Contribution à l’amélioration de la fourniture de l’énergie sur la boucle 161kV du poste de transformation électrique de Cotonou Vèdoko par les compensateurs statiques

(1)

POUR L’OBTENTION DU

DIPLÔME D’INGENIEUR DE CONCEPTION

Thème:

HOUNDJEGA Mahouna

**********

DEPARTEMENT DU GENIE ELECTRIQUE Option : Energie électrique

Contribution à l’amélioration de la fourniture de l’énergie sur la boucle 161kV du poste de

transformation électrique de Cotonou Vèdoko par les compensateurs statiques

Présenté et soutenu le 26/12/2012 par ;

Sous la direction du jury :

ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI

**********

Président : Dr. Robert HANGNILO, Enseignant à l’EPAC

Membres : 1) Dr. Ramanou BADAROU, Enseignant à l’EPAC, maître de mémoire

2) Mr. Luc NASSARA, Enseignant à l’EPAC

3) Mr. Delphin AGOSSOU, Chef Service Exploitation DRTB/CEB, tuteur de stage

Année académique 2011-2012

5

^ième

Promotion

(2)

Mahouna HOUNDJEGA i

DEDICACES

Je dédie ce modeste travail à:

 Ma mère Odette DAHOUETO HOUNDJEGA née DEHA qui m’a transmis les règles morales de la vie et qui n’a cessé de m’offrir, son soutien et son encouragement pour ma réussite.

 Au couple DEHA Antoine - DJOSSOU Victorine, merci pour tous efforts et vos soutiens envers nous. Retrouvez ici le résultat de vos efforts.

 Mon frère Ferdinand DAHOUETO et sa femme, retrouvez ici le fruit de vos efforts. Merci pour tous !

 Mes oncles DAHOUETO Comlan, DEHA Barthélemy, merci pour vos soutiens.

 Mes autres frères et sœurs, cousins et cousines, neveux et nièces, que ceci soit pour vous un bon exemple à suivre.

(3)

Mahouna HOUNDJEGA ii

REMERCIEMENTS

Nous voudrions, avant toutes choses, rendre grâce à l’Eternel DIEU sans qui ce travail ne saurait aboutir. Que son saint nom soit loué pour l’éternité.

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 :

 Pr. Félicien AVLESSI, Directeur de l’EPAC ;

 Dr. Clément BONOU, Directeur Adjoint de l’EPAC ;

 Dr. François-Xavier FIFATIN, Chef de département du Génie électrique ;

 Dr. Théophile K. HOUNGAN, enseignant à l’EPAC ;

 Dr. Ramanou BADAROU, enseignant à l’EPAC, notre maître de mémoire pour son aide, sa disponibilité et son encadrement tout au long de ce travail ;

 Enseignants et techniciens du laboratoire de génie électrique de l’EPAC, pour tous les efforts consentis pour notre formation ;

 M. Djibril SALIFOU, M. Mawuena L. MEDEWOU, Arias AYABA respectivement Directeur Général, Directeur Régional du Transport Bénin, chef Production Cotonou de la CEB, pour m’avoir accordé ce stage de fin de formation au sein de leur structure ;

 M. Delphin AGOSSOU, chef service exploitation DRTB/CEB, nous vous disons merci pour votre disponibilité et votre écoute ;

 M. Etienne AGONHESSOU, Chef poste Maria Gléta, nous vous disons merci pour votre disponibilité et votre écoute dans la

(4)

Mahouna HOUNDJEGA iii

collecte des données; merci également pour l’accueil que vous nous avez réservé au sein de votre service ;

 Personnels de la CEB au service de production de Cotonou, notamment BACHIOUMBA Léopold, et ASSOU Blaise ;

 Opérateurs du poste de Maria Gléta, merci pour toute l’ambiance qui a régné parmi nous toute la période de notre stage ;

 M. Arouna OLOULADE, Chef Département Formation SBEE, merci pour toute l’aide que vous nous avez apportée ;

 M. Bernard HESSOU, Chef Service des Etudes et Planification de la CEB, merci pour tout ce que vous nous avez fait tout au long de notre formation, que le Seigneur DIEU tout puissant vous le rende au-delà de vos mérites ;

 Mes oncles et tantes, mes frères et sœurs, mes cousins et cousines, pour leurs multiples disponibilités et assistance;

 Mes amis de promotion, pour tous leurs conseils pendant les moments difficiles que nous avons ensemble traversés.

(5)

Mahouna HOUNDJEGA iv

RESUME

Notre étude a pour but l’amélioration de la fourniture d’énergie sur la boucle 161 kV du poste de transformation de Cotonou Vèdoko. Pour y arriver, nous avons modélisé et simulé le réseau électrique de la CEB en vue de suivre l’évolution de la tension sur les différents jeux de barres et principalement sur la boucle 161 kV de Cotonou Vèdoko. Cela nous a permis d’y améliorer le niveau de tension par les compensateurs statiques (SVC). Cotonou est en effet en bout de ligne par rapport à la Volta River Authority (VRA). C’est ce qui explique la baisse de tension sur la boucle 161 kV qui a des répercussions sur les consommateurs

Avec le logiciel PSAF, nous avons déterminé en régime permanent, les tensions en module et en phase en tout point du réseau, édité les schémas et calculé les données liées aux modèles des équipements électriques : lignes, transformateurs …

La simulation de l’’injection des sources futures de la CEB permet de corriger faiblement cette chute de tension. Par contre, l’utilisation du compensateur statique permet de transformer un nœud PQ en un nœud PV. Donc le compensateur statique (SVC) est la solution durable aux problèmes de chute de tension sur un nœud.

MOTS CLES: Tension électrique, sources futures, nœud PQ, nœud PV, compensateur statique.

(6)

Mahouna HOUNDJEGA v

ABSTRACT

Our study aims to improve the energy supply to the loop 161 kV transformer station Cotonou Védoko. To achieve this, we modeled and simulated the grid of the CEB to monitor the voltage on different busbars and mainly on the 161 kV loop Cotonou Védoko. This has allowed us to improve the level of tension by static compensators (SVC). Cotonou is indeed ultimately from the Volta River Authority (VRA). This is why the voltage drop on the 161 kV loop that impacts on consumers.

With PSAF, we determined steady tension modulus and phase at any point in the network, published diagrams and calculated data related to patterns of electrical equipment: lines, transformers.

The simulation of the injection future sources of CEB can correct this low voltage drop. For cons, the use of static compensator can transform a node in a node PQ PV. So the static compensator (SVC) is the lasting solution to the problems of voltage drop on a node.

