Contribution d’un D-FACTS à l’amélioration des profils de tension sur le départ (D4) du réseau HTA de la ville de PORTO-NOVO

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LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

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UNIVERSITÉ D’ABOMEY – CALAVI

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ÉCOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI

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DÉPARTEMENT DE GÉNIE ÉLECTRIQUE

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OPTION : Énergie Électrique

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MÉMOIRE DE FIN DE FORMATION POUR L’OBTENTION DU DIPLÔME D’INGÉNIEUR DE CONCEPTION EN ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

Présenté par : Réalisé par :

Fiacre Finagnon OUSSOU

Soutenue le 02/03/2018 devant le jury composé de :

Président : Dr François-Xavier FIFATIN, enseignant-chercheur à l’EPAC

Membres : 1. Dr Ramanou BADAROU, enseignant à l’EPAC, Maître de mémoire

2. M. Arouna OLOULADE, Directeur de Distribution/SBEE, Encadreur

3. Dr Gervais HOUNKPE HOUENOU, enseignant à l’IUT-Lokossa

Contribution d’un D-FACTS à l’amélioration des profils de tension sur le départ (D4) du réseau

HTA de la ville de PORTO-NOVO

Année académique : 2016-2017 10^ème Promotion

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i

Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017

DÉDICACES

A :

 DIEU tout puissant qui m’a donné la santé nécessaire et l’intelligence de venir Jusqu’au bout.

 Ma mère HOUEDANOU VERONIQUE, qui m’a toujours soutenu pour mon évolution et mon épanouissement sur le plan académique ;

 Mon père défunt OUSSOU THOMAS pour tout son amour et le goût du travail qu’il m’a inculqué ;

 Tous mes frères et sœurs qui ne cessent de m’encourager et de me soutenir sur tout plan ;

 Tous mes cousins et cousines pour leur soutien ;

 Tous mes amis.

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ii

Remerciements

Nous présentons ici notre profonde gratitude à tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué de quelque manière que ce soit à l’aboutissement de ce travail. Nous tenons à adresser nos sincères remerciements à vous :

 Professeur Mohamed SOUMANOU, enseignant chercher, Directeur de l’EPAC pour nous avoir permis de suivre cette formation de qualité ;

 Dr Clément AHOUANNOU, Directeur Adjoint de l’EPAC pour tous les sacrifices que vous avez consentis pour notre formation ;

 Dr Théophile HOUNGAN, notre chef de département pour ses conseils et son soutien inconditionnel ;

 Dr. BADAROU RAMANOU maitre-assistant, notre maître de mémoire pour son aide, son orientation et sa disponibilité, aussi pour la confiance et la compréhension qu’il m’a toujours manifestées. Qu’il soit béni de la grâce de Dieu le Très Haut ;

 Dr. Vincent HOUNDEDAKO, enseignant à l’EPAC, un modèle unique à la fois de rigueur et d’ouverture d’esprit pour les étudiants ;

 Dr. Robert HANGNILO, enseignant à l’EPAC, plus qu’un professeur un pédagogue charismatique et un grand modèle de pragmatisme ;

 M. Luc NASSARA, enseignant à l’EPAC, un être unique et toujours disponible pour partager et apporter ses connaissances précieuses ;

 Doctorant OLOULADE AROUNA, Directeur de la distribution à la direction générale de la SBEE, pour sa grande disponibilité sans réserve et sa grande ouverture d’esprit pour la rédaction de notre mémoire ;

 M. KITI Calixte, Directeur Régional de la SBEE OUEME-PLATEAU pour avoir accepté de nous recevoir pour notre stage ;

 M.BOTON IGNACE pour sa disponibilité à m’accompagner dans la rédaction

 Mes frères et sœurs FIRMIN, MARIUS, ROMEO, GWLADYS OUSSOU.

 Mes tantes et oncles pour leurs soutiens ;

 Mes camarades de la 10ème promotion pour l’atmosphère de fraternité qui a régné tout le long de notre cursus de formation à l’EPAC ;

(4)

iii

 Mes amis, bien que n’ayant pas pris part au travail en lui-même, ont été indispensables à son élaboration. Je les remercie pour leurs soutiens, intérêt et amitié.

Que les membres du jury trouvent en ce mémoire, l’expression de nos salutations profondes, pour avoir accepté de juger ce travail.

(5)

iv

Sommaire

DÉDICACES ... i

Remerciements ... ii

Sommaire ... iv

Liste des figures ... v

Liste des tableaux ... vii

Acronymes et abréviations ... viii

Résumé ... x

Introduction générale ... 1

chapitre1 : Présentation du réseau de la ville de Porto-Novo ... 3

chapitre2 : Analyse par simulation du départ (D4) et méthodes d’amélioration des niveaux de tension ………17

chapitre3 Systèmes des dispositifs FACTS ... 33

chapitre4 Chapitre 4 : Amélioration des profils des tensions sur le départ d4 du réseau de Porto-Novo et choix de DFACTS ... 59

Conclusion générale ... 74

Références bibliographique ... Erreur ! Signet non défini. Annexe ... 78

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v

Liste des figures

Figure 1-1 Réseau HTA de la ville de PORTO-NOVO ... 4

Figure 1-2 Zone de déserte du départ du poste source de HOUINME ... 5

Figure 1-3 Evolution de la puissance active maximale mensuelle sur chaque départ à 7h ... 7

Figure 1-6 Evolution de la puissance réactive maximale mensuelle sur chaque départ à 7h ... 10

Figure 1-9 Evolution des chutes de tension par rapport aux puissances actives ... 13

Figure 1-10 Evolution des chutes de tension par rapport aux puissances réactives ... 14

Figure 1-11 Evolution du facteur de puissance dans le réseau ... 15

Figure 2-1 Modèles des composants du réseau de la bibliothèque PSAT-SIMULINK.[18] ... 19

Figure 2-2 Modèles des connexions ou des nœuds [18] ... 19

Figure 2-3 Modéle d’un transformateur sous PSAT ... 20

Figure 2-4 Modélisation d’un nœud sous PSAT ... 21

Figure 2-5 Modélisation d’une ligne sous PSAT. ... 21

Figure 2-6 Modéle d’un transformateur sous PSAT ... 22

Figure 2-7 Modéle d’une charge sous PSAT ... 22

Figure 2-8 Modélisation du départ (D4) sous PSAT-MATLAB ... 25

Figure 2-9 Tensions obtenues après simulation aux nœuds du départ (D4) ... 28

Figure 2-10 Puissance actives obtenues après simulation aux niveaux des charges ... 29

Figure 2-11 Puissance actives obtenues après simulation sur les lignes du départ D4 ... 30

Figure 3-1 Exemple d’un compensateur shunt à base de thyristors ... 35

Figure 3-2 Exemple d’un compensateur statique synchrone STATCOM ... 36

Figure 3-3 structures du TCSC (a) et TSSC (b) ... 39

Figure 3-4 structures du TCSR ... 40

Figure 3-5 schémas de base du SSSC ... 41

Figure 3-6 Schémas de base d’un SSSC inséré dans une ligne [8] ... 42

Figure 3-7 Schéma du TCPAR ... 44

Figure 3-8 Schémas de l'UPFC ... 45

Figure 3-9 Schémas de l'IPFC ... 46

Figure 3-10 Schémas de base de l’IPC ... 46

Figure 3-11 Représentation schématique monophasée d’un compensateur Statique ... 48

