Un disjoncteur pour le réseau de transport du futur

de pouvoir couper les zones défectueuses sans affecter les parties du réseau exemptes de dysfonctionnements. C’est pourquoi la société ABB a conçu ce disjoncteur en courant continu hybride.

 

Un approvisionnement en courant stable et fiable

En Allemagne et en Europe, le réseau de transport de courant triphasé de 400 kV a été élaboré au cours des cent dernières années. Les réseaux d’approvisionnement locaux datant du début de l’électrification, dont le but était de transmettre l’énergie produite aux consommateurs situés à proximité, ont été de plus en plus reliés entre eux, afin de garantir un approvisionnement en courant stable et fiable, même en cas de dysfonctionnement. Ces dernières années, le commerce d’électricité devenant de plus en plus important et l’électricité davantage générée en grande quantité sur de longues distances, le réseau a déjà été très souvent utilisé en tant que réseau de transport (il n’avait jamais été conçu pour cela).

En ce qui concerne le tournant énergétique, le Gouvernement fédéral prévoit de fermer toutes les centrales nucléaires en Allemagne d’ici 2022 et de générer, d’ici 2020, 35 % de son courant à partir de sources d’énergie renouvelables. Etant donné que c’est surtout au sud de l’Allemagne que la suppression des centrales nucléaires n’est pas compensée par la construction de centrales électriques conventionnelles, et que les installations de production électrique sous forme de parcs éoliens terrestres et maritimes, basées sur les énergies renouvelables, sont en grande partie conçues au nord du pays, on peut s’attendre à une forte augmentation du flux du courant allant du nord vers le sud. Les études de réseau dena (Deutsche Energie-Agentur GmbH) ont déjà démontré cette probabilité. Les consolidations du réseau de 400 kV existant apporteront une première contribution à cela d’ici 2015. Par ailleurs, l’Allemagne aura également besoin d’une infrastructure de transport spécialement prévue à cet effet, qui viendra compléter le réseau de 400 kV existant, en plus des consolidations mentionnées.

 

Trois lignes de transmission prévues

Il est par conséquent logique de prévoir trois lignes de transmission du courant nord-sud avec plusieurs systèmes TECC auto-commandés, en tant que conduites de transport spécifiques dans le plan de développement du réseau - finalement confirmé par l’Agence fédérale des réseaux - que les gestionnaires de réseau de transport ont proposé en 2012 et qui est à présent intégré dans le plan des besoins en approvisionnement du Gouvernement.

Le transport par courant continu convient parfaitement aux transports longue distance, étant donné que le flux de puissance active peut être librement défini et que des prestations relatives au système, comme la régulation de la fréquence ou la mise à disposition de puissance réactive, peuvent être réalisées avec les stations de conversion. Mis à part le réseau de 400 kV où le flux de puissance est uniquement déterminé à travers les paramètres de construction des ressources exploitées, il est possible de définir librement le flux de puissance avec le transport par courant continu: la capacité de transport du réseau de 400 kV existant peut ainsi être augmentée de façon ciblée.

Pour exploiter un système TECC de façon fiable dans tous les états de fonctionnement - même en cas d’erreur - les disjoncteurs sont indispensables pour rapidement remédier aux erreurs. Leur but est de séparer les zones défectueuses du reste du système, afin que les parties du réseau exemptes de dysfonctionnement puissent continuer à fonctionner. Les disjoncteurs sont également utilisés dans le réseau triphasé existant, mais l’exploitation avec du courant continu constitue toutefois des défis particuliers à relever. Les disjoncteurs conventionnels interrompent le courant défectueux, avec retour à zéro, à travers le refroidissement de l’arc électrique. Avec le transport par courant continu, il n’y a cependant pas de retour à zéro, raison pour la quelle des concepts innovants sont nécessaires pour l’interruption du courant. Il a donc fallu une centaine d’année pour que la société ABB réussisse à  présenter le premier disjoncteur par courant continu pour les systèmes TECC, qui peut interrompre le courant en quelques millisecondes.

 

Interruption du courant DC défectueux

Le disjoncteur DC hybride innovant permet d’interrompre les courants DC défectueux, sans avoir à couper l’ensemble du système. Il comprend des composants d’électronique de puissance qui ont fait leurs preuves, ainsi qu’un sectionneur innovant ultra-rapide, garantissant d’une part une interruption rapide du courant en cas d’erreur et, d’autre part, des pertes minimes lors du transport en fonctionnement normal. Dans ces conditions, un chemin de courant, qui ne contient que quelques éléments de commutation d’électronique de puissance, conduit l’électricité avec très peu de pertes. En identifiant une erreur dans la partie du courant continu du système de transport, un petit actionneur électronique, l’interrupteur de commutation (en anglais: Load Commutation Switch), augmente la résistance de ce chemin de courant et commute le courant vers le disjoncteur électronique principal. Mais avant que ce dernier puisse interrompre le flux de courant, la rigidité électrique du premier chemin de courant doit être établie, car la tension récurrente risquerait de surcharger l’interrupteur de commutation après l’interruption du courant. Le sectionneur ultra-rapide (en anglais: Ultra-Fast Disconnector) doit par conséquent être ouvert dans le chemin où les pertes sont minimes. Ainsi, le courant, ne pouvant circuler qu’à travers le chemin principal, est de ce fait interrompu par le disjoncteur. La succession de ces différentes étapes ne dure pas plus de 5 ms, un temps suffisamment rapide pour interrompre le courant défectueux prenant de plus en plus d’ampleur, ce qui permet aux stations de conversion de rester constamment en fonctionnement. Ces prestations relatives au système garantissent ainsi un soutien supplémentaire pour le réseau de transport du courant triphasé de 400 kV existant.

Le disjoncteur DC sert, en outre, de base pour l’instauration de réseaux de courant continu avec plusieurs zones de protection. Ainsi, en cas d’erreur, les composants respectifs du réseau pourront être mis hors service et les parties non défectueuses continueront à fonctionner - exactement comme le réseau de courant triphasé existant.

 

Elargissement de protection et de commande

Le composant intégrant pour l’instauration et le fonctionnement d’un pareil réseau de courant continu représente également un système supérieur de protection et de commande. Depuis quelques années, la société ABB utilise le système Mach2 spécialement conçu à cet effet, pour les raccords TECC. Ce système continue actuellement d’être développé pour la commande de réseaux importants de courant continu. Pour contrôler la fiabilité et le fonctionnement correct lors de chaque étape du développement de ce système élargi de protection et de commande, ABB a construit spécialement un centre de simulation du réseau TECC. Ce centre effectue des simulations en temps réel, permettant de simuler le fonctionnement d’un tel réseau superposé aux réseaux de courant triphasé.

Grâce à la mise au point de ce disjoncteur DC innovant, les dernières lacunes restantes en matière de technologie ont pu être comblées pour la construction de réseaux TECC superposés de taille importante, si bien que ces réseaux peuvent d’ores et déjà être planifiés.

 

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