KEY WORDS: Voltage, future sources, PQ node, node PV, static compensator

(7)

Mahouna HOUNDJEGA vi

TABLE DES MATIERES

INTRODUCTION GENERALE ... 1

CHAPITRE 1:PRESENTATION DU CADRE D’ACCUEIL ... 4

1-1 Présentation de la Communauté Electrique du Bénin (CEB) ... 5

1-1-1 Généralités ... 5

1-1-2 Exploitation des installations techniques ... 6

1-1-3 Les capacités d’auto production de la CEB ... 7

1-1-4 Infrastructures de transport de l’énergie ... 7

1-1-5 Clients et fournisseurs de la CEB ... 11

1-1-6 Sources d’alimentation futures du réseau de la CEB ... 14

1.2 Description du poste de Maria- Gléta ... 14

Conclusion ... 16

CHAPITRE 2 :MODELISATION DES ELEMENTS CONSTITUTIFS D’UN RESEAU ELECTRIQUE ... 17

Introduction ... 18

2-1 Organisation générale d’un réseau d’énergie électrique ... 18

2-1.1 Production ... 18

2-1.2 Transport ... 19

2-1.3 Distribution ... 20

2.2 Modélisations mathématiques des éléments du réseau électrique21 2.2-1 Modèle d’un alternateur [4] ... 21

2.2-2 Modèle du transformateur ... 22

2-2.3 Modèle d’une ligne de transport ... 25

2-2.4 Modélisation des charges ... 26

(8)

Mahouna HOUNDJEGA vii

Conclusion ... 27

CHAPITRE 3 :EVALUATION DE LA TENSION SUR LES JEUX DE BARRES GRACE AU LOGICIEL PSAF ... 28

Introduction ... 29

3.1 Présentation du logiciel ... 29

3.1-1 Plateforme de PSAF/ CYME ... 29

3.1-2 Présentation de l’outil de simulation ... 30

3.2 Hypothèse de simulation... 38

3.2-1 Simulation du réseau interconnecté ... 39

3.2-2 Analyse des résultats des simulations ... 44

Conclusion ... 49

CHAPITRE 4:Optimisation de la chute de tension par injection des sources futures de la ceb ou par le compensateur statique svc (static var compensator) ... 50

Introduction ... 51

4.1 Simulation du réseau avec les sources futures de la CEB ... 51

4.2 Les différentes méthodes de production de puissance réactive ... 55

4.2.1 Générateurs synchrones... 55

4.2.2 Compensateurs synchrones ... 56

4.2.3 Bancs de condensateurs ... 57

4.2.4 Compensateurs statiques de puissance réactive SVC ... 58

5.2 Simulation du réseau avec les compensateurs statiques SVC ... 65

5-2.1 Analyse des résultats de simulation ... 70

5.3 Recommandations ... 70

(9)

Mahouna HOUNDJEGA viii

Conclusion ... 71

Conclusion générale ... 73

References bibliographiques ... 74

ANNEXES……….79

(10)

Mahouna HOUNDJEGA ix

LISTE DES FIGURES

Figure 1.1: configuration du réseau actuel de la CEB ... 9 Figure 1.2 : diagramme de répartition de la fourniture l’énergie par la CEB en 2010 ... 13 Figure 1.3: Schéma unifilaire du poste de Maria-Gléta ... 16 Figure 2-1 : organisation générale d’un réseau d’énergie électrique [3] 21 Figure 2.2 : Schéma équivalent d’un transformateur réel ... 22 Figure 2.3: schéma du modèle du transformateur ramené au secondaire.

... 23 Figure 2.4: Représentation schématique en 𝝅 du transformateur ... 24 Figure 2.5 : Modèle en pi d’une ligne de transport ... 26 Figure 3.1: schéma synoptique de la simulation d’écoulement de puissance dans un réseau d’énergie électrique. ... 30 Figure 3.2 : Réseau électrique réduit de la CEB ... 35 Figure 3.3 : Configuration du réseau simplifié à insérer sous PSAF ... 36 Figure 3.4: Présentation du réseau interconnecté simplifié de la CEB sous PSAF ... 37 Figure 3.5: La variation de la tension sur les différents jeux de barres après simulation ... 43 Figure 3.6: Evolution de la tension sur les jeux de barres alimentés par la VRA ... 47 Figure 3.7: Evolution de la tension sur les jeux de barres alimentés par la TCN ... 47 Figure 3.8 : schéma simplifié d’un réseau à deux nœuds ... 48 Figure 4.1:Evolution de la tension sur différents jeux de barres... 54

(11)

Mahouna HOUNDJEGA x

Figure 4.2: Les principaux dispositifs FACTS [9] ... 59 Figure 4.3: structure du SVC et schéma équivalent [9] ... 62 Figure 4.4: modélisation du SVC [10] ... 64 Figure 4.5: Variation de la puissance réactive par un SVC en fonction de la tension nodale [9] ... 65 Figure 4.6: Evolution de la tension sur les jeux de barres après insertion du SVC ... 68 Figure 4.7: Graphique montrant l’évolution de la tension avec ou sans SVC et l’injection des sources futures ... 69

(12)

Mahouna HOUNDJEGA xi

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 2.1: Définition des niveaux de tension [2] ... 19

Tableau 3.1 : Valeurs des grandeurs de base associées à S

B

= 100MVA et U

_B

= U

_N

kV ... 33 Tableau 3.2: Relevés des charges dans les postes de la CEB 39 Tableau 3.3: Résultat de simulation avec les charges de 9h ... 40 Tableau 3.4: Résultat de simulation avec les charges de 13h 41 Tableau 3.5: Résultat de simulation avec les charges de 21h . 41

Tableau 3.6: Configuration du réseau de la CEB le 27 juillet 2012 à 20h TU ... 45

Tableau 3.7 : Résultat de simulation des postes alimentés par la VRA à la pointe ... 45

Tableau 3.8: Résultat de simulation des postes alimentés par la TCN à la pointe ... 46

Tableau 4.1: Résultat de simulation après de 80 MW à Maria Gléta ... 51

Tableau 4.2: Résultat de simulation après injection de 60 MW à Adjarala ... 52

Tableau 4.3: Résultat de simulation après injection de 60 MW à

Adjarala et 80 MW à Maria Gléta ... 53

Tableau 4.4: Résultat de simulation avec SVC ... 66

(13)

Mahouna HOUNDJEGA xii

LA LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS

CEB : Communauté Electrique du Bénin

SBEE : Société Béninoise d’Energie Electrique CEET : Compagnie d’Energie Electrique du Togo VRA: Volta River Authority

TCN: Transmission Compagny of Nigeria NIGELEC: Société Nigérienne d’ Electricité

FACTS: Flexible Alternative Current Transmission Systems SVC: Static Var Compensator

PSAF: Power Systems Analysis Framework LAF : Poste 161/20 kV de Lomé-Aflao

LPO : Poste 161/20 kV de Lomé-Port

CVE : Poste 161/63 et 161/15 kV de Cotonou CGB : Poste 63/15 kV de Cotonou Gbégamey CAK :Poste 63/15 kV de Cotonou Akpakpa PNO : Poste 63/15 kV de Porto-Novo MAG : Poste 161/15 kV de Maria-Gléta

NAN : Centrale Hydroélectrique de Nangbéto KAR : Poste 161/20 kV de Kara

MOM : Poste 161/63 kV de MomèHagou ANF : Poste 161/20 kV d’Anfoin

LOK : Poste 63/20 kV de Lokossa TAB : Poste 63/20 kV de Tabligbo BOH : Poste 161/63/20 kV de Bohicon

(14)

Mahouna HOUNDJEGA xiii

ONI : Poste 161/20 kV d’Onigbolo SAK : Poste 330/161/20 kV de Sakété AVA : Poste 161/20 kV d’Avakpa DAP : Poste 161/20 kV de Dapaong CIN : Poste 161/20 kV de Cinkassé DJO : Poste 161/34,5/20 kV de Djougou PAR : Poste 161/34,5/20 kV de Parakou ATA: Poste 161/20 kV d’Atakpamé CIE: Compagnie Ivoirienne d’Electricité WACEM: West African Cement, Cimenterie IFG: International Fertilizer Group

IEEE: Institute of Electrical and Electronic Engineers CSPR: Compensateur Statique de Puissance Réactive TCSC: Compensateur Série Contrôlé par Thyristor IGBT: Insulted Gate Bipolar Transistor

IGCT: Insulated Gate Commuted Thyristor STATCOM: Compensateur Statique

SSSC: Compensateur Série Statique Synchrone MLI : Modulation de Largeur d’Impulsion

FC: Condensateur fixe

TCR: Réactance Commandée par Thyristor TSC : Condensateur Commandée par Thyristor HTA: haute tension catégorie A

HTB: haute tension catégorie B

(15)

Mahouna HOUNDJEGA 1

INTRODUCTION GENERALE

L’énergie électrique, une des plus importantes découvertes ayant concouru au développement industriel, est devenue indispensable aussi bien dans les ménages que dans les industries. Elle est produite dans les centrales hydro-électrique, thermique, éolienne, solaire et nucléaire.