Figure 3-12 Exigences posées à la puissance réactive. ... 49

Figure 3-13 Exigences posées à la puissance réactive ... 51

Figure 3-14 Condensateur commuté par thyristors ... 52

Figure 3-15 Principe du TSC ... 53

Figure 3-16 Schéma de principe d'un FC/TCR ... 54

Figure 3-17 Schéma de principe d'un TCR/TSC ... 54

Figure 3-18 Schéma monofilaire d'un compensateur mobile "TSC ... 55

Figure 3-19 Modélisation du SVC ... 56

Figure 3-20 Variation de la puissance réactive par un SVC en fonction de la tension nodale [24] .... 57

(7)

vi

Figure 4-1 Compensation série [28] ... 59

Figure 4-2 Modèle d’un SVC ... 61

Figure 4-3 Compensateur shunt [28] ... 62

Figure 4-4 Tensions nodales avant et après insertion du DSVC ... 65

Figure 4-5 tensions nodales avant et après insertion du DSSSC ... 67

Figure 4-6 Ensemble de l’évolution des tensions après injection de puissance réactive ... 68

Figure 4-7 Pertes de puissance active avant et après insertion du DSVC ... 69

Figure 4-8. Tensions nodales avant et après insertion du DSSSC ... 69

(8)

vii

Liste des tableaux

Tableau 1-1 Statistiques des incidents sur le réseau de Porto-Novo [6] ... 16

Tableau 2-1 les grandeurs de bases ... 20

Tableau 2-2 bilan des simplifications de poste ... 24

Tableau 2-3 Récapitulatif des tensions obtenues après simulation ... 27

Tableau 4-1 Tensions obtenues après insertion du DSVC ... 64

Tableau 4-2 Tensions obtenues après insertion du DSSSC ... 66

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viii

Acronymes et abréviations

HTA : Haute Tension catégorie A BT : Basse Tension

MVA : Mega Volt-Ampère KV : kilo volt

SBEE : Société Béninoise d’Energie Electrique PSAT: Power System Analysis Toolbox P: Puissance active

Q : Puissance réactive V : Tension

R : Résistance X : Réactance Y : Admittance ῼ.m : ohm mètres

FACTS : Flexible Alternating Current Transmission System PU : Per Unit

NF : normes françaises

MATLAB : Matrix Laboratory

DFACTS : Distributed Flexible Alternative Currents Transmission Système TCSC: Thyristor-Controlled Series Capacitor

TSSC: Thyristor Switched Series Capacitor SSSC : Compensateur Série Synchrone Statique TT : Transformateur de Tension

TC: Transformateur de Courant TSC: Thyristor Switched Capacitor TCR: Thyristor Controlled Reactor TSR: Thyristor Switched Reactor SVC: Stat Var Compensator

DSVC Distributed Stat Var Compensator

DSSSC Distributed static series synchrone compensator CSPR : Compensateur Statique de Puissance Réactive CF : Condensateurs Fixes

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Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 STATCOM : Statique Compensateur

UPFC: Unified Power Flow Controler GTO: Gate Thyristor Turn-Off

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x

Résumé

Les baisses de tension hors plage normatives de tension et les pertes techniques sont deux facteurs limitant les performances des réseaux de distribution. Le réseau HTA de la ville de PORTO-NOVO est sujet à des baisses de tensions aux heures de point notamment sur son départ D4 qui se présente trop long et surchargé. Après découpage du réseau en nous limitant à la région de Porto-Novo, nous avons pu évaluer une baisse de tension supérieure à 7% sur le départ D4 grâce au logiciel PSAT permettant ainsi d’identifier le nœud D414 comme nœud critique. Nous avons possédé à l’installation de deux compensateurs de puissance réactive notamment le DSSSC et le DSVC aux nœuds D414 qui représente le nœud critique.

L’installation de ces dispositifs a permis d’améliorer le niveau de tension passant de 7% à 3%

pour le DSVC et à 4,5% pour le DSSSC et une réduction des pertes techniques de 334Kw à 260Kw par le DSVC et à 284Kw par le DSSSC.

Enfin Après l’analyse des résultats et du point de vue pratique, notre choix a porté sur le DSVC qui présente une facilité d’insertion (inséré en shunt) sur le réseau par rapport au DSSSC (inséré en série) qui nécessiterait une reconstruction de la ligne. Le coût d’installation du dispositif DSVC est donc estimé à (111.405.600 FCFA) cent onze millions quatre cent cinq mille six cent avec un amortissement de 20 mois.

Mots clés

:

réseau, distribution, baisse de tension, DSVC, DSSSC, insertion, PSAT

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xi

Abstract

Normative out-of-range voltage drops and technical losses are factors limiting the performance of distributed network. The HTA network of the PORTO-NOVO city is subject to a drop in voltage including its departure D4 that is too long and overloaded. After cutting the network by limiting ourselves to the region of PORTO-NOVO, we were able to evaluate a voltage drop of 7% on the departure D4 start-up thanks to the PSAT software thus making it possible to identity the bus D414 as a critical bus. We have owned the installation of two reactive power compensators including the DSSSC and DSVC at bus D414 in the network THE installation of these devices has made it possible to improve the voltage level from 7%

à 3% for the DSVCS and 4.5% for the DSSSC and a reduction of technical losses. Finally, after analyzing of the results and from the practical point of view, we chose the DSVC, which is easy to insert (inserted in parallel)

By ending, after analysis of results and practical point of view, we have choice the DSVC that would present a facility of insertion by opposition to DSSSC that require the rebuilding of the electrical line. The installation cost of the device DSVC is estimated at 111.405.600 FCFA (one hundred and eleven million four hundred and five thousand six hundred) with amortization of four months.

Keywords : network, distribution voltage drops DSVC, DSSSC, insertion, PSAT.

(13)

1

Introduction générale

L’évolution croissante de la population mondiale et l’augmentation des industries engendrent une élévation considérable de la demande énergétique. L’énergie électrique aussi vitale qu’elle soit, intervient dans tous les secteurs d’activités humaines. En effet après la production et le transport de l’énergie électrique, sa distribution est un volet sensible qui nécessite une grande attention et beaucoup d’ingéniosité. La distribution est l’ensemble des moyens par lesquels l’énergie est directement acheminée vers les consommateurs. Elle doit donc être faite avec beaucoup de rigueur dans le respect des normes internationales qui prévoit une limite pour les chutes de tension (^∆𝑈

𝑈 ≤ 5% ). Le maintien de la tension dans les limites admissibles doit être une préoccupation majeure de la société de distribution.

