’énergie électrique et d’inventorier les éléments facilitateurs des pertes dites techniques.

(32)

CHAPITRE II

E P A C

Chapitre II

LES PARAMETRES D’UNE LIGNE

ELECTRIQUE

(33)

CHAPITRE II

E P A C

Introduction

Les grandeurs électriques qui caractérisent les lignes de transport et de distribution d’électricité sont : la résistance, l’inductance, la capacitance et la conductance. Elles dépendent en général de la nature des conducteurs, des propriétés géométriques des lignes (dimension des conducteurs, leur écartement, etc.) et de l’environnement (température, pluie, proximité d’autres conducteurs, etc.). Les constantes caractéristiques d’une ligne sont déterminées par unité de longueur. Elles sont mesurées respectivement en ohms, henry, farads et siemens par kilomètre. Pour les lignes triphasées, elles sont données par phase et définies par rapport à un conducteur neutre imaginaire.

2.1. La résistance linéique et la conductance

La résistance d’un conducteur en courant alternatif et à la température de service est déterminée à partir de la résistance en courant continu. En effet, la résistance effective d’une ligne est le rapport entre la puissance et le carré du courant le traversant :

R = P

I (2.1)

R : la résistance linéique du conducteur en /km P : la puissance linéique perdue en W/km

I : le courant efficace traversant le conducteur en A

Par ailleurs, la résistance d’un conducteur en courant continu à la température de service (en °C) s’exprime en fonction de celle à 20°C par la formule :

R = R (1 + ) (2.2)

Avec R = . (2.3)

(34)

CHAPITRE II

E P A C

20 (2.4)

R : la résistance à la température de service R : la résistance à 20°C

: la résistivité du matériau à 20°C

: le coefficient de dilatation thermique du conducteur à 20°C : la longueur du conducteur

: la variation de température

Le tableau 2.1 présente les valeurs de et pour quelques matériaux utilisés dans la construction des lignes électriques.

Tableau 2.1 : Les valeurs de et des matériaux usuels [8]

Matériaux (× 10 . m) (°C )

Fer 10 0,0038

Cuivre 1,77 0,00382

aluminium 2,83 0,0039

Argent 1,59 0,0038

acier 12 à 88 0,001 à 0,05

Dans un conducteur parcouru par un courant alternatif, la densité de courant n’est pas uniforme ; mais elle est plus élevée à la périphérie qu’au centre du conducteur. Ce phénomène d’origine électromagnétique est appelé effet de peau ou effet Kelvin. D’autre part, lorsque plusieurs conducteurs alimentés en

(35)

CHAPITRE II

E P A C

courant alternatif sont placés à proximité, des phénomènes d’induction provoquent également un déséquilibre de la répartition de la densité de courant : c’est l’effet de proximité. Ces deux effets se traduisent par une augmentation de la résistance des conducteurs. Ainsi, la résistance en courant alternatif est proportionnelle à celle en courant continu [9]. Elle est alors définie par :

R = K. R (2.5)

Avec R : la résistance en courant alternatif ; R : la résistance en courant continu ;

« K » est le coefficient de proportionnalité dont quelques valeurs sont présentées dans le tableau en annexe 2 en fonction du facteur x. Ce dernier est fonction de la fréquence d’utilisation et de la perméabilité magnétique du matériau et est définie par la relation :

x = 5,012346. 10 . f.

R (2.6)

f : la fréquence du courant alternatif

: la perméabilité magnétique relative du matériau, généralement 1 pour les matériaux non ferromagnétiques

La conductance est l’inverse de la résistance. Il en est de même pour la conductivité qui est l’inverse de la résistivité. La conductance s’exprime en Siemens par kilomètre (S/km). Sa formule est :

G = 1

R (2.7)

Les conducteurs des lignes du réseau étudié sont en aluminium ou en cuivre. La température maximale moyenne à Calavi est autour de 34,05°C [11].

(36)

CHAPITRE II

E P A C

Avec les données du tableau 2.1 ci-dessus et les formules (2.2), (2.3),(2.4) et (2.5), nous avons établi le tableau des valeurs des résistances en courant continu et en alternatif des conducteurs à la température maximale ambiante de notre zone d’étude.

Tableau 2.2 : résistance en dc et ac des conducteurs du réseau d’étude à 34,05°C

Conducteurs Section (mm²) R ( /km) R ( /km)

Aluminium

54,6 0,5467 0,5469

75,5 0,3953 0,3955

93 0,3210 0,3212

117 0,2552 0,2555

148 0,2017 0,2021

Cuivre 50 0,3553 0,3555

2.2.2. L’inductance

L’inductance est la propriété du conducteur à s’opposer à la variation du courant qui le traverse. Elle se manifeste par le fait que chaque variation du courant, induit dans le conducteur une force contre- électromotrice.