L’énergie électrique est acheminée vers les consommateurs par des réseaux électriques dont le rôle est de garantir à tout instant la disponibilité et la fiabilité de la fourniture d’énergie. Aussitôt produite, elle est consommée ; cela implique un ajustement constant de la production à la consommation. Pour une exploitation rationnelle de cette énergie, la tension et la fréquence doivent être maintenues stables.

Produite généralement dans les zones éloignées des centres de consommation, le transport de cette énergie se fait sur de longues distances qui causent une dégradation de la tension. Les facteurs qui induisent une détérioration de la tension électrique sont : la longueur des lignes, la forte consommation de la puissance réactive, le mauvais réglage de la tension source et l’insuffisance des sources de production.

Une des préoccupations des exploitants est l’étude du comportement de la tension dans les réseaux de transport de l’énergie électrique. En fait, plusieurs problèmes survenus sur le réseau ont été associés à des instabilités de tension. La dégradation de la tension a des impacts négatifs sur l’utilisateur entre autres l’augmentation de la consommation du courant électrique, la détérioration des appareils électroménagers, les incendies, les déclenchements intempestifs des organes de protection et une baisse des activités économiques des consommateurs.

Les moyens utilisés actuellement pour réguler la tension dans les postes de transformation électrique de la Communauté Electrique du

(16)

Bénin (CEB) sont les régleurs de charge, le transfert de charges sur des départs moins chargés et les permutations des sources VRA (Volta River Authority) et TCN (Transmission Compagny of Nigeria). Ces moyens présentent quelques inconvénients: les régleurs des transformateurs de puissance et les permutations de source ne résolvent pas le problème de la baisse de tension chez l’abonné. Ces moyens, dans l’avenir peuvent s’avérer trop lents pour répondre aux problèmes de la dégradation de la tension sur le réseau. Avec l’apparition de nouvelles technologies développées dans le domaine de l’électronique de puissance, nous avons des dispositifs ayant des temps de réponse très courts, connus sous le nom de FACTS (Flexible Alternative Current Transmission Systems) pour le contrôle du réseau. Ces dispositifs ont favorisé de nouvelles orientations pour une exploitation plus efficace des réseaux par action continue ou rapide sur les paramètres (déphasage, tension, impédance). Ainsi les transits de puissance sont mieux contrôlés et la tension mieux régulée. Les SVC (Static Var Compensator) sont une des variétés de FACTS les plus utilisées pour la stabilité de la tension.

Nous avons constaté que la dégradation de la tension se pose avec acuité sur la boucle 161 kV du poste de transformation électrique de Cotonou Vèdoko. Ainsi, pour améliorer la tension sur cette boucle, nous avons décidé de travailler sur le thème :

« Contribution à l’amélioration de la fourniture de l’énergie électrique sur la boucle 161kV du poste de transformation électrique de Cotonou Vèdoko par les compensateurs statiques».

Notre travail sera structuré de la manière suivante :

Le premier chapitre portera sur la Communauté Electrique du Bénin, le cadre de notre stage. Cette présentation mettra un accent sur

(17)

l’historique de la Communauté, ses domaines d’activités et la présentation de son réseau de transport ; le deuxième chapitre sera consacré à la modélisation des différents éléments d’un réseau d’énergie électrique ; le chapitre 3 sera consacré à l’évaluation de la tension sur les différents jeux de barres du réseau de transport de la CEB grâce au logiciel PSAF (Power Systems Analysis Framework) ; le chapitre 4 sera consacré à l’optimisation de la chute de tension par injection des sources futures de la CEB ou par le compensateur statique SVC (Static Var Compensator) et les recommandations.

(18)

CHAPITRE 1

PRESENTATION DU CADRE D’ACCUEIL

(19)

1-1 Présentation de la Communauté Electrique du Bénin (CEB) 1-1-1 Généralités

Le secteur de l’électricité au Togo et au Bénin est régi par l’accord international et le code Bénino-Togolais de l’électricité signé entre le Togo et le Bénin en 1968 et créant une communauté d’intérêt entre les deux Etats dans le domaine de l’énergie électrique. Ce code confère à la Communauté Electrique du Bénin (CEB), le monopole de la production, du transport et des importations/exportations de l’énergie électrique sur l’ensemble du territoire des deux Etats.

Aux termes de cet accord révisé le 23 Décembre 2003, la Communauté Electrique du Bénin reçoit sur l’ensemble des territoires des deux Etats, l’exclusivité d’exercer les activités de transport, d’importation, d’acheteur unique pour les besoins des deux Etats. Les missions qui lui sont assignées à cet effet sont:

 Réaliser et exploiter selon les règles appliquées par les sociétés industrielles et commerciales, des installations de production d’énergie électrique pour les besoins des deux Etats ;

 Réaliser et exploiter selon les règles appliquées par les sociétés industrielles et commerciales, les installations de transport de l'énergie électrique sur l'ensemble des territoires des deux Etats en qualité de transporteur exclusif. En outre, elle reçoit les privilèges d'acheteur unique pour les besoins des deux Etats ;

 Conclure en cas de nécessité, avec les pays voisins des deux Etats, des accords relatifs à l'importation de l'énergie électrique, chacun des deux Etats s'engageant à ne conclure aucun accord séparé d'importation d'énergie électrique ;

(20)

 Conclure en cas de nécessité, des accords d’exploitation de l’énergie électrique excédentaire avec les pays voisins des deux Etats ;

 Conclure en cas de nécessité, avec les pays voisins des deux Etats, des accords de transit de l’énergie électrique ;

 Assurer, grâce à son centre de formation professionnelle et de perfectionnement, la sélection, la formation et le perfectionnement au profit des agents des entreprises des deux Etats sans exclusive ;

 Planifier la production et le transport de l'énergie électrique en liaison avec les ministères en charge de l'énergie électrique pour les besoins des deux Etats ;

 Exercer au profit des deux Etats, les missions de centre de réparation et d'entretien, de centrale d'achat de matériels et d’équipements, et de bureau d'études et d'ingénierie, étant entendu que ces missions n'ont pas un caractère obligatoire pour la CEB.