Malgré les avancées de la SBEE (Société Béninoise d’Energie Electrique) dont le rôle est d’assurer la distribution de l’énergie électrique sur tout le territoire national, beaucoup reste à faire par rapport à la limite de la tension qui selon nos études, chute parfois de 7% de la tension nominale. Actuellement, le réseau de la ville de PORTO-NOVO qui est objet de notre étude est doté des bancs de condensateurs permettant d’élever la tension en cas de tension faible. Ce dispositif étant commandé par un opérateur à travers un disjoncteur présente des problèmes d'usure ainsi que leur relative lenteur ne permettant pas de répondre spontanément suite à une variation de tension ; ils sont par conséquent difficilement utilisables pour un contrôle continu des flux de puissance. En cas de baisse de tension due à une surcharge des lignes, la SBEE adopte une politique de délestage des départs ce qui joue sur les activités de la population.

Le mémoire intitulé : Contribution d’un D-FACTS à l’amélioration des profils de tension sur le départ (D4) du réseau HTA de la ville de PORTO-NOVO nous permettra de proposer une nouvelle solution pour l’amélioration des niveaux de tension.

Aujourd’hui, grâce à l’amélioration des performances de l’électronique de puissance, on voit apparaître de nouveaux équipements connus sous l’appellation FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) qui permettent d’améliorer la stabilité de la tension des réseaux électriques et d’accroître la puissance de transport des lignes. Le développement récent des dispositifs FACTS ouvre de nouvelles perspectives pour une exploitation plus efficace des réseaux électriques par action continue et rapide sur les différents paramètres du

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2

réseau (tension, déphasage, impédance). Ainsi, les transits de puissance seront mieux contrôlés et les tensions mieux stabilisées, ce qui permettra à la SBEE d’augmenter les marges de stabilité. Les D-FACTS que nous allons étudier dans ce mémoire sont des FACTS spécifiques utilisés dans les réseaux de distribution.

Dans le but de mieux atteindre notre objectif, nous avons reparti ce document en quatre (04) chapitres :

Chapitre 1 : présentation du réseau de la ville de Porto-Novo. Dans ce chapitre il sera question de décrire le réseau électrique de la ville de PORTO-NOVO, de présenter les courbes de consommation de puissance actives et réactives et de présenter les problèmes du réseau.

Chapitres 2 : Analyse par simulation du départ D4 de la ville de PORTO-NOVO et méthodes d’amélioration des profils de tension ; Ici nous allons posséder à la présentation du logiciel PSAT, à la modélisation du départ D4 et à l’analyse par simulation du dit départ.

Chapitres 3 : Les dispositifs FACTS. Ce chapitre nous permettra de présenter les types de dispositifs FACTS et leurs modes de fonctionnement.

Chapitre 4 : Amélioration du niveau de tension sur le Départ D4 et le choix du meilleur DFACTS. Dans ce chapitre, nous allons simuler l’influence des dispositifs FACTS sur le départ après dimensionnement de leurs composants et enfin faire une étude du coût du dispositif à choisir.

.

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3

chapitre1 : Présentation du réseau de la ville de Porto-Novo

Introduction partielle

Un réseau électrique est un ensemble d'infrastructures permettant d'acheminer l'énergie électrique des sources de production vers les centres de consommation La SBEE dessert la ville de Porto-Novo à travers le réseau HTA dont la structure sera décrite dans ce chapitre ; il sera aussi question, de présenter les courbes de consommation de puissance actives et réactives et de présenter les problèmes du réseau.

1.1. Description du réseau Haute Tension catégorie A (HTA) de la ville de Porto-Novo Le réseau HTA de la ville de Porto-Novo est constitué du poste source HTB/HTA de Houinme et un réseau interne de distribution de caractéristique 63/15KV/31,5MVA.

1.1.1. Présentation du système d’alimentation HTB/HTA de la ville de Porto-Novo La ville de Porto-Novo est alimentée par le poste source HTB/HTA 63/15KV/31,5MVA situé à Houinmè. Le poste est alimenté par la ligne 63KV en provenance du poste source de Cotonou-Akpakpa, par le poste source de TANZOUN et la centrale SIIF utilisée en cas de déficit énergétique (figure 1). Le poste est doté de trois (03) transformateurs (T1, T2 et T3) qui alimentent la ville et ses environs à travers quatre départs.

La centrale SIIF dispose de six (6) groupes diesel avec une puissance installée de 15 MVA.

La puissance disponible est de 7,5 MVA.

Le transformateur T3 permet d’élever la tension produite par les groupes (11 KV) à 63 kV.

Les transformateurs T1, T2 et T3 ont les caractéristiques suivantes : T1 : 63/15 KV–36 MVA

T2 : 63/15 KV–31,5 MVA T3 : 11/63 KV–16 MVA

Nous avons aussi un banc de compensation 15kV de 3 MVAR dans le poste.

Le schéma suivant présente une vue globale du réseau de la ville de PORTO-NOVO.

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4

T3

T1 T2

Source

d’alimentation D1 D2 D3 D4

Réseau de Distribution

Figure 1-1 Réseau HTA de la ville de PORTO-NOVO

1.1.2. Caractéristiques des départs

Le réseau HTA, long de 106,43 Km, est constitué de quatre départs D1, D2, D3 et D4.

La figure 2 illustre les zones alimentées par chacun des départs. [19]

Ville de PORTO-NOVO

Centrale SIIF

Poste source de COTONOU- Akpakpa

Poste sourcede TANZOUN Poste source HTB/HTA de HOUINME

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5

Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 Figure 1-2 Zone de déserte du départ du poste source de HOUINME

Adj, Avr, Ifan, Bon, Dan, Adjo MIS, TAK désignent respectivement les communes de Adjarra, Avrankou, Ifangni, Bonou, Dangbo , Adjohoun ,Misséréte et Takon.

 Le départ D1

Il est en grande partie souterrain. La partie souterraine est faite avec des câbles en cuivre de 150mm² et la partie aérienne en almélec de section 54,6mm². Ce départ présente une longueur totale de 18,724 Km.

Il alimente la zone PN1

 Le départ D2

Ce départ, long de 29,6 km, a une configuration mixte. Pour la partie souterraine, les câbles en cuivre de section 150 mm² sont utilisés avec par endroits des câbles en papier imprégnés de 35 mm². Les dérivations aériennes sont en almélec de 54,6 mm² et 34,4 mm².

Il alimente la zone PN2 et Adjarra II

 Le départ D3

Les artères principales de ce départ sont en Almélec pour une section de 117 mm². Les axes secondaires sont des conducteurs en Almélec de 54,6 mm² et parfois en cuivre de 34,4 mm².

La longueur du départ est de 25,892 Km.

Il permet d’alimenter PN3, AVrankou, Adjarra I et Ifangni (figure 1.2)

 Le départ D4

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6

Ce départ, d’une longueur de 32,315 km, est constitué de conducteurs en Almélec de section 117 mm² pour les axes principaux. Les dérivations sont pour la plupart en Almélec de section 54, 6 mm² et en infirme partie, du 34, 4 mm² Almélec et du 17mm² cuivre.

Il permet d’alimenter PN4, et d’autres localités telles que BONOU, ADJOHOUN, DANGBO (figure 1.2).

Pour des raisons de dysfonctionnement technique du poste source de TANZOUN, les Départ D3 et D4 du poste de HOUINME connaissent des reconfigurations momentanées afin d’alimenter les localités d’ADJOHOUN, de DANGBO, de BONOU et d’IFANGNI.

