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Compensateur synchrone statique (STATCOM)

Les charges électriques génèrent et absorbent de la puissance réactive. Comme la charge transmise varie souvent considérablement d’une heure à l’autre, l’équilibre de la puissance réactive dans un réseau varie également. Cela peut entraîner des variations inacceptables de la tension, y compris la dépression de la tension, voire l’effondrement de la tension.

Tout comme un compensateur statique, le compensateur STATCOM fournit instantanément et continuellement une puissance réactive variable en réponse aux variations de tension, ce qui lui permet de soutenir la stabilité de la tension du réseau. Le compensateur STATCOM fonctionne selon les principes des convertisseurs de source de tension, en combinant une modulation d’impulsions en durée (MPI) unique avec une commutation en millisecondes. Le compensateur STATCOM fonctionne avec un besoin très limité en filtres harmoniques, ce qui contribue à une faible empreinte physique. Des inductances à noyau d’air commutées ou fixes et des condensateurs peuvent être utilisés au besoin avec le convertisseur de source de tension comme éléments de puissance réactive supplémentaires pour atteindre n’importe quelle plage souhaitée. 

L’installation d’un compensateur synchrone statique à un ou plusieurs points appropriés d’un réseau augmentera la capacité du transformateur de puissance en améliorant la stabilité de la tension et en maintenant un profil de tension régulier dans différentes conditions de réseau. Sa capacité à effectuer un filtrage actif est également très utile pour améliorer la qualité de l’onde. 

L’offre d’Hitachi ABB Réseaux électriques dans le domaine des compensateurs STATCOM de haute puissance comprennent le compensateur synchrone statique SVC Light ainsi que le compensateur synchrone statique PCS 6000, cette solution pouvant être utilisée pour des capacités nominales allant jusqu’à 40 MVAR, alors que le SVC Light convient aux capacités nominales supérieures à 40 MVAR.

Compensateur synchrone statique SVCLight®

Le compensateur SVC Light est un concept de convertisseur de source de tension basé sur un convertisseur modulaire multiniveaux en chaîne, particulièrement adapté aux applications des systèmes de puissance. Physiquement, le SVC Light peut être considéré comme une source de tension derrière une réactance. Il génère et absorbe de la puissance réactive en traitant électroniquement les formes d’onde de tension et de courant dans le convertisseur de source de tension, ce qui rend inutile l’inclusion de branches physiques de condensateurs et d’inductances pour générer ou absorber de la puissance réactive.  Il peut fournir une puissance réactive élevée au réseau, plus ou moins sans être gêné par d’éventuelles tensions de réseau supprimées, et avec une réponse dynamique élevée.

Cette caractéristique est particulièrement utile, par exemple, pour soutenir les réseaux faibles et améliorer les performances des grands parcs éoliens dans des conditions de réseau variables, ainsi que celles des réseaux chargés par un pourcentage élevé de climatiseurs dans les climats chauds et humides. L’efficacité et la rapidité de réaction du SVC Light sont inégalées. Par exemple, pour les réseaux ferroviaires à grande vitesse et les installations industrielles lourdes, ce compensateur est utilisé pour équilibrer la tension des charges asymétriques, atténuer le papillotement de la tension créé par les fours à arc électrique et filtrer activement les harmoniques.  

Les transistors bipolaires à gâchette isolée (IGBT) sont des composants clés du compensateur SVC Light. La solution multiniveaux en chaîne est construite en reliant les modules de pont en H en série les uns avec les autres pour former les branches de phase du convertisseur de source de tension. La figure 1a montre un seul pont en H avec quatre IGBT, et la figure 1b montre une configuration dans laquelle quatre modules de pont en H constituent chacune des trois branches de phase.

 

Le compensateur SVC Light fonctionne avec des tensions de réseau allant jusqu’à 69 kV et des puissances de convertisseur allant jusqu’à – /+ 360 MVAR. Pour les tensions plus élevées, un transformateur abaisseur est utilisé pour connecter le SVC Light au réseau. Le SVC Light offre une plage de fonctionnement symétrique. Pour un fonctionnement asymétrique et l’optimisation du rendement, les réacteurs et les condensateurs manœuvrés par thyristors sont exploités en parallèle pour former des solutions hybrides.

La figure 2 est une photographie d’unités modulaires de pont en H avec deux piles de quatre modules chacune. En raison du caractère compact des valves des IGBT, de l’absence de branches physiques de condensateurs et d’inductances pour générer ou absorber de la puissance réactive, ainsi que du besoin minime de filtres harmoniques, le compensateur SVC Light se caractérise par sa disposition très compacte.

Compensateur synchrone statique PCS6000

Le compensateur synchrone statique (STATCOM) PCS 6000 est un système d’alimentation efficace spécialement conçu pour être connecté à des réseaux exigeants. La flexibilité du système lui permet d’être utilisé dans une large gamme d’applications telles que la stabilisation dynamique de la tension, l’équilibrage de la tension de charges asymétriques, l’atténuation du papillotement de la tension créé par les fours à arc électrique et le filtrage actif des harmoniques.

Le STATCOM PCS 6000 est particulièrement compétitif en ce qui a trait à son temps d’installation et à son encombrement. En outre, son rendement élevé et le peu d’entretien qu’il requiert se traduisent en des coûts d’exploitation peu élevés. Le PCS 6000 offre des performances exceptionnelles, tant en régime permanent qu’en fonctionnement dynamique, en tant que dispositif purement statique sans éléments passifs commutés.

La solution de compensateur synchrone statique PCS 6000 n’exige pratiquement aucun entretien, en raison du nombre réduit de ses pièces mécaniques mobiles. Les arrêts planifiés pour inspection peuvent donc être programmés en fonction des besoins et des préférences du client. L’absence de pièces rotatives sur le trajet de l’énergie se traduit par une fiabilité et une disponibilité du plus haut niveau, ainsi que par des coûts d’exploitation extrêmement faibles, associés à une longue durée de vie utile. L’équipement est généralement installé dans un module conteneurisé préassemblé. Le système STATCOM, y compris les commandes, l’électronique de puissance et l’unité de refroidissement, est conçu sur mesure pour répondre aux besoins précis du client.

Convertisseur de la solution PCS 6000

Le compensateur STATCOM de la solution PCS 6000 utilise la technologie évoluée et éprouvée de thyristor intégré commuté par la gâchette qui a été développée par Hitachi ABB Réseaux électriques à partir d’un thyristor à extinction par la gâchette. Les convertisseurs de la solution PCS 6000 sont basés sur le bloc fonctionnel d’électronique de puissance du thyristor intégré commuté par la gâchette. Cette normalisation permet de mettre sur pied des systèmes avec des coûts d’ingénierie et de conception moins élevés, ce qui se traduit par un coût final avantageux pour le client. La configuration innovante de la connexion permet d’obtenir un très bon rendement en matière d’harmoniques sans avoir besoin de filtre harmonique.

Gains de temps

Hitachi Énergie a veillé à ce que le concept du système de modules conteneurisés réduise au minimum le délai d’exécution sur place. L’équipement du convertisseur est préassemblé et testé selon les normes les plus strictes, et est expédié sur place sous forme de conteneur prêt à être installé immédiatement. En raison du niveau élevé de normalisation, les interfaces définies lors des travaux de mise en service sur place peuvent être réduites au minimum. La conception modulaire du système permet même de le déplacer sur un nouveau site en peu de temps.  

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