1-1-2 Exploitation des installations techniques

Les activités de conduite, de surveillance du réseau de transport, de gestion optimale des parcs de production du Togo et du Bénin ainsi que l'entretien des ouvrages électriques de la CEB sont directement placées sous la responsabilité des directions du transport et de la production qui comprennent les unités opérationnelles suivantes :

 Le Dispatching ou centre de conduite centralisée installé dans le bâtiment du siège de la CEB à Lomé ;

 La Direction régionale du transport Togo ayant son siège dans l'enceinte de la sous-station de Lomé-Aflao ;

(21)

 La Direction régionale du transport Bénin ayant son siège dans l'enceinte de la sous-station de Cotonou à Vêdoko ;

 La Direction de la Centrale de Nangbéto.

1-1-3 Les capacités d’auto production de la CEB

 Infrastructures de production d'énergie électrique au TOGO Une centrale hydroélectrique implantée à Nangbéto en 1987 d'une capacité de 2 x 32,8 MW avec un productible moyen annuel de 170GWh et une turbine à gaz de 20 MW implantée à la centrale thermique de Lomé-Port en 1998 fonctionne actuellement au jet A1 ou au gaz naturel importé du Nigéria avec un productible annuel de 150 GWh.

 Infrastructures de production d'énergie électrique au BENIN Neuf turbines à gaz de 100MW dont huit pour le Gouvernement Béninois d’une puissance de 80MW et une pour la CEB d’une puissance de 20MW avec un productible de 150MWh, sont implantées à la sous- station de Maria-Gléta. Ces turbines seront alimentées au jet A1 et au gaz naturel du projet Gazoduc de l’Afrique de l’ouest reliant Lagos au Nigéria à Takoradi au Ghana. Actuellement, la turbine de 20MW de la CEB est mise en service depuis novembre 2011 et les essais des huit turbines à gaz de 80MW du Gouvernement Béninois sont prévus pour bientôt.

1-1-4 Infrastructures de transport de l’énergie

 Infrastructures de transport de l'énergie électrique au TOGO

Au TOGO, la CEB dispose de 419,6 km de ligne de transport d’énergie pour une capacité de transformation de 407,16 MVA répartis sur les postes suivants :

(22)

Mahouna HOUNDJEGA 8 o Le Poste de Lomé Aflao (85 MVA) ;

o Le Poste de Lomé Port (80 MVA) ;

o Le Poste de MomèHagou (100 MVA) ;

o Le Poste d'Atakpamé (21 MVA) ;

o Le Poste de Dapaong (10 MVA) ;

o Le Poste d'Anfoin (16 MVA) ;

o Le Poste de Lama Kara (20 M VA) ;

o Le Poste de Tabligbo (70 MVA) ;

o Le Poste de Cinkasse (5,16 MVA) .

 Infrastructures de transport de l'énergie électrique au BENIN

Au BENIN, la CEB dispose de 518 km de ligne de transport de l'énergie pour une capacité de transformation de 826,5 MVA répartis sur les postes suivants :

o Le Poste de Cotonou -Vêdoko (194 MVA) ;

o Le Poste d'Onigbolo (70 MVA) ;

o Le Poste de Bohicon (40 MVA) ;

o Le Poste de Lokossa (32 MVA) ;

o Le Poste d'Avakpa (19 MVA) ;

o Le Poste de Sakété (412,5 MVA) ;

o Le Poste de Djougou (20 MVA) ;

o Le Poste de Parakou (20 MVA) ;

o Le Poste de Maria Gléta (19 MVA).

La CEB possède également un centre de conduite centralisée du réseau (Dispatching) logé à la Direction Générale à Lomé.

En résumé, le réseau général de transport de la CEB se présente comme suit:

(23)

Figure 1.1: Configuration du réseau actuel de la CEB

(24)

Légende

LAF : Poste 161/20kV de Lomé-Aflao LPO : Poste 161/20kV de Lomé-Port

CVE : Poste 161/63 et 161/15kV de Cotonou CGB : Poste 63/15kV de Cotonou Gbégamey CAK : Poste 63/15kV de Cotonou Akpakpa PNO : Poste 63/15kV de Porto-Novo

MAG : Poste 161/15kV de Maria-Gléta

NAN : Centrale Hydroélectrique de Nangbéto NAT : Poste de Natitingou

KAR : Poste 161/20 kV de Kara

MOM : Poste 161/63 kV de MomèHagou ANF : Poste 161/20 kV d’Anfoin

LOK : Poste 63/20 kV de Lokossa TAB : Poste 63/20 kV de Tabligbo BOH : Poste 161/63/20 kV de Bohicon ONI : Poste 161/20 kV d’Onigbolo SAK : Poste 330/161/20 kV de Sakété AVA : Poste 161/20 kV d’Avakpa

(25)

DAP : Poste 161/20 kV de Dapaong CIN : Poste 161/20 kV de Cinkassé DJO : Poste 161/34,5/20 kV de Djougou PAR : Poste 161/34,5/20 kV de Parakou BEM: Poste de Bembèrèké

VRA: Volta River Authority

TCN: Transmission Company of Nigeria ATA: Poste 161/20 kV d’Atakpamé

1-1-5 Clients et fournisseurs de la CEB 1-1-5-1 Les fournisseurs de la CEB La VRA

La Volta River Autority (VRA) fournit de l’énergie à la CEB à travers la ligne 161 kV double ternes entre Akossombo (AKOS) et Lomé-Aflao.

Elle dispose en fait d’un parc mixte de production composé de deux centrales hydroélectriques (Akossombo et Kpong), des centrales thermiques diesel (Tema) et des turbines à gaz (Aboadze) avec une puissance estimée à environ 1818 MW. La quantité d’énergie vendue actuellement à la CEB est évaluée à 50 MW.

La CEI

La CEB importe de l’énergie la Compagnie Ivoirienne d’Electricité (CIE) depuis 1995. L’importation de la CEB se fait à travers la ligne 225 kV Abobo (Côte d’Ivoire) et Presta (Ghana). Au-delà de cette

(26)

interconnexion, l’énergie est livrée à la CEB à travers le réseau de la VRA. La CIE dispose d’un parc composé de 3 grandes centrales thermiques et des centrales hydroélectriques.

La NIGELEC

La CEB importe de l’énergie électrique auprès de NIGELEC (Niger) depuis septembre 2003 à travers une ligne 33 kV isolé du réseau interconnecté de la CEB et reliant le poste de Gaya (Niger) au poste de Malanville.

La TCN

La Transmission Compagny of Nigéria (TCN) est une société Nigériane qui a signé avec la CEB un accord de fourniture d’énergie.

L’importation de l’énergie est assurée à travers une ligne d’interconnexion 330 kV entre le poste d’Ikéja West (banlieue de Lagos) et le poste de Sakété au Bénin. Le poste de Sakété est équipé de deux autotransformateurs 330/161 kV ayant chacun une puissance nominale de 200 MVA. La TCN reste le plus grand fournisseur de la CEB avec 150MW contractuels.

La figure 1.2 montre la répartition de l’énergie par la CEB pour une offre totale de 1863,001GWh en 2010

(27)

Figure 1.2 : diagramme de répartition de la fourniture l’énergie par la CEB en 2010

1-1-5-2 Les clients de la CEB

Les clients de la CEB sont répartis sur les territoires Togolais et Béninois.

Au Togo, nous avons :

- WACEM : West African Cement, Cimenterie ;

- IFG : International Fertilizer Group, (ex-Office Togolais des Phosphates) ;

- CEET : Compagnie d’Energie Electrique du Togo.

