Évaluation de l'efficacité des mesures de suppression des surtensions transitoires dans différentes topologies de parcs éoliens à l'aide d'un disjoncteur SF6

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13655 (2023) Citer cet article

290 accès

Détails des métriques

Divers systèmes d'atténuation des surtensions ont été utilisés dans la littérature pour supprimer les surtensions de commutation dans les parcs éoliens. Cependant, l’évaluation de la manière dont l’efficacité de ces techniques d’atténuation varierait en fonction du changement de topologie du parc éolien reste un territoire encore inexploré. L'objectif principal de cet article est d'étudier l'efficacité de quatre schémas d'atténuation tout en utilisant un disjoncteur SF6, à savoir : La self intelligente R-L, le circuit d'amortissement R-C, le condensateur de surtension et la résistance de pré-insertion (PIR) ont été étudiés dans quatre topologies différentes de parcs éoliens ; Topologies radiales, en anneau simple face, en anneau double face et en étoile. Les topologies étaient basées sur un véritable parc éolien situé à Zaafrana, en Égypte. Les résultats ont montré que l'inductance R-L était le schéma le plus efficace pour toutes les topologies, suivi respectivement par les schémas PIR, R-C et condensateur de surtension. Leur pourcentage de réduction des surtensions variait de 62 à 84 % pour les selfs R-L, de 33 à 67 % pour les PIR, de 8 à 25 % pour les circuits d'amortissement R-C et de 4 à 15 % pour les condensateurs de surtension. En outre, il a été démontré que le changement de topologie du parc éolien n'affectait pas l'ordre d'efficacité des systèmes d'atténuation, de sorte que R–L restait le condensateur de surtension le plus efficace et le moins efficace pour toutes les topologies.

Le double problème découlant de l’ampleur du marché de l’énergie, dû à la demande croissante d’énergie électrique et à la diminution de l’offre de combustibles fossiles de réserve, a conduit à un recours accéléré aux sources d’énergie renouvelables. L’énergie éolienne est l’une des principales sources utilisées à l’échelle mondiale, ce qui a conduit à des recherches excessives sur les performances et la protection des parcs éoliens. Cependant, la structure des parcs éoliens diffère de celle des centrales électriques conventionnelles dans la mesure où elle utilise un grand nombre de transformateurs de puissance, des câbles souterrains qui s'étendent sur de longues distances et des algorithmes de contrôle qui imposent des opérations de commutation fréquentes1. Généralement, les parcs éoliens sont constitués de plusieurs éléments électriques et mécaniques tels que des tours éoliennes, des turbines, des câbles souterrains, des transformateurs et des dispositifs de protection. Les connexions entre ces éléments pourraient être construites dans diverses topologies avec quatre topologies principales largement connues, à savoir : Les topologies sont la topologie radiale, la topologie en anneau simple face (SSR), la topologie en anneau double face (DSR) et la topologie en étoile2.

Les commutations fréquentes induit une surtension transitoire dont l'effet destructeur est amplifié par la présence des transformateurs de puissance et des câbles MT qui forment un circuit RLC résonant3. Cet effet destructeur a conduit à des défauts d’isolation dans les parcs éoliens4. Les pertes consécutives à ces défaillances ont conduit les chercheurs à étudier l'impact des surtensions transitoires dans les parcs éoliens5,6,7. Les points saillants de la littérature concernant l'étude de l'impact des surtensions dans les parcs éoliens et les mesures de suppression utilisées pour atténuer les surtensions sont résumés dans le tableau 1. L'enquête s'est principalement concentrée sur les articles récents des cinq dernières années. Pour cette raison, le tableau analyse la plupart des articles entre 2019 et 2023, avec un total de 18 publications au cours des cinq dernières années et 3 publications au cours des années précédentes.

Le tableau présente les différents sujets étudiés dans la