R&D : protéger un réseau THT en courant continu contre les court-circuits

Invité : Anne-Marie Denis Ingénieur sénior R&D, RTE


Une partie du Super Grid européen pourrait passer en Mer du Nord, sous la forme d’un réseau sous-marin THT à courant continu. Et le projet ne s’arrête pas là ! Il faut encore innover pour protéger et piloter ce type de réseau en toute sécurité. La R&D européenne se penche sur le sujet. Objectif : élaborer de nouveaux systèmes de contrôle-commande, concevoir des disjoncteurs à courant continu et plus largement, penser des plans de protection adaptés aux réseaux à courant continu.

reseau THT courant continu twentiesRappelez-vous : un “réseau THT multi-points à courant continu” en Mer du Nord (schéma ci-tontre) pourrait assurer un rôle d’interconnexion entre les pays bordant cette Mer. Il servirait aussi à transporter la production d’électricité des éoliennes off-shore vers le continent.
Ce projet illustre le besoin pour la R&D européenne, d’étudier les plans de protection adaptés aux réseaux à courant continu.

Pourquoi protéger un réseau à courant continu ?

De manière générale, lorsqu’un défaut (ou court-circuit) affecte un matériel du réseau électrique, le courant qui alimente ce court-circuit augmente très rapidement. Il  met alors en péril le matériel, risque de se propager à l’ensemble du système électrique par un effet « dominos ». Il peut ainsi conduire à un black-out très étendu. Compte tenu de la nature des composants en jeu, ce phénomène se produit avec une dynamique extrêmement rapide dans un réseau électrique à courant continu.

Il est donc indispensable d’avoir un dispositif adapté, qui interrompt très vite le courant électrique dans l’élément défaillant, et isole ce défaut du reste du réseau. Nous voulons parler ici du disjoncteur, lui-même intégré à un plan de protection plus global du réseau électrique.

A ce jour, la réalisation d’un disjoncteur adapté aux réseaux à courant alternatif est déjà parfaitement maîtrisée. Ce n’est pas le cas du disjoncteur à courant continu : sa technologie n’a pas atteint la maturité requise pour son industrialisation.

Quel est exactement le rôle du disjoncteur dans un « réseau à courant-continu » ?

Sur les liaisons THT « point à point » en courant continu, par exemple France-Angleterre, un disjoncteur est installé sur le réseau alternatif, derrière le convertisseur, aux deux extrémités de la liaison à courant continu. Il s’agit là d’un disjoncteur à courant alternatif. En cas de défaut, c’est lui qui isole la liaison THT à courant continu, du reste du réseau alternatif.
Le saviez-vous ? A chaque extrémité d’une liaison en courant continu, une station de conversion convertit le courant alternatif en courant continu, et inversement.

Prenons maintenant le cas d’un « réseau THT multi-points » à courant continu. Les puissances transportées sont alors beaucoup plus importantes, et ce réseau ne peut pas être déconnecté dans sa totalité en cas de défaut localisé ! Cela reviendrait à dire qu’on pourrait perdre l’ensemble de la production d’électricité, qui transite à un instant T dans le réseau THT à courant continu. Et pour palier ce manque, on aurait recours à de très importantes réserves de production de secours. Ce serait très coûteux. Avec des disjoncteurs à courant continu, n’est coupé que l’élément en défaut. Le reste du réseau est protégé, et on évite de perdre des volumes d’électricité top importants.

Enjeu R&D : concevoir un disjoncteur à courant continu

Les performances du disjoncteur à courant continu doivent permettre de protéger efficacement les matériels installés sur le réseau HT et THT à courant continu (notamment l’électronique de puissance des convertisseurs). Il faut aussi qu’ils puissent couper le courant de court-circuit au plus tôt (avant d’atteindre des niveaux critiques) et au bon endroit. L’objectif est qu’aucun autre matériel  du réseau que celui en court-circuit, ne soit endommagé.

Dans le cadre d’un réseau électrique HT et THT européen interconnecté, le disjoncteur à courant continu est aussi un outil nécessaire à la sûreté du système électrique. Ses fonctions devront être d’autant plus performantes  que :

  • l’énergie produite sera importante,
  • l’intégration des réseaux à courant continu dans le réseau alternatif sera forte.

En savoir plus :

A propos : C’est dans le cadre du projet européen de recherche nommé “Twenties”, que RTE se penche avec un constructeur sur la faisabilité de systèmes de protection efficaces contre les courts-circuits. Il s’agit dans un premier temps, de concevoir et développer  un prototype de disjoncteur à courant continu. Puis, l’objectif est d’évaluer de premiers algorithmes pour la conception d’un système de protection adapté au courant continu.

Partager l'information :
 

3 commentaires pour “R&D : protéger un réseau THT en courant continu contre les court-circuits”

  1. Merci bien pour cet article, ce que j’ai compris que les convertisseurs sont necessaire pour la protection du réseau. mais pouvez vous m’envoyer la structure du réseau en intégrant les disjoncteurs et surtout où on va les mettre , et si on va tenir compte des intérrupteurs? et Merci d’avance

    [Répondre]

  2. Bonjour,

    Pourquoi les convertisseurs ne peuvent-ils pas jouer le rôle de disjoncteur AC pour protéger la ligne DC contre les court-circuits ?

    Merci

    [Répondre]

    Bonjour Fabrice,
    Pour des raisons techniques (capacité à alimenter un bout de réseau AC de faible puissance de court-circuit, tel qu’une ferme d’éoliennes offshore ; encombrement ; changement du sens du transit sans changement de la polarité des câbles), les convertisseurs VSC (Voltage Source Converters) sont les seuls à ce jour réellement envisagés pour réaliser la conversion AC/DC sur un réseau à courant continu offshore.
    Or, les valves de ces convertisseurs sont composées de transistors (IGBT) montés avec une diode en anti-parallèle, de sorte qu’en cas de défaut, même si les transistors sont bloqués pour ne plus laisser passer le courant de défaut, celui-ci trouve toujours un chemin à travers les diodes en anti-parallèle. Constructivement, ces convertisseurs ne permettent donc pas de couper le courant.
    Pour autant, votre remarque est tout à fait pertinente puisque de nouvelles topologies de convertisseurs sont à l’étude (topologies dites « Full Bridge », dans lesquelles un montage plus complexe permettrait de limiter, voire couper, le courant de défaut. Dans ce cas, les convertisseurs permettraient effectivement de jouer le rôle de disjoncteur, dans une certaine mesure.
    Bien à vous,
    Julie

Laissez un commentaire

Les commentaires sont visibles après validation. Quant au contenu des commentaires (véracité, objectivité ...), il n'engage que leur auteur.

> Respectez la charte des commentaires

Copyright © 2009 - RTE - Contact - Mentions légales