Dans le calcul des lignes électriques, on suppose que l’inductance est linéaire et elle est définie comme le quotient du flux magnétique par le courant, où le flux est celui embrassé par le courant. Que cela soit une ligne aérienne ou un câble souterrain, l’inductance tient compte de la géométrie et de la disposition des conducteurs. Elle s’exprime en Henry par kilomètre (H/km). On

(37)

CHAPITRE II

E P A C

peut calculer avec une précision satisfaisante l’inductance linéique des lignes de distribution HTA par les formule :

L = 2 × 10 ln GMD

GMR (2.8)

GMD et GMR représentent respectivement la distance géométrique moyenne des trois conducteurs et le rayon géométrique moyen d’un conducteur

Où GMR = re (2.9)

GMD = d d d (2.10)

Avec e 0,7788nous pouvons écrire la formule (2.6) sous la forme :

L = 2 × 10 ln d d d

0,7788r (2.11)

Dans le cas des câbles souterrains, il faut distinguer les câbles tripolaires avec une seule gaine et les câbles unipolaires possédant chacun sa gaine. Pour les câbles triphasés unipolaires, utilisés dans le réseau étudié, la réactance inductive linéique est donnée par la relation suivante :

X = 0,1735 f 60 log

d d d

0,7788r (2.12)

2.2.3. La capacitance

Dans un système triphasé, il y a des capacités entre les lignes et la terre, mais également entre ligne. L'objectif est de synthétiser le tout dans une seule capacité "moyenne" C égale pour les trois lignes :

C = ln (2.13)

(38)

CHAPITRE II

E P A C

Où C : désigne la capacité de la ligne

: la permittivité du vide (8,85 × 10 F/km) : la permittivité relative du diélectrique (annexe 3)

Pour les câbles souterrains, la capacité linéique dépend du facteur géométrique G [8]. Elle est définie par la formule :

C = 0,055.

G (2.14)

Avec G = 2,303 log (2.15)

Où r : le rayon intérieur de la gaine de plomb d: le diamètre du conducteur

Pour notre étude nous avions évalué l’inductance et la capacité des conducteurs en fonctions des différentes sections. Le tableau 2.2 ci-dessous présente ces paramètres de même que les réactances longitudinale et transversale de ces conducteurs.

Tableau 2.3 : les réactances longitudinale et transversales des conducteurs Section

(mm²)

GMR

(mm) L(H/km) × 10 C( F/km) X ( /km) Y(S/km) × 10

54,6 3,2468 1,1209 0,0104 0,3521 3,2622

75,5 3,8177 1,0885 0,0107 0,3420 3,3640

93 4,237 1,0676 0,0109 0,3354 3,4330

117 4,753 1,0447 0,01118 0,3282 3,5122

148 5,346 1,0211 0,01145 0,3208 3,5972

50 Cu 3,107 1,130 0,01030 0,3550 3,2356

(39)

CHAPITRE II

E P A C

2.3. Impacts des pertes techniques sur la qualité de l’énergie

Bien entendu que quand on parle de pertes on pense directement à l’énergie non vendue ou aux recettes financières. Certes les pertes techniques, généralement les pertes joules en ligne, influencent beaucoup sur la qualité de l’énergie sur le réseau en aval notamment les consommateurs en bout de ligne.

Ces derniers sont limités dans l’utilisation de leurs appareils. Ces pertes engendrent des chutes de tension en certains nœuds du réseau.

Cependant, le gestionnaire du réseau de distribution est appelé à mettre en œuvre des actions pour permettre aux consommateurs d’avoir une tension dans les plages requises (±5% de la tension souscrite) afin d’utiliser convenablement leurs équipements. Ainsi, un recours à une source d’énergie compensatrice revient alors nécessaire afin de recouvrir la demande.

Notons également que les déséquilibres entre phase aussi ont une part non moins importante sur l’échauffement des conducteurs. En effet, les conducteurs des phases les plus chargées sont soumis à des échauffements excessifs.

Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons présenté les différents types de pertes observées sur un réseau de distribution d’énergie électrique. Un accent particulier a été mis sur les pertes techniques qui tiennent lieu d’étude dans ce mémoire.

(40)

CHAPITRE III

E P A C

Chapitre III

ANALYSE ET MODELISATION DU RESEAU ELECTRIQUE 15KV DE

CALAVI SOUS PSAT/Matlab

(41)

CHAPITRE III

E P A C

Introduction

Le réseau électrique est constitué du réseau de production, de transport et de distribution. L’analyse du comportement d’un tel système est très complexe.

Ainsi, pour étudier le comportement d’un réseau d’énergie électrique, faudra-t-il recourir à des modèles plus simples et représentatifs de chacun de ses constituants.

Dans ce chapitre, il sera question de présenter le modèle des différents constituants d’un réseau de distribution d’énergie électrique et leur paramétrage sous PSAT/Matlab.