PN1 regroupe les environs de l’Assemblée Nationale et les quartiers périphériques avant le Pont de Porto-Novo.

PN2 couvre les quartiers de Djaguidi, Kandévié, Agbokou et de Djègan Daho ;

PN3 couvre les quartiers de Djègan- Kpèvi, Gbodjè, Anavié ; Adjarra, Avrankou, Ifangni PN4 couvre les autres localités de Porto-Novo hormis celles citées plus haut

Les postes de transformation HTA/BT sont de deux (2) sortes :

 Les postes aériens (H61) de puissance 50, 100 et 160 kVA sont montés sur supports.

Ils se retrouvent dans les zones de densité de charge faible.

 Les postes en cabines maçonnées (H59) sont des postes de puissance 250, 2x250, 400, et 630 kVA.

Le réseau HTA comprend plus de 400 postes de transformation HTA/BT répartis en trois groupes à savoir : les postes publics, les postes privés et les postes mixtes.

1.1.3. Consommation de puissances active et réactive dans le réseau HTA

Afin de mettre en évidence l’évolution des charges sur l’ensemble du réseau HTA de Porto-Novo, nous avons recueilli les valeurs de charges mensuelles de 07h ,12h, 21h sur la période d’AVRIL à 0CTOBRE 2017. Les figures 1.3 à 1.8 montrent l’évolution des puissances actives et réactives sur les départs.

Les figures 1.9 et 1.10 montrent l’évolution des chutes de tension par rapport aux puissances actives (figure 1.9) et réactives (figure 1.10) et l’évolution du facteur de puissance du réseau (figure 1.11).

(19)

7

Figure 1-3 Evolution de la puissance active maximale mensuelle sur chaque départ à 7h Le schéma de la figure 1.3 présente l’évolution de la puissance active sur le réseau HTA de la ville de PORTO-NOVO à 07h allant du mois d’AVRIL à OCTOBRE 2017. Il montre clairement l’ensemble des puissances obtenues sur les départs D1, D2, D3, D4 et nous pouvons remarquer que les puissances actives obtenues sur les départs D1 et D2 présentent moins de variation que celles des départ D3, D4. La puissance obtenue pour le départ D1 varie entre 1,33 mW à 1,56 mW et atteint son maximum au mois de Mai. Le départ D2 quant à lui varie entre 1,73 mW et 1,96 mW et atteint son maximum dans le mois de Mai. Le départ D3 présente une forte variation et atteint son maximum dans le mois de Mai avec une puissance active de 3,17 mW. La plus importante puissance active est obtenue par le départ D4 qui présente une puissance active minimale de 2,32 mW (valeur supérieure au maximum des puissances de D1 et D2) et une puissance active maximale de 4,73 mW dans le mois de Mai.

Cette pointe obtenue est largement au-dessus des puissances des départs D1, D2, D3 et peut être dûe à la forte charge exprimée sur le départ D4.

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

AVRIL MAI JUIN JUILLET AOUT SEPTEMBRE OCTOBRE

puissance actives(MW)

D1 D2 D3 D4

(20)

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Figure 1-4 Evolution de la puissance active maximale mensuelle sur chaque départ à 12h Le schéma de la figure 1.4 présente l’évolution de la puissance active sur le réseau HTA de la ville de PORTO-NOVO à 12h allant du mois d’AVRIL à OCTOBRE 2017. Il montre clairement l’ensemble des puissances obtenues sur les départs D1, D2, D3, D4 et nous pouvons remarquer que les puissances actives obtenues sur les départs D1, D2 présentent moins de variation que celles des départ D3, D4. La puissance obtenue pour le départ D1 varie entre 1,71 mW à 2,46 mW et atteint son maximum au mois de mai. Le départ D2 quant à lui varie entre 1,73 mW et 2,94 mW et atteint son maximum dans le mois d’AVRIL. Le départ D3 présente une forte variation et atteint son minimum et son maximum respectivement dans les mois de juin et d’AVRIL avec une puissance active de 3,96 mW. La plus importante puissance active est obtenue par le départ D4 qui présente une puissance active minimale de 2,29 mW (valeur supérieure au maxi de la puissance active de D1) et une puissance active maximale de 4,573 mW dans le mois de Mai. Cette pointe obtenue est largement au-dessus des puissances des départs D1, D2, et peut être dûe à la demande de puissance élevée sur le départ D4.

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

puissance active (MW)

D1 D2 D3 D4

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9

Figure 1-5 Evolution de la puissance active maximale mensuelle sur chaque départ à 21h Le schéma de la figure 1.5 présente l’évolution de la puissance active sur le réseau HTA de la ville de PORTO-NOVO à 21h allant du mois d’AVRIL à OCTOBRE 2017. On peut remarquer, clairement l’ensemble des puissances obtenues sur les départs D1, D2, D3, D4. À la vue de cette figure, les puissances actives obtenues sur les départs D1 et D2 présentent moins de variation que celles des départs D3, D4. La puissance obtenue pour le départ D1 varie entre 2,22 mW à 2,54 mW et atteint son maximum au mois de mai. Le départ D2 quant à lui varie entre 1,73 mW et 2,94 mW et atteint son maximum dans le mois d’AVRIL. Le départ D3 présente une forte variation et atteint son minimum et son maximum respectivement dans les mois de juin et d’AVRIL avec une puissance active de 3,96 mW. La plus importante puissance active est obtenue par le départ D4 qui présente une puissance active minimale de 4,13 mW (valeur supérieure au maxi de la puissance active de D1) et une puissance active maximale de 7,773 mW dans le mois de Mai. Cette pointe obtenue est largement au-dessus des puissances des départs D1, D2, et peut être due à la forte charge exprimée sur le départ D4. La figure suivante présente les courbes d’évolution de la puissance réactive sur l’ensemble des 4 départs d’AVRIL à OCTOBRE.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

puissance active (MW )

D1 D2 D3 D4

(22)

10

Figure 1-6 Evolution de la puissance réactive maximale mensuelle sur chaque départ à 7h L’évolution de la puissance réactive sur l’ensemble des départs à 7h présentée à la figure 1.6, montre une légère variation des puissances réactives sur les départs D1 et D2 et une variation importante sur les départs D3 et D4.les valeurs des puissances réactives du départ D1 oscillent entre un minimum de 0,33 mVAR et un maximum de 0,41 mVAR. Le départ D3 quant à lui possède une valeur minimale de 0,45 mVAR en octobre et une valeur maximale de 0,79 mVAR en en MAI. La courbe de D4 par contre varie fortement et atteint une valeur pointe de 1,18 mVAR dans le mois de MAI et une valeur minimale de 0,58 mVAR qui dépasse les maxi des départs D1 et D2. On note par conséquent une faible consommation de réactif sur les départs D1 et D2 contrairement aux départs D3 et D4.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

puissance réactive(Mvar)

D1 D2 D3 D4

(23)