Au Bénin, nous avons :

(28)

- SCB-Lafarge : Société des Ciments du Bénin-Lafarge, Cimenterie d’Onigbolo ;

-SBEE : Société Béninoise d’Energie Electrique.

1-1-6 Sources d’alimentation futures du réseau de la CEB

 L'Aménagement hydroélectrique d'Adjarala

Il s'agit d'une centrale hydroélectrique d'une capacité de 3x49MW à construire sur le fleuve Mono à l'aval de Nangbéto dans le village d'Adjarala (Aplahoué) au Bénin. Le productible annuel est de 366 GWh.

L'intérêt du projet sur le plan énergétique est la mise en valeur du potentiel hydroélectrique du fleuve Mono commun aux deux pays, l'amélioration du plan de tension et de la capacité de reprise du réseau électrique de transport 161 kV de la Communauté Electrique du Bénin après black-out. Ainsi l’autonomie énergétique des deux pays va s’améliorer.

1.2 Description du poste de Maria- Gléta

Situé dans la commune d’Abomey Calavi, à une vingtaine de kilomètre de la DRTB, Maria Gléta est une localité de l’arrondissement de Togba qui est un site normalement destiné aux producteurs indépendants. Il est le point d’arrivée du gazoduc ouest Africain. Le poste a été créé afin de faciliter la distribution d’énergie à la SBEE pour desservir les environs de Calavi.

Le poste de Maria Gléta est un poste source HTB/HTA 161kV/15kV et comprend deux lignes HTB de 161kV. Il est alimenté par la ligne

Momè-Hagou – Cotonou déviée dans le poste par le biais deux pylônes, l’un à l’entrée L220 et l’autre à la sortie L225 (venant de Cotonou). On

(29)

distingue deux travées lignes (L220 et L225) et deux travées transformateurs T1 (161/10,5kV 25MVA) et T2 (161/15kV 19MVA)Les lignes alimentent le poste à travers une disposition à deux jeux de barres à l’aide de la travée de transformateur abaisseur qui dessert les départs 11, 12 et 21 du poste de la SBEE de Calavi. Le départ 22 n’est pas encore exploité. Sur chaque travée, il y a un sectionneur de ligne, un sectionneur de terre et des dispositifs de mesures et de protection.

(30)

Figure 1.3: Schéma unifilaire du poste de Maria-Gléta Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons fait une présentation administrative et technique de la Communauté Electrique du Bénin, ceci dans le but de décrire le cadre de travail et de faire connaître les infrastructures et équipements d’un réseau électrique à tous les lecteurs de ce document.

(31)

CHAPITRE 2

MODELISATION DES ELEMENTS CONSTITUTIFS D’UN RESEAU ELECTRIQUE

(32)

Introduction

Actuellement, la très grande majorité de l’énergie électrique consommée dans le monde est acheminée par l’ensemble du réseau électrique. Ce dernier est composé de structures de production, de transport, de distribution et de la charge. L’objectif poursuivi dans ce chapitre est de présenter des modèles simplifiés des éléments du réseau d’énergie électrique afin de les agencer dans un modèle général dont on étudiera le comportement.

2-1 Organisation générale d’un réseau d’énergie électrique 2-1.1 Production

L’énergie électrique est produite dans les usines génératrices appelées centrales ou par des sources de production locale mais il est impossible de la stocker sauf à faible quantité dans les piles ou batteries d’accumulateurs sous forme d’énergie chimique.

Les usines productrices comportent généralement un ou plusieurs groupes tournants constitués chacun par une machine motrice entraînant un alternateur qui produit une tension 3Ø dont la tension efficace n’excède pas 25kV pour des raisons d’isolement et de refroidissement. La fréquence de la tension est de 50 Hz dans le système européen (cas du Bénin) et de 60 Hz dans le système du Nord- américain. Ces usines diffèrent entre elles par la source de production de la force motrice et de la nature de la machine motrice. On distingue les usines hydroélectriques, les grandes usines thermiques et les usines nucléaires. D’autres sources de production locale existent. Nous avons l’éolienne, l’énergie solaire, le biogaz, l’énergie chimique (piles). La tension produite par l’alternateur est élevée à Haute Tension Catégorie A (HTA) et B (HTB) par des transformateurs de puissance élévateurs se

(33)

trouvant à proximité de l’usine pour minimiser les pertes énergétiques et les chutes de tensions lors du transport de l’énergie électrique qui se fait sur de très longues distances. [1]

2-1.2 Transport

De façon générale, les centres de production de l’énergie électrique sont souvent éloignés des centres de consommation compte tenu de certains problèmes environnementaux et de la disponibilité des matières premières (charbon, gaz naturel, eau etc.) alors que les grands consommateurs sont dans les grandes villes, ou dans les zones industrielles. Il est donc nécessaire de transporter l’énergie électrique des centres de production vers les centres de consommation. Ce transport se fait avec des lignes de transport à haute tension afin de réduire les pertes d’énergie et les chutes de tension. Les hautes tensions sont classées en deux catégories à savoir: HTA, HTB. Ces différents niveaux de tension sont définis dans le tableau 2.1 suivant:

Tableau 2.1: Définition des niveaux de tension [2]

Domaines de tension

Valeur de tension nominale U_n (V) Courant alternatif Courant continu Haute tension HT HTA 1000 < U_n ≤ 50000 1500< U_n ≤ 75000

HTB U_n ≥50000 U_n > 75000

Le genre de ligne utilisé est imposé par les facteurs suivants : la puissance active à transporter, la distance du transport, le coût, l’esthétique, l’encombrement et la facilité d’installation. Ces lignes de transport peuvent échanger de l’énergie entre elles grâce à des postes d’interconnexion qui servent à les relier avec d’autres afin d’augmenter la

(34)

stabilité de l’ensemble. Les postes d’interconnexion servent parfois des points d’alimentation des réseaux régionaux. Les lignes de transport reposent généralement sur des supports métalliques appelés pylônes et sont protégés en haut par des fils de garde contre les décharges atmosphériques. [1]

2-1.3 Distribution

L’énergie électrique est utilisée dans tous les secteurs de la vie : industrie, services, ménages et bureaux … Elle peut être transformée en d’autres formes d’énergie mécanique, calorifique et chimique.

Les réseaux régionaux desservis par les postes d’interconnexion alimentent les postes de répartition ou poste de distribution primaire d’où partent les lignes HTA. La HTA est comprise entre 1 kV et 50 kV. Ces lignes HTA arrivent directement chez les clients importants (les industriels) et dans les zones sectorielles des quartiers de villes.

Les lignes basses tension BTB partent des postes secondaires des zones sectorielles des quartiers pour alimenter les petits abonnés. La basse tension BTB est comprise entre 50V et 1 kV. Ce sont ces lignes BTB qui sont à l’intérieur des édifices, les usines et maisons pour alimenter les moteurs, les cuisinières et les lampes. [1]

En somme, l’organisation générale d’un réseau d’énergie électrique se présente suivant la figure 2.1:

(35)

Figure 2-1 : Organisation générale d’un réseau d’énergie électrique [3]

2.2 Modélisations mathématiques des éléments du réseau électrique

2.2-1 Modèle d’un alternateur [4]

Le groupe turbo-alternateur est considéré comme le cœur du réseau électrique, il assure la production de l’énergie électrique demandée par le consommateur. Dans notre cas, le groupe turbo- alternateur est modélisé par une source de tension constante qui injecte, au niveau du nœud auquel il est connecté, une puissance active 𝑃_𝑔 et réactive 𝑄_𝑔.

