Manoeuvre contrôlée sur lignes de transport à vide haute tension

Controlled switching of high voltage unloaded transmission lines

• Auteur / Autrice : Farah Boudaoud
• Direction : Houria Siguerdidjane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Surtension de manoeuvre

Filtrage de Kalman

Modèle de Prony

Parafoudre

Résumé

Le changement brusque de configuration d'un réseau d'énergie lors de manœuvres de disjoncteur peut engendrer des surtensions importantes qui peuvent affecter l'ensemble du réseau et endommager les équipements connectés. Les phénomènes physiques mis enjeu sont liés aux propagations d'ondes lors de l'amorçage électrique des contacts du disjoncteur. Une technique efficace pour réduire ces surtensions est la synchronisation de manœuvre sur des minimums ou des zéros de tensions aux bornes du disjoncteur. La difficulté de cette tâche dépend de la configuration et du mode d'exploitation du réseau. Dans un premier temps un modèle simplifié a été adopté pour l'analyse des phénomènes physiques liés à l'application de manœuvres. Pour évaluer le degré de faisabilité de cette technique des simulations ont été effectuées sur un modèle plus complexe (utilisant le simulateur EMTP/ATP). La détermination des cas de manœuvres les plus contraignants a permis de définir les contraintes requises pour chacun des composants du système de manœuvre contrôlée (disjoncteur, contrôleur, capteurs). Dans la partie II, trois approches ont été proposées pour l'estimation de la fréquence des tensions de ligne requise pour la prédiction des instants opportuns de re-fermeture: une approche paramétrique basée sur le modèle de Prony bien adaptée aux formes sinusoïdales amorties des tensions analysées, une approche non paramétrique basée sur la transformée en ondelettes moins sensible au bruit, une approche adaptative basée sur le filtrage de Kalman permettant l'estimation conjointe du signal et de la fréquence. La partie III, est enfin consacrée au développement de l'algorithme global de manœuvre contrôlée. Des tests de validation ont été effectués sur des signaux simulés, pour différentes configurations et conditions de manœuvres. Les résultats obtenus ont été évalués en termes de précision d'estimation des tensions et de niveaux de surtensions sur la ligne.

A sudden change of an electrical network configuration during circuit breaker switching operations may generate very high transients overvoltages. These may affect the whole network and cause important damages onto the connected equipments. The physical involved phenomena are related to the wave propagation at the electrical marking of the breaker contacts. An efficient technique to reduce these overvoltages is to synchronize the switching operations at minimums or zeros voltages across the circuit breaker contacts. The hardness of this task depend upon the network configuration and its exploitation mode. In a first stage, a simplified model is adopted to analyze the physical phenomena related to the switching applications. To assess the feasibility of this technique many simulations have been performed with a more complex model (using EMTP/ATP simulator). The determination of the most critical switching cases allows us to define each controlled closing components requirements (circuit breaker, controller, sensors). In part II, three approaches have been proposed for line voltages frequency estimation that is required for optimums reclosing instants prediction: a parametric approach based upon Prony's model which is well adapted for the damped sinusoidal waveforms of the analysed voltages, a non-parametric approach based upon the Wavelets transform that is less sensitive to noise, an adaptive approach based upon Kalman filtering for both signal and frequency estimation. Part III, is finally dedicated to the development of the controlled switching global algorithm. Validation tests have been conducted using simulated signals for different configurations and switching conditions. The obtained results are assessed in terms of frequency's estimation accuracy and over-voltages level along the line.