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Figure 1-7 Evolution de la puissance réactive maximale mensuelle sur chaque départ à 12h L’évolution de la puissance réactive sur l’ensemble des départs à 12h présentée à la figure 1.7, montre une légère variation des puissances réactives sur les départs D1 et D2 et une variation importante sur les départs D3 et D4. Les valeurs des puissances réactives du départ D1 oscillent entre un minimum de 0,42 mVAR et un maximum de 0,48 mVAR. Le départ D3 quant à lui possède une valeur minimale de 0,42 mVAR en octobre et une valeur maximale de 0,79 mVAR en AVRIL. La courbe de D4 par contre, varie fortement et atteint une valeur pointe de 1,18 mVAR dans le mois de MAI et une valeur minimale de 0,57 mVAR qui est sensiblement égale aux valeurs maximales des départs D1 et D2. On note par conséquent une faible consommation de réactif sur les départs D1 et D2 contrairement aux départs D3 et D4.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

puissance réactive(Mvar)

D1 D2 D3 D4

(24)

12

Figure 1-8 Evolution de la puissance réactive maximale mensuelle sur chaque départ à 21h L’évolution de la puissance réactive sur l’ensemble des départs à 21h présentée à la figure 1.8, montre une légère variation des puissances réactives sur les départs D1 et D2 et une variation importante sur les départs D3 et D4. Les valeurs des puissances réactives du départ D1 oscillent entre un minimum de 0,57 mVAR et un maximum de 0,66 mVAR. Celles du départ D2 varie entre une valeur minimale (0,78 mVAR) et une valeur maximale (0,92 Mvar) dans le mois de MAI Le départ D3 quant à lui possède une valeur minimale de 0,45 en octobre et une valeur maximale de 0,79 mVAR en MAI. La courbe de D4 par contre varie fortement et atteint une valeur pointe de 1,94 mVAR dans le mois de MAI et une valeur minimale de 1,03 mVAR en AOUT qui dépasse les maxi des départs D1 et D2.On note par conséquent une faible consommation de réactif sur les départ D1 et D2 contrairement aux départs D3 et D4.

Comparaison

A l’analyse des figures 1.3 à 1.8, nous remarquons que les puissances actives et réactives varient en fonction des heures des différentes heures de relevées. Les puissances obtenues à 07h sont inférieures à celles obtenues à 12h qui sont à leur tour inférieur à celles obtenues à 21h.tandis que les puissances actives maximales des départs D1, D2, D3, D4 à 7h sont respectivement de 1,56 mW 1,96 mW, 3,17 mW et 4,73 mW, celles obtenues à 12h sont respectivement de 2,46 mW, 2,94 mW, 3,93 mW, 4,57 mW ; à 21h nous avons, 2,54 mW

0 0,5 1 1,5 2 2,5

puissance réactive en (Mvar)

Titre de l'axe

D1 D2 D3 D4

(25)

13

pour D1 ; 3,81 mW pour D2 ; 5,65 mW pour D3 et 7,77 mW pour D4. Par analogie, les puissances réactives maximales atteignent pour le D4 une pointe de 1,94 mVAR à 21h 1,14 mVAR à 12h et 1,18 mVAR à 7h.

Les puissances élevées aux heures 21h sont dues à la forte demande d’énergie exprimées par les ménages aux heures de pointes.

Par ailleurs, ces valeurs élevées sur le départ D4 sont dues à sa forte étendue (PN4, DANGBO, ADJOHOUN, BONOU…).

Aussi, remarquons-nous que sur une puissance disponible de de 31,5 MVA la variation d’énergie active et réactive est très faible sur les départs D1 et D2, un peu plus fort sur le départ D3 et élevée sur le départ D4. Cette consommation est très fortement accentuée sur le départ D4. On note également des pics de consommation en AVRIL et en MAI avec des pics extrêmes de puissance active de 7,77 mW et une puissance active de 1,94 mWAR sur le départ D4 correspondant aux heures de pointe. De même que sur le départ D3, on note une forte consommation de puissance active maximale de 5,65 mW et de puissance réactive 0,78 mWAR ; 3,81 mW de puissance active et 1,05 mWAR de puissance réactive pour le D2 ; 2,5 mW et 0,62 mWAR pour le D1.

L’analyse de l’ensemble des graphes révèle également une augmentation croissante des charges en fonction des heures d’utilisation du réseau d’où le réseau en l’occurrence le départ D4 est fortement chargée aux heures de pointes.

7h 12h 21h

Figure 1-9 Evolution des chutes de tension par rapport aux puissances actives

0 1 2 3 4 5 6 7 8

1,442 1,848 2,438 3,543 2,042 1,78 2,304 3,452 2,348 3,496 3,874 5,915

chute de tension en%

puissance active en (MW)

D1 D2 D3 D4

(26)

14

Le graphe de la figure 1.9 traduit l’évolution des chutes de tension en fonction de la puissance active. Nous remarquons que plus les demandes de puissances actives sont élevées, plus les chutes de tension sont prononcées. Les chutes de tension les plus élevées sont celles relatives au départ D4 qui dépassent 6% quelle que soit l’heure de relevée ; celles des heures de pointe atteignent une valeur de 7,46% Sur les départs D1 et D2 elles sont inférieurs à 2%

exceptée celle de 12h du départ D1 qui sont de 3,59%. Le départ D3 quant à lui présente une chute de tension inférieur à 5% quelle que soit l’heure de relevées.

7h 12h 21h

Figure 1-10 Evolution des chutes de tension par rapport aux puissances réactives

Le graphe de la figure 1.10 traduit l’évolution des chutes de tension en fonction de la puissance réactive. Nous remarquons que plus les puissances réactives sont élevées, plus les chutes de tension sont prononcées. Les chutes de tension les plus élevées sont celles relatives au départ D4 qui dépassent 5% quelle que soit l’heure de relevée ; celles des heures de pointe atteignent une valeur de 6,28%. Sur les départs D1 et D2 tombent à 2% excepté celle de 12h du départ D1 qui est de 2,27%. Le départ D3 quant à lui présente une chute de tension inférieur à 4% quelle que soit l’heure de relevées.𝜑

0 1 2 3 4 5 6 7

0,3614 0,4632 0,6111 0,888 0,5118 0,4461 0,5775 0,8652 0,5884 0,8037 0,9708 1,4823

chute de tension en %

puissance reactive en (Mvar)

D1 D2 D3 D4

(27)

15

Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 Figure 1-11 Evolution du facteur de puissance dans le réseau

La figure 1.11 nous présente l’évolution du facteur de puissance sur le réseau d’AVRIL à OCTOBRE. Le facteur de puissance (cos𝜑) du réseau est moins stable et varie de 0,965 à 0,99. Sa valeur la plus faible est obtenue au cours du mois d’AVRIL.

1.2. Les problèmes du réseau

Le réseau électrique de distribution HTA de la ville de PORTO-NOVO compte tenu du transit de puissances actives et réactives est sujet des chutes de tension de l’ordre de 7,46%

uniquement sur le départ D4 alors que la norme NF 50160 prévoit une chute de tension de maximale de 5% de la tension nominale.

Des relevés sur les incidents survenus durant ces dernières années ont montré que des pannes générales, suite à des perturbations ou une augmentation importante de la charge, ont eu des répercussions sur les populations de Porto-Novo et de ses environs. Au nombre de celles-ci, nous avons une indisponibilité de fourniture d’énergie électrique de l’ordre de 7000 minutes en moyenne soit environ 05 jours dans l’année. Le tableau 1.1 montre les statistiques des incidents sur le réseau.