3.1. Présentation de l’outil de simulation

PSAT est un ‘toolbox’ (bibliothèques spécialisées) de Matlab pour le contrôle et l’analyse statique et dynamique des systèmes électriques de puissance. Il contient plusieurs modules d’analyse et de simulation comme :

le module d’écoulement de puissance <PF> ;

le module d’écoulement de puissance en continu <CPF> ; le module de répartition optimale de charges <OPF> ; le module d’analyse de la stabilité du réseau ;

le module d’étude du comportement dynamique du réseau électrique.

En plus des algorithmes mathématiques et modèles, PSAT inclut une variété d’outils supplémentaires, comme suit :

des interfaces utilisateurs graphiques très conviviales ;

une bibliothèque Simulink des composants de réseau électrique ;

(42)

CHAPITRE III

E P A C

un outil de conversion des données dans d’autres formats ; un éditeur de modèle utilisateur ;

un usage de la ligne de commande de MATLAB.

Une fois PSAT lancé, toutes les structures nécessaires à la bibliothèque spécialisée seront créées et la fenêtre principale s’ouvrira.

Figure 3.1 : fenêtre de PSAT

3.2. Le système « per unit »

La principale difficulté de la modélisation réside dans les différents niveaux de tension qui existent dans un réseau. Le système « Per Unit » est un système de grandeurs réduites qui permet à l'ingénieur électricien d'avoir constamment à l'esprit des ordres de grandeurs relatifs de certains

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CHAPITRE III

E P A C

paramètres indépendamment des niveaux de tension et de puissance. De plus, l'utilisation de ce système simplifie certaines formules et schémas équivalents.

En particulier, un bon choix initial permet de s’affranchir de la présence des transformateurs idéaux et la formulation se ramène à l’étude de circuits monophasés. Ce système associe, à une variable quelconque « », une valeur de base « base » et la compare à sa valeur ‘vraie’ « vraie » de manière à l’exprimer dans un système adimensionnel « pu » (ou en % de sa valeur de base) dont les ordres de grandeur sont bien connus.

3.3. Modélisation des composants du réseau 15kV de Calavi sous PSAT

Les modèles utilisés par les ingénieurs pour résoudre les problèmes se doivent de s’adapter le plus possible aux problèmes posés. Les éléments essentiels dont on tiendra compte dans la modélisation d’un réseau de distribution électrique sont les jeux de barres représentés par des nœuds, les transformateurs, les lignes, les charges et une source.

Chaque nœud du réseau électrique est caractérisé par quatre variables : P , Q , V , . Si nous connaissons deux des quatre variables en chaque nœud, nous pouvons déterminer les deux autres. En pratique, le problème se pose autrement. Pour cela il faut classifier les nœuds du réseau électrique de puissance comme suit :

- nœuds charges (PQ) : Pour ce type de nœuds, on associe généralement les charges. Ces dernières sont caractérisées par la consommation des puissances active et réactive. On peut aussi associer des générateurs avec des puissances active et réactive fixées. Les variables à déterminer sont le module et la phase de la tension.

- nœud générateur (PV) : Pour ce type de nœuds, on associe les centrales de production. On spécifie la puissance active et le module de la tension. La puissance active et la tension sont considérées connues. Les variables à

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CHAPITRE III

E P A C

déterminer sont la phase de la tension et la puissance réactive ; la production de l’énergie réactive est limitée par des valeurs inférieures et supérieures, Q et Q respectivement. Si l’une des deux limites est atteinte, la valeur se fixe à cette limite et la tension se libère, le nœud devient alors un nœud (PQ).

- nœud bilan (slack bus): c’est un nœud connecté à un générateur relativement puissant ; il est considéré dans le calcul d’écoulement de puissance afin de compenser les pertes actives et assurer l’égalité entre la demande et la génération de la puissance active. Dans un nœud bilan, l’amplitude et l’angle de la tension sont supposés connus.

En résumé, le problème se pose sous la forme :

Tableau 3.1 : Différents types de nœud et les variables associées Types de nœuds Données Inconnues Nombre

Nœud bilan , , 1

Nœud de tension , , p

Nœud de charge , , n-p-1

Les modèles de nœud offerts par PSAT sont présentés sur la figure 3.1 :

Figure 3.2 : Modèle de nœud et connecteur [17]

(45)

CHAPITRE III

E P A C

Les modèles de la bibliothèque PSAT-SIMULINK qui permettent de modéliser les différents composants d’un réseau électrique sont présentés par la figure 3.2 :

Figure 3.3 : Modèles des composants du réseau électrique de la bibliothèque PSAT-SIMULINK [17]

3.3.1. Modèle du transformateur

Pour paramétrer un transformateur, PSAT utilise le modèle électrique du transformateur décrit sur la figure 3.4 :

(46)

CHAPITRE III

E P A C

Figure 3.4 : Modèle électrique du transformateur

, : résistances des enroulements primaire et secondaire du transformateur ; , : réactances de l’enroulement primaire et secondaire du transformateur ; , : courants dans les enroulements primaire et secondaire ; , : tensions dans les enroulements primaire et secondaire ; : admittance du transformateur et : rapport de transformation.