L’alternateur possède deux boucles de régulation automatique, une pour le réglage automatique de la puissance AGC (Automatic

(36)

Génération Control) et l’autre pour le réglage de la tension (Automatic Voltage Regulator).

La production de l’énergie réactive dans un générateur est limitée suivant l’équation (2.1)

𝑄_𝑔^𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑄_𝑔 ≤ 𝑄_𝑔^𝑚𝑎𝑥et 𝑃_𝑔^𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑃_𝑔 ≤ 𝑃_𝑔^𝑚𝑎𝑥 (2.1)

Cette limitation est due principalement à la limite thermique des bobinages statorique et rotorique ainsi que la limitation de l’angle rotorique permise.

2.2-2 Modèle du transformateur

Le transformateur de puissance est le composant permettant d’élever l’amplitude de la tension alternative disponible à la sortie de l’alternateur pour l’amener aux niveaux requis pour le transport. C’est une machine statique qui permet l’utilisation de différents niveaux de tension dans un système de puissance. Le schéma de la figure suivante montre le modèle d’un transformateur avec la mise en exergue des pertes par effet joule et pertes fer.

R₁ L₁

Rfe Xµ

N₁

m

N2

R2 L2

V2

V1

I1 I2

«

Figure 2.2 : Schéma équivalent d’un transformateur réel

(37)

Nous désignons par 𝑅₁,𝑅₂ ,𝐿₁,𝐿₂ les résistances et inductances de fuites des enroulements primaires de 𝑁₁spires et du secondaire de 𝑁₂ ; 𝑅_𝑓𝑒 résistance du circuit magnétique et 𝑋_𝜇 est la réactance de magnétisation du circuit magnétique correspondant à ce flux, I1 et I2 sont les courants dans l’enroulement primaire et secondaire, V1 et V2 sont les tensions dans l’enroulement primaire et dans l’enroulement secondaire.

Le courant de magnétisation étant faible devant le courant de charge du transformateur, on peut négliger ainsi ce courant, les pertes fer et en ramenant le primaire au secondaire. Le schéma de la figure suivante représente ce modèle.

V1

Figure 2.3: schéma du modèle du transformateur ramené au secondaire.

𝑦 = ¹

𝑅+𝑗𝑋 et y est l’admittance du transformateur, 𝑅 = 𝑅₂ +𝑚²𝑅₁et𝑋 = 𝑋₂ +𝑚²𝑋₁ (2.2) Nous obtenons :

𝑉 ₁ = 𝑉′₁ (2.3) 𝑚 =^𝐼_𝐼²

1 = _𝑉′^𝑉¹

2 car le courant de magnétisation est négligé.

Nous avons aussi : 𝐼 ₂ = 𝑉 ^′₂ − 𝑉 ₂ .𝑦 = ^𝑉¹

𝑚 − 𝑉 ₂ .𝑦 (2.4)

𝑉₂^′ 𝑉₁^′

m

V2

~ I2

I1

1 𝑅+𝑗𝑋

(38)

Soit 𝐼 ₂ = ^𝑦

𝑚𝑉 ₁ − 𝑦 𝑉 ₂ et 𝐼 ₁ = ^𝐼²

𝑚 = ^𝑦

𝑚²𝑉 ₁ − ^𝑦

𝑚𝑉 ₂

Lorsque nous écrivons les équations des deux courants sous forme matricielle, nous obtenons :

𝐼₁ 𝐼₂ =

𝑦

𝑚² −_𝑚^𝑦

𝑦

𝑚 − 𝑦 𝑉₁

𝑉₂ (2.5)

Le schéma équivalent tel que représenté ne peut être exploité ; pour pouvoir l’exploiter il va falloir alors un rapprochement avec le modèle en 𝜋 des admittances du quadripôle comme l’illustre la figure 2.5:

A

B V1 C

V2

I1 I2

Figure 2.4: Représentation schématique en 𝝅 du transformateur A partir de ce modèle, nous pouvons tirer les équations suivantes:

𝐼 ₁ = 𝐴+𝐵 𝑉 ₁ − 𝐴𝑉 ₂ 𝐼 ₂ = 𝐴𝑉 ₁ −(𝐴 +𝐶)𝑉 ₂

En écrivant les équations sous forme matricielle, nous avons:

𝐼₁

𝐼₂ = (𝐴+𝐵) − 𝐴 𝐴 −(𝐴 +𝑐) 𝑉₁

𝑉₂ (2.6)[6]

Des équations des deux matrices on tire :

(39)

𝐴 = ^𝑦

𝑚 ;𝐴+𝐵 = ^𝑦

𝑚²;𝐴+𝐶 =𝑦 (2.7)

Ainsi 𝐴 = _𝑚^𝑦 , 𝐵 = _𝑚^𝑦 _𝑚¹ −1 𝑒𝑡 𝐶 =𝑦 (1−_𝑚¹ ). (2.8)

Dans un réseau électrique, les transformateurs de puissance qui sont connectés directement à la charge sont des transformateurs à régleur de charge. Ils disposent des régulateurs automatiques de la tension dans des limites permises de fonctionnement, indépendamment des fluctuations de tension primaire.

2-2.3 Modèle d’une ligne de transport

Le rôle fondamental d’une ligne est de transporter une puissance active.

Si elle doit transporter une puissance réactive celle-ci doit être faible par rapport à la puissance active. Une ligne de transport doit posséder des caractéristiques de base suivantes :

 La tension doit demeurer pratiquement constante sur toute la longueur de la ligne pour les charges comprise entre zéro et la charge nominale ;

 Les pertes actives doivent être faibles afin que la ligne puisse posséder un bon rendement ;

 Les pertes joules ne doivent pas surchauffer les conducteurs. [1]

Les lignes possèdent les caractéristiques électriques communes. Elles permettent aussi d’échanger de la puissance à travers les lignes d’interconnexion. Les modèles les plus utilisés dans l’analyse et l’étude des réseaux électriques sont classés en trois groupes (lignes longues, lignes moyennes et lignes courtes). La structure de ligne la plus utilisée est le schéma en pi.

(40)

Figure 2.5 : Modèle en pi d’une ligne de transport

Avec 𝑍_𝐿 =𝑍^{𝑠𝑖𝑛 𝑕𝛾𝑙}

𝛾𝑙 𝑌_𝐿 = 𝑌^{𝑡𝑎𝑛 𝑕𝛾𝑙} ²

𝛾𝑙 2 (2.9)

Où 𝑍 = 𝑧𝑙 et 𝑌 = 𝑦𝑙 [5], 𝛾 est complexe et s’exprime comme suit:

𝛾 =𝛼+𝑗𝛽 [5]

Et 𝛼 est le terme de l’atténuation et 𝛽 est la constante de phase 2-2.4 Modélisation des charges

La modélisation de la charge joue un rôle très important dans l’étude et l’analyse de la sécurité de tension. Dans la littérature, il existe deux types de modélisation des charges électriques à savoir, la modélisation statique et celle dynamique. La modélisation dynamique est relativement compliquée; la puissance consommée par la charge est une fonction de la tension et du temps. Elle est utilisée généralement pour l’étude et l’analyse de la stabilité transitoire. La modélisation statique est mieux adaptée aux programmes d’écoulement de puissance.