0,95 0,955 0,96 0,965 0,97 0,975 0,98 0,985 0,99 0,995

COS phi

periode allant d'Avril à octobre 2017

(28)

16

Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 Tableau 1-1 Statistiques des incidents sur le réseau de Porto-Novo [6]

Période Durée de coupure en

Minutes

Juillet 2015 –Juin 2016 8423

Juillet 2016 –Juin 2017 6277

On remarque sur les figures 1.9 et 1.10, que les chutes de tension augmentent proportionnellement à la consommation des puissances actives et réactives et atteignent une valeur de 7,46% sur le départ D4. L’origine de ces chutes est principalement due aux puissances réactives comme le montre la figure la figure 1.10.

Conclusion partielle

Ce chapitre a été consacré à la description du réseau HTA de Porto-Novo et de ses problèmes. Cette étude nous a permis de remarquer que plus, les puissances transitées sont élevées, plus les chutes de tension sont prononcées. On note particulièrement une chute de tension sur le départ D4 qui dépasse 7%. Le prochain chapitre nous permettra de confirmer par simulation le départ D4 afin de confirmer les valeurs de ses baisses de tension.

(29)

17

chapitre2 : Analyse par simulation du départ (D4) et méthodes d’amélioration des niveaux de tension

Introduction partielle

Pour mieux analyser le départ D4 et mieux faire ressortir les problèmes, il serait utile de le simuler en utilisant un modèle compatible au logiciel de simulation PSAT qui est basé sur la méthode de Newton-Raphson.

2.1. Présentation du logiciel de simulation (MATLAB-PSAT) 2.1.1 Présentation de MATLAB-SIMULINK [19]

MatLab est un système interactif de programmation scientifique, pour le calcul numérique et la visualisation graphique. Développé à l’origine pour le calcul matriciel (le nom MatLab est dérivé de cette représentation MatLab = Matrix Laboratory). MatLab est un logiciel qui permet de faire des calculs mathématiques et numérique. Matlab contient un grand nombre d'opérations ou de fonctions mathématiques : fonctions usuelles, calcul matriciel, fonctions plus spécifiques du signal. Il offre aujourd’hui bien d’autres possibilités, dont certaines seront décrites par la suite. Il contient des bibliothèques spécialisées (toolbox) à l’instar de PSAT qui répondent à des besoins spécifiques : analyse numérique, traitement du signal, optimisation des systèmes, modélisation et l’analyse des systèmes électriques de puissance, etc.

2.1.2. Présentation de PSAT

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.

(30)

18

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 ;

 Un outil de conversion des données dans d’autres formats ;

 Un éditeur de modèle utilisateur ;

 Un usage de la ligne de commande de MATLAB.

Pour atteindre notre objectif, nous devons modéliser le départ D4 du réseau HTA de la commune de Porto-Novo existant à partir des composants de la bibliothèque de PSAT. Seuls les toolbox « Power flow » et « Connections » nous intéressent car ils possèdent tous les éléments conformes au réseau HTA de la ville de Porto-Novo. Notons que les composants qui figurent dans le réseau HTA de la ville de Porto-Novo, sont des lignes, des transformateurs, des charges et un poste source qui représente la sous-station de HOUINME.

Seuls ces composants précités sont entourés dans les toolbox des figures 2.1 et 2.2.

2.2. Modélisation du départ D4 avec PSAT

Le réseau actuel est modélisé avec les modèles de la bibliothèque PSAT–Simulink.

Chacun des éléments du réseau est paramétré en fonction des caractéristiques des composantes du réseau étudié. Les figures 2.1 et 2.2 présentent des exemples desdits modèles.

Les figures 2.1 et 2.2 sont constitués des différents éléments d’un réseau. Les éléments encerclés sont ceux utilisés particulièrement sur le départ D4 que nous allons modéliser.

Les modèles de la figure 2.1 sont l’ensemble des éléments de puissances insérés dans le réseau. Ils sont trouvés via le lien Library : fm_lib/power flow

(31)

19

Figure 2-1 Modèles des composants du réseau de la bibliothèque PSAT-SIMULINK.[18]

Les modèles de la figure 2.2 sont l’ensemble des éléments de connections insérés dans le réseau. Ils sont trouvés via le lien Library : fm_lib/connections

Figure 2-2 Modèles des connexions ou des nœuds [18]

Suite au choix des composants dans la bibliothèque de PSAT-Simulink un paramétrage de chacun d’eux s’impose afin que notre modèle sous PSAT de notre réseau HTA de la commune de Porto-Novo corresponde le mieux possible au réseau réel.

(32)

20

Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 2.2.1. Paramétrage des différents modèles

Pour simuler le réseau considéré les paramètres des différents composants du réseau sont nécessaires et exprimés en grandeur réduite (ou per unit en anglais p.u).

La grandeur réduite d’une variable électrique est le rapport entre sa valeur réelle et une valeur de base choisie.

Le système per unit est traduit par la formule (2.1) : 𝑺_𝒑𝒖

̅̅̅̅̅ = ^𝑺^̅

𝑺_𝑩 ; 𝑼̅̅̅̅̅ =_𝒑𝒖 ^𝑼^̅

𝑼_𝑩; 𝑰̅̅̅̅ =_𝒑𝒖 ^𝑰̅

𝑰_𝑩 ; 𝒁̅̅̅̅̅ =_𝒑𝒖 ^𝒁^̅

𝒁_𝑩 ; 𝒀̅̅̅̅̅ =_𝒑𝒖 ^𝒀^̅

𝒀_𝑩 (2.1) Dans le système lié aux grandeurs de base, on a :

𝑺_𝑩 =^𝑼^𝑩^𝟐

𝒁_𝑩 ; 𝒁_𝑩 =^𝑼^𝑩^𝟐

𝑺_𝑩; 𝒀_𝑩 = ^𝑺^𝑩

𝑼_𝑩^𝟐 (2.2)

Les grandeurs de base utilisées sont consignées dans le tableau 2.1 : Tableau 2-1 les grandeurs de bases

Remarquons que l’insertion du système per unit offre deux avantages :

 Les grandeurs obtenues ont de petites valeurs ;

 Suppression des coefficients dans les expressions des grandeurs électriques ;

2.2.1.1 Modélisation et Paramétrage du générateur slack [18]

C’est un nœud connecté à un générateur relativement puissant sur lequel sera répercuté les déficits ou surplus d’injection de puissance active et réactive.

Figure 2-3 Modèle d’un transformateur sous PSAT Pour son paramétrage, on indique :

 La valeur de la puissance apparente de base en MVA

 La valeur de la tension de base en KV

 L’angle en rad.

(33)

21

Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 2.2.1.2 Modélisation et Paramétrage d’un nœud [18]

Un nœud est défini comme un point où arrivent et d’où partent plusieurs branches d’un réseau.

La figure 2-4 nous montre le modèle d’un nœud sous PSAT.