R = R + m R et X = X + m X [2] (3.1) m = ^{| |}_{| |} = ^{| |} [2] (3.2) Les paramètres d’un transformateur sont

la puissance apparente de base en MVA, la tension de base en kV (la tension primaire du transformateur) et la fréquence en Hz du transformateur ;

le rapport de transformation (tension primaire/tension secondaire) ; la résistance du transformateur en p.u ;

la réactance du transformateur en p.u.

- Les paramètres essentiels d’une charge sont:

la puissance apparente de base en MVA, la tension de base en kV ; les puissances active et réactive en p.u.

(47)

CHAPITRE III

E P A C

3.3.2. Modèle des charges

Couramment, deux modèles des charges sont utilisés en vue de l’étude qu’on y veut faire. Il s’agit du modèle dynamique et du modèle statique.

La modélisation dynamique est la plus complexe. Pour ce type de modélisation, la puissance consommée par la charge est une fonction de la tension et du temps. Le modèle dynamique est beaucoup plus utilisé pour l’analyse et l’étude de la stabilité transitoire.

Quant au modèle statique, il tient compte des puissances active et réactive en un nœud. Ce modèle est le mieux adapté pour l’étude d’écoulement de puissance. C’est ce modèle que nous avons utilisé dans ce mémoire où l’ensemble des puissances (P) active et réactive (Q) supposées constantes consommées en un nœud représentera la charge de ce dernier.

3.1.3. Modèle des lignes

La représentation complète d’une ligne impliquerait trop de paramètres pour permettre une solution rapide à des problèmes particuliers.

On se doit donc de simplifier le plus possible les modèles en tenant compte des symétries et des diverses conditions d’application. Ainsi, en HTA il est nécessaire dans les modèles de câbles de tenir compte de la capacité linéique, de la réactance longitudinale et des pertes joules.

Le modèle mathématique d’une ligne aérienne ou souterraine peut, pour des longueurs de lignes pas trop élevées (l 100 km) et à la fréquence du réseau, être représenté sous la forme d'un schéma ‘ ’ (figure 3.3). Ce schéma en ‘ ’ possède une impédance longitudinale comprenant la résistance linéique et la réactance linéique de la ligne et deux admittances transversales d'extrémité représentant chacune la moitié de la susceptance totale. Ce schéma se met donc sous la forme :

(48)

CHAPITRE III

E P A C

Figure 3.5 : modèle en pi d’une ligne 3.4. Hypothèses simplificatrices

Au cours de notre d’étude, certaines suppositions ont été faites afin d’éviter les détails qui n’apporteraient aucune précision sur les résultats. Ainsi, pour modéliser le réseau, certaines considérations ont été faites :

en fonction de la densité des charges en milieu urbain, nous avons considéré comme tronçon toute ligne de longueur comprise entre 1 et 2km.

Quant à la zone rurale où on peut faire plus de 4km sans un transformateur, les lignes sont prises en compte comme telle ;

tous les transformateurs d’un tronçon ont été regroupés et représentés par un transformateur unique placé en bout du tronçon ;

Ne connaissant pas avec précision la puissance réelle tirée par chaque transformateur, la charge sera représentée par les transformateurs. Pour déterminer les puissances active et réactive au niveau de chaque poste de transformation, nous avons utilisé le facteur de puissance et le taux de charge du départ ;

(49)

CHAPITRE III

E P A C

3.5. Calcul des paramètres électriques de chaque départ

A partir des hypothèses sus-émises, nous avons simplifié le réseau d’étude. Avec les valeurs des paramètres des conducteurs présentés dans le tableau 2.3, nous avons calculé et mis en annexes 4 et 5, les paramètres (résistance linéique, les réactances inductive et capacitive) des tronçons de tous les départ des deux postes.

3.6. Edition du réseau d’étude

Pour simplifier les calculs, nous avons choisi les grandeurs de base suivantes :

la puissance de base SB=1MVA ;

les tensions de base UB1=161kV et UB2=15kV

L’application des grandeurs réduites nous a permis de calculer les valeurs en « p.u » des caractéristiques (résistance, réactance et susceptance) des différents départs des deux postes. Ces valeurs sont présentées dans les tableaux en annexes 6 et 7.

En outre, les éléments de la bibliothèque de PSAT–Simulink nous ont permis d’éditer le réseau d’étude dont le schéma est présenté aux figures 3.5 et 3.6 ci-après.