Dans cette section, en présence des différents modèles statiques qui expriment la puissance active et réactive de la charge en fonction de la tension de nœud. Le modèle exponentiel de la charge est défini par les équations :

(41)

𝑃 =𝑃₀ × (_𝑉^𝑉

0)^𝑛𝑝 [4] (2.10) 𝑄 = 𝑄₀ × (_𝑉^𝑉

0)^𝑛𝑞 [4] (2.11) Avec :

 𝑃₀ et 𝑄₀ : puissance active et réactive consommées à une tension de référence 𝑉₀

 𝑛_𝑝 et 𝑛_𝑞 : constantes dépendant du type de la charge.

Dans ce mémoire, nous avons utilisé le modèle à puissance constante (modèle standard PQ) et les puissances active et réactive ne dépendent pas de la tension (𝑛_𝑝 = 𝑛_𝑞=0).

Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons fait la présentation des modèles des différents éléments constitutifs du réseau électrique en vue de l’incorporer dans le modèle général qui fera l’objet de notre étude.

(42)

CHAPITRE 3

EVALUATION DE LA TENSION SUR LES JEUX DE

BARRES GRACE AU LOGICIEL PSAF

(43)

Introduction

La simulation de l’écoulement de puissance grâce au modèle du réseau de la CEB nous permettra d’évaluer les tensions sur les différents jeux de barres. Cette simulation se fera grâce aux différentes données que nous avons eues sur le réseau et aux relevés des charges que nous avons eus dans les postes de la CEB.

3.1 Présentation du logiciel

3.1-1 Plateforme de PSAF/ CYME

Le logiciel PSAF (Power Systems Analysis Framework) de CYME consiste en une série de modules intégrés d’analyse de réseaux électriques qui partagent la même base de données et les modifications de réseau.

L’interface graphique en grande partie itérative permet de tracer facilement le schéma unifilaire à l’écran, de définir les paramètres de ces composants électriques et d’opérer des simulations pour aboutir à des résultats. Comme en théorie, le logiciel requiert la définition d’un puissant générateur connecté à un nœud de référence qui va fournir les puissances actives et réactives nécessaires pour équilibrer les échanges et de fournir les pertes du réseau. Ainsi à ce nœud, on fixe le module de la tension et l’argument. Ce nœud est choisi tout en tenant compte des différentes sources de production.

La version de PSAF que nous utilisons est la version complète ce qui nous a permis d’avoir accès à toutes les fonctionnalités. Elle possède les fonctions élémentaires telles que le calcul de répartition de puissance et l’analyse de court- circuit.

(44)

3.1-2 Présentation de l’outil de simulation

L’outil de simulation de l’écoulement de puissance permet de faire une répartition de puissance des charges pour en déduire les tensions (amplitude et déphasage) sur les différents jeux de barres à partir des puissances actives et réactives (P, Q) disponibles (figure 3.1). Il faut souligner l’importance de fixer un nœud bilan qui servira de référence (Swing) dans le réseau à simuler.

Figure 3.1: schéma synoptique de la simulation d’écoulement de puissance dans un réseau d’énergie électrique.

Les entrées du logiciel ont uniquement rapport avec les différents types de nœuds:

 Nœuds P-V : pour ce type de nœud, on associe généralement les centrales de production. On spécifie la puissance active et le module de la tension. Les variables à déterminer sont la phase de la tension et la puissance réactive ;

 Nœud P-Q : pour ce type de nœud, on associe les charges. Ces dernières sont caractérisées par la consommation des puissances active et réactive fixées. Les variables à déterminer sont le module et la phase de la tension ;

Logiciel de simulation de l’écoulement de

puissance ;

Paramètres des lignes de transport

(R, X et Y)

Entrées :

Nœud charge : PQ Nœuds tensions : PV Nœud V, Ɵ

Sorties :

Répartition de P et Q dans les lignes de transport et les charges Tension U sur les

différents jeux de barres

(45)

 Nœud V- 𝜃 : pour ce type de nœud on associe la centrale de production la plus puissante. Dans un nœud k (nœud de référence ou nœud bilan ou slack bus), on spécifie la phase 𝜃 et le module de la tension. Les valeurs à déterminer sont les puissances active et réactive.

Les paramètres des lignes de transport et des transformateurs sont consignés en annexe. L’ordre de grandeur utilisé par le logiciel est le système per unit.

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

 Puissance, tension et courant de base

A un réseau, sont associées les quatre variables complexes suivantes : U tension entre phases ; I courant de phase ; S puissances complexes et Z impédance du circuit.

Dans un système triphasé équilibré, l’amplitude (module) de la tension entre phases et celle entre une phase et le point neutre sont liées entre- elles par la relation 3.1

𝑈 = 3 ∗ 𝑉

[V] (3.1) La puissance complexe traversant la section π est donnée par :

S = 3. V . I = 3. U . 𝐼

^∗

= 𝑃 + 𝑗𝑄

[VA] (3.2) Elle se décompose en :

(46)

- Puissance active = P [Watt]

- Puissance réactive = Q [VAr]

La puissance apparente, S , s’exprime en Volts- Ampères ; le déphasage entre V et I est représenté par l’angle ‘φ’ dont le cosinus est appelé

« facteur de puissance ».

La tension (φ-N) et le courant sont liés entre eux par la loi d’ohm :

V = Z. I (3.3)

Nous définissons le système de grandeurs réduites « Per Unit » de la manière suivante :

S_pu =_S^S

B ; U_pu = _U^U

B ;I_pu = _I^I

B et Z_pu = _𝑍^𝑍

B (3.4) 𝑈_𝐵 = 3.𝑉_𝐵[V] (3.5)

𝑆_𝐵 = 3 .𝑈_𝐵.𝐼_𝐵[VA] (3.6) 𝑉_𝐵 = 𝑍_𝐵.𝐼_𝐵 (3.7)

Les grandeurs de base, indicées ‘B’, choisies judicieusement, permettent de simplifier considérablement les calculs dans les réseaux d’énergie électrique. Dans le système de base, la puissance se conserve et la loi d’Ohm reste également d’application.

En divisant membre à membre les équations (3.1) et (3.5), nous obtenons :

𝑈_𝑝𝑢 = 𝑉_𝑝𝑢 [pu] (3.8)

Et l’expression (3.9) est obtenue en divisant membre à membre (3.2) et (3.6), nous avons

(47)

𝑆 _𝑝𝑢 = 𝑈 _𝑝𝑢. I_𝑝𝑢 [pu] (3.9)

Si nous prenons une puissance de base de 100MVA et une tension de base correspondant à la tension nominale du tronçon étudié, en se limitant aux niveaux de tension usuels HTA et HTB de la CEB, nous obtenons les valeurs consignées dans le tableau suivant :

Tableau 3.1 : Valeurs des grandeurs de base associées à S_B = 100MVA et UB = UN kV [6]

U_N [kV] I_B [A] Z_B [Ω] Y_B [µS]

34.5 1673 12 83334

63 916 40 25000

161 359 259 3861

330 175 1089 918

Le réseau interconnecté actuel de la CEB sera tracé par le biais des composants du réseau électrique puis par les blocs de paramétrage que nous offre le PSAF. La méthode de calcul utilisée dans le logiciel est la méthode de Newton- Raphson. Le réseau de notre étude est composé de plusieurs générateurs qui débitent à travers les transformateurs et les lignes de transport sur le réseau.