Figure 2-4 Modélisation d’un nœud sous PSAT

Ainsi dans le bloc de paramétrage d’un nœud, on doit indiquer :

 Le nombre de branches qui entrent dans le nœud ;

 Le nombre de branches qui sortent du nœud ;

 La tension de base en kV ;

 La tension en p.u. et l’angle en rad du nœud de référence.

2.2.1.3 Modélisation et Paramétrage d’une ligne La figure 2-5 présente le modèle d’une ligne sous PSAT

Figure 2-5 Modélisation d’une ligne sous PSAT.

Pour son paramétrage, on indique :

 Dans le crochet en haut, la puissance apparente de base est en MVA, la tension de base en kV et la fréquence de la ligne en Hz ;

 La longueur de la ligne en km. Pour les grandeurs exprimées en p.u. la longueur est égale à 0 ;

 La résistance de la ligne en p.u

 La réactance de la ligne en p.u ;

 La susceptance de la ligne en p.u.

Les calculs des valeurs des grandeurs linéiques ont étés effectués conformément aux propriétés et méthodes utilisées dans [4] et [19] et les tableaux présentés en annexe.

Ces tableaux font la distinction entre les caractéristiques longitudinales (résistances des conducteurs et les inductances entre les conducteurs) et les caractéristiques transversales (capacité des conducteurs).

(34)

22

Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 2.2.1.4 Modélisation et Paramétrage d’un transformateur

La figure 2-6 présente le modèle d’un transformateur sous PSAT.

Figure 2-6 Modèle d’un transformateur sous PSAT Pour son paramétrage, on indique :

 Dans le crochet en haut, 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 [kV/kV] ;

 La résistance équivalente du transformateur en p.u ;

 La réactance équivalente du transformateur en p.u.

 Les caractéristiques des transformateurs de puissance

Pour les transformateurs, ce sont les modèles à prise fixe qui sont prises en compte. Les paramètres des transformateurs seront enregistrés conformément à leurs caractéristiques. Les caractéristiques sont présentées en annexe.

2.2.1.4 Modélisation et Paramétrage d’une charge [18]

La figure 2-7 présente le modèle d’une charge sous PSAT

Figure 2-7 Modèle d’une charge sous PSAT

Quant aux charges, on indique les paramètres suivants :

 La puissance apparente de base en mVA,

 la tension de base en kV ;

 Les puissances active et réactive en p.u.

Ces paramètres sont calculés et indiqués à l’aide des puissances des postes de transformation des départs et des mesures prises sur les départs.

(35)

23

Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 2.2.2 Modélisation du départ D4 réseau électrique de la ville de Porto-Novo Notre nouveau départ D4 se limitera à PN4 sur la voie du cinquantenaire.

Hypothèse : seule sera considérée comme tronçon représentatif, toute portion de réseau dont la longueur atteint au moins 1,45 km sauf si le transformateur de distribution tout en étant isolé possède une charge supérieure ou égale à 500 kVA. L’ensemble des points de consommation (transformateurs de distribution) rencontré sur ce tronçon défini, sera matérialisé par une charge unique consommatrice d’une puissance active et d’une puissance réactive.

L’exemple de postes simplifiés est présenté au tableau 2.2

(36)

24

Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 Tableau 2-2 bilan des simplifications de poste

Postes existants sur le réseau HTA de Porto- Novo

Postes à considérer dans la modélisation

P84 PN84

P86 PN86

(100+160 KVA) ; Forage5 ; Forage6 PN Forage6

P88 ;(Nouveau) ; (100+160 KVA) PN (100+160 KVA) P87 ; P120 ; P101 ;(Nouvelle Cabine) PN (Nouvelle Cabine)

P15 ; P12 PN12

PECC Oschoffa PNECC Oschoffa

Devant SONEB DOWA); (SONEB DOWA)

; P73

PN73

P124 ; P137 ; P135 ; P134 ; P133 ; P132 PN132

P123 ; P36 PN36

P140 PN140

P122 ; P121 PN121

P139 PN139

P137 PN137

P126 ; P54 PN54

P143 PN143

PcinquentenaireN°1 PNcinqN°1

Le réseau électrique de distribution HTA de la commune de Porto-Novo sera édité avec les modèles de la bibliothèque PSAT-SIMULINK. La configuration du réseau électrique de la commune Porto-Novo prend en compte : 29 nœuds, 28 lignes de distribution HTA, 20 transformateurs de puissance, 20 charges et une source qui représente le poste de répartition de Houinmè.

(37)

25

Les modèles du réseau électrique de distribution HTA du départ (04) du poste de réparation de Houinmè sont présentés à la figure 2.1. Le nœud encerclé au rouge est le nœud D414 ou la tension se trouve plus critique.

Figure 2-8 Modélisation du départ (D4) sous PSAT-MATLAB

(38)

26

2.3. Simulation du départ D4 du réseau électrique HTA de la commune de Porto-Novo 2.3.1. Paramétrage des composants du départ D4 du réseau électrique de la commune de Porto-Novo

 Le poste de répartition de Houinmè est considéré comme le générateur Slack. Vu son importance dans le réseau électrique, il nous revient de le paramétrer. Pour paramétrer le générateur Slack, il faut la valeur de la puissance apparente de base en kVA, de la tension de base en kV et de l’angle. Notons que pour le paramétrage des différents modèles présentés la valeur prise pour la puissance apparente de base est 100 mVA et pour la tension de base est 15 kV.

 Le paramétrage des nœuds, des lignes et des transformateurs sont présentés à la section 2.1.3 de ce Chapitre.

Chaque composant du réseau électrique édité est paramétré en fonction de ses caractéristiques. Il est donc nécessaire de déterminer ou de donner les caractéristiques de chacun des composants du réseau électrique.

2.3.2. Données des charges

Les charges sont déterminées grâce à la puissance des postes de transformation installés sur les départs HTA du réseau électrique. Ces caractéristiques sont présentées en annexe. [6]

2.3.3. Présentation des résultats de la simulation du départ D4 du réseau électrique HTA de la commune de Porto-Novo

Après avoir effectué la simulation de l’écoulement de puissance à travers le départ D4 du réseau électrique de distribution HTA de la commune de Porto-Novo, les résultats de la simulation sont présentés dans le tableau 2.9 et sur les figures 2.9 à 2.10. Ces figures représentées par des graphes présentent d’une part l’évolution de la tension au niveau des différents postes de distribution des départs et d’autre part les pertes joules enregistrées sur chacun des tronçons des départs du poste de répartition de Houinmè de Ouando.

(39)

27

Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 Tableau 2-3 Récapitulatif des tensions obtenues après simulation

Nom du bus Tension (p.u) Nom du bus Tension (p.u)

D40 0.98456 D415 0.94786

D41 0.98278 D416 0.94663

D42 0.98223 D417 0.94704

D43 0.97597 D418 0.94539

D45 0.97209 D419 0.9442

D46 0.96613 D420 0.94268

D47 0.96975 D421 0.94269

D48 0.97581 D422 0.97177

D49 0.97372 D423 0.97157

D410 0.96367 D425 0.97125

D411 0.96341 D426 0.97034

D412 0.95774 D427 0.96701

D413 0.95293 D429 0.96182

D414 0.93479 D4 30 0.95922 Le profil des tensions est présenté par les graphes des figures 2.9.

(40)

28

Réalisé par fiacre finagnon OUSSOU / EPAC – GE 2016 - 2017 Figure 2-9 Tensions obtenues après simulation aux nœuds du départ (D4)

La figure 2.9 nous présente les profils de tension obtenus aux nœuds du départ D4. On remarque d’après cette figure que les tensions nœuds D414, D415, D416, D417, D418, D419, D420, D421 se dégradent considérablement et passent en dessous du niveau admissible de tension (95% de la tension nominale). La plus grande baisse (0,93pu soit 14016 V) se trouve au niveau du nœud D414 qui retient notre attention ; avec une puissance active de 1396 mW et une puissance réactive de 863 kVAR. L’écart entre ces tensions nodales et la tension nominale est malheureusement mauvais pour le réseau et il est important d’y statuer. On peut donc dans un premier temps associer à cette dégradation du niveau de tension deux principales causes à savoir l’éloignement de la sous station de Houinmè de certains de ses postes et de l’augmentation de la charge du réseau, le transit de puissance réactive. Les pertes de puissance actives sur le départ D4 sont récapitulées à l’aide des figures à 2.10 et 2.11 à la page 30.

Quand bien même la SBEE a installé des condensateurs pour remédier à cette anomalie, ces dispositifs n’arrivent pas toujours à réguler le niveau de la tension sur les jeux de barres à cause de plusieurs raisons :

 Les condensateurs ne sont pas utilisés en mode automatique ;

 La valeur de la réactance à mettre sur le réseau en fonction du niveau de tension n’est pas connue.

0,9 0,92 0,94 0,96 0,98 1 1,02

PNO D4 0 D41 D42 D43 D45 D46 D47 D48 D49 D410 D411 D412 D413 D414 D415 D416 D417 D418 D419 D420 D421 D422 D423 D425 D426 D427 D429

tension en grandeur pu

Tensions aux différents noeuds

(41)

29

Après une analyse approfondie des résultats de simulation, nous remarquons que les tensions aux nœuds varient selon les charges. Les nœuds PQ sont des nœuds charges correspondant aux différents postes de transformation du départ. Les différentes dénominations PN86, PN84… sont les noms correspondants aux postes en cabine utilisés sur le Départ D4 du réseau de la ville de PORTO-NOVO.

La figure 2.10 nous montre l’évolution des puissances actives aux différents nœuds du réseau.

Figure 2-10 Puissances actives obtenues après simulation aux niveaux des charges

La figure 2.10 présente les puissances actives obtenues aux niveaux des charges sous PSAT après simulation. D’après les résultats de simulation, on note une puissance active de 345 kW aux nœuds PN54, PN137, PN139, PN141, PN143, Une puissance de 684 kW aux nœuds PNNC et PN (100+160). Le transi de puissance active maximale se situe aux nœuds PN132 avec une puissance de 1368 kW.

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016

puissance active en grandeur pu

(42)

30

Figure 2-11 Puissance actives obtenues après simulation sur les lignes du départ D4

La figure 2.11 nous montre les pertes de puissance actives à travers les lignes du départ D4.

Les pertes sur les lignes D415-D417, D415-DD416, D419-D421, D415-D418, D418-D419, D429-D430, D41-D42 sont beaucoup faibles et tous inférieurs à 2 kW tandis que les pertes sur les lignes D49-D410, D40-D48, D43-D45 sont élevées et respectivement égales à 39 kW ,48 kW, 76 kW. La plus grande perte se trouve sur la ligne reliant le nœud slack (poste source) du premier nœud du réseau ; à ce niveau les pertes de puissance actives sont de 116 kW. Les pertes actives existent sur le réseau et pratiquement à tous les nœuds. On remarque que la puissance active totale perdue est de l’ordre de 0.337 mW et une puissance réactive totale de 0.253 mVAR.

2.4 Validation du modèle Chute de tension maximale mesurée

Chute de tension maximale simulée

Erreur relative

7,36% 7,11% 3,39%

A la suite des différentes simulations à l’aide du logiciel MATLAB/PSAT, nous avons remarqué que l’incertitude relative de la valeur obtenue par simulation par rapport à la valeur relevée ne dépasse point 5%. Cet écart entre la valeur obtenue par simulation et celle relevée est lié à plusieurs paramètres comme la vétusté des équipements, les appareils

0 20 40 60 80 100 120 140

D41-D42 D40-D41 D49-D410 D410-D411 D410-D412 D422 -D423 D41-D413 D413-D414 D413 -D415 D415 -D416 D415-D417 D19 -D420 D40 -D48 D19-D421 D415-D18 D18-D19 D423-D426 D426-D427 D427-D429 D429-D430 D48-D49 D423-D425 D41-D43 D43-D45 D45-D46 D45-D47 PN0-D40 D49-D422

lpertes actives en kW

pertes actives sur lignes

(43)

31

de mesure analogique et les erreurs de relevés. Le modèle du réseau simulé peut donc être validé.

2-5 Méthodes d’amélioration des niveaux de tension

Nous allons étudier dans ce paragraphe les différentes possibilités d’amélioration du niveau de tension sur le Départ D4 du réseau de la ville de PORTO-NOVO

Il existe plusieurs dispositifs d’amélioration de niveau de tension : les régleurs en charge, la reconfiguration du réseau, le renforcement du réseau les générateurs synchrones, les bancs de condensateurs et les compensateurs statiques de puissance réactive.

Le départ D4 trop long par rapport aux autres départs a une consommation élevée en puissance active et réactive. Voilà pourquoi les niveaux de tension sont bas à certains nœuds (nœuds D414, D415, D416, D417, D418, D419, D420, D421) loin de la source.

Comme solution, nous devons :

 Découper le départ D4 de telle sorte qu’il alimente seulement PN4 à cause de la relation ^∆𝑼

𝑼 =^{𝑲(𝒍.𝑷+𝒍𝑸)}

𝑽^𝟐

 Reporter les autres localités (DANGBO, BONOU, ADJOHOUN) sur une autre source proche (TANZOUN) pour donc réduire P, Q et L.

 Utiliser les régleurs de charges en bout de ligne capable d’insérer ou de retrancher des spires d’enroulements supplémentaires et modifier ainsi le rapport de transformation si les transformateurs possèdent de prises. Dommages, ses prises sont généralement en nombre limités et ne permettent pas de compenser entièrement les chutes de tension observées sur les différents nœuds cités.

 Utiliser les inductances pour réduire les surtensions si le D4 présente de surtension.

 Utiliser les groupes de production pour produire de puissance active et réactive si l’on doit garder la topologie du réseau en y incluant les autres localités autres que PN4 ; Leurs performances dynamiques leur permettent de faire face aux fluctuations brusques de la demande ; mais ils coutent excessivement chère.

 Utiliser les dispositifs FACTS pour contrôler les puissances réactives. Les compensateurs statiques de puissance réactive (CSPR), ou FACTS (de l’anglais Flexible Alternative Curent Transmission System) sont des dispositifs plus récents qui associent des bancs de condensateurs et de bobines à des convertisseurs d’électronique de puissance permettant de réguler la puissance réactive délivrée et par conséquent la tension du nœud de connexion.