Pour l’édition du réseau, certains postes du nord Togo ne seront pas pris en compte, compte tenu de leur position. Ces postes (Dapaong et Cinkassé) sont directement interconnectés avec la VRA et ne sont pas encore reliés au grand réseau de la CEB. Par contre au Bénin, certains postes seront regroupés car ces postes ne disposent pas de tableau pour l’affichage des paramètres du réseau. Ainsi le poste de Natitingou

(48)

sera regroupé avec le poste de Djougou et Bembêrèkè à celui de Parakou. Le réseau réduit de la CEB se présentera comme le montre la figure suivante.

(49)

Figure 3.2 : Réseau électrique réduit de la CEB AVA

LPO TAB LOK

ANF

~ IFG

161 kV 80 km161 kV 80 km

27km 27 km27k m 27 km 20,8 km 20,8 km

AKP PNO

CGB MOM

LAF

~ MAG

~

ONI NAN BOH

~

DJO PAR

161 kV 303 km161 kV 303 m km

KAR

ATA

CVE

SAK

20MW

(50)

La configuration du réseau simplifié à insérer sous PSAF se présente comme suit :

Figure 3.3 : Configuration du réseau simplifié à insérer sous PSAF

SAK

LAF

PNO

APK CGB

LPO VRA

MOM KAR

KAR DJO

DJO

PAR

ATA

NAN BOH

ONI

AVa TCN AA Kar MAG G Kar

CVE CVE

(51)

Figure 3.4: Présentation du réseau interconnecté simplifié de la CEB sous PSAF

(52)

3.2 Hypothèse de simulation

Les hypothèses seront formulées sur tous les équipements du réseau:

 Chaque jeu de barres est caractérisé par sa tension nominale.

Pour la simulation, leur tension est fixée à la nominale sauf pour les nœuds générateurs, bilan et leur déphasage nul. Après la simulation, toutes les tensions doivent évoluer dans une limite de sécurité (±10% de la tension nominale). En dessous ou en dessus de cette limite, il y a des risques d’instabilité de tension.

Pour le réseau actuel de la CEB, nous voulons procéder à la simulation en considérant la VRA comme le puissant générateur qui débite sur la barre Lomé-Aflao (Swing) dans un premier temps et dans un second nous allons simuler à la pointe le réseau séparément (les postes alimentés par la VRA et ceux alimentés par la TCN) ; le réseau CEB étant splitté car les tensions TCN et VRA ne peuvent pas être synchronisées de nos jours à cause du ∆φ très fluctuant de ces deux tensions.

 La puissance transitée dans les lignes doit être proche de la puissance maximale qui est généralement la limite thermique d’une ligne.

 Les transformateurs utilisés dans notre simulation sont de modèles à prise fixe du fait que les relevés des paramètres de simulations sont pris à tension constante (supposées)

 Quant aux relevés des charges, les valeurs de puissances actives et réactives sont obtenues à des heures fixes de la journée sur une durée d’une semaine. Suite à une analyse et observation de la variation de la charge durant toute la semaine, nous avons fait nos simulations avec les valeurs d’une journée.

(53)

3.2-1 Simulation du réseau interconnecté

Actuellement, le réseau interconnecté de la CEB est composé de:

 20 jeux de barres avec 15 barres en 161kV, 4 en 63kV et 1 en 330kV;

 7 transformateurs de puissance ;

 24 lignes de transport ;

 6 générateurs ;

 Les charges (258.35 MW) ;

Pour simuler le load flow, nous avons relevé les charges dans les postes du réseau interconnecté de la CEB à des heures précises de la journée (9h, 13h et 21h). Ces données relevées dans la journée du 27 Juillet 2012 sont consignées dans le tableau suivant:

Tableau 3.2: Relevés des charges dans les postes de la CEB

Désignation 9h 13h 21h

P(MW) Q(MVAr) P(MW) Q(MVAr) P(MW) Q(MVAr)

LAF 18.66 0.12 19.36 0.12 24 0.12

MOM 25.68 11.58 26.08 12.02 31.65 12.99

LPO 18.66 0.12 19.39 0.12 26.8 0.12

ANF 3 1.2 3.23 1.2 4.56 1.63

ATA 5.26 0.55 5.63 1.01 7.02 1.53

KAR 7 4.8 7 4.5 10.3 6.1

CVE 66.5 27.3 81.3 33.2 94.5 45.5

AVA 3.95 2.1 3.9 2.41 5.92 2.52

SAK 0.31 0.32 0.54 0.51 1.02 0.84

ONI 9.5 4.41 9 4.10 7 3.15

BOH 9.4 5.3 9 5 11.9 5.5

PAR 5.39 2.85 5.53 2.71 8.37 4.51

MAG 6.91 4.21 7.44 4.46 12.78 7.56

DJO 3.11 1.02 3.15 1.47 5.24 1.89

LOK 5.44 2.52 5.52 2.72 7.32 3.36

(54)

Nous avons procédé à trois simulations (9h, 13h, et 21h) et la méthode de résolution utilisée est la méthode de Newton Raphson. Les résultats se présentent dans les tableaux suivants:

U_cal: le module de la tension obtenu après simulation aux jeux de barres;

𝜃 : le déphasage aux jeux de barres par rapport au nœud swing (bilan);

𝛥𝑈

𝑈 = ^𝑈^𝑛^−𝑈^𝐶𝑎𝑙

𝑈_𝑛 ∗ 100 est la chute de tension évaluée sur les jeux de barres par rapport aux tensions nominales;

Ɛ = ^𝑈^𝑟é𝑙^−𝑈^𝐶𝑎𝑙

𝑈_𝑟é𝑙 ∗100 est l’incertitude relative de la valeur calculée par rapport à celle relevée.

Tableau 3.3: Résultat de simulation avec les charges de 9h 9h

Désignation Ucal Urél Ɛ 𝜽 𝚫𝐔

𝐔

(kV) (pu) (kV) (pu) % Deg %

ATA 163.42 1.041 158.5 0.984 3.10 -30.5 1.5 AVA 155.04 0.965 150 0.931 3.36 -30.7 3.70 BOH 151.01 0.938 158 0.981 4.42 -32.6 6.20 CVE 154.24 0.938 158 0.981 2.38 -45 4.20 DJO 165.99 1.031 157.5 0.978 5.39 -35.1 4.99 KAR 164.70 1.023 155.8 0.967 5.71 -33.4 2.3

LAF 161 1.000 161.1 1.000 0.00 0.0 0.00 LPO 158.91 0.987 155.6 0.966 2.12 -2.5 1.29 MAG 161 1.000 155 0.962 3.87 -39.5 0.00 MOM 151.98 0.944 152.2 0.945 0.14 -20.4 5.60

NAN 161 1 162.0 1.006 0.61 -26.4 0.00

ONI 149.41 0.928 158 0.981 5.43 -37.7 7.20 PAR 165.51 1.028 154.5 0.959 7.44 -35.9 2.80 SAK 146.35 0.909 156.5 0.972 6.48 -41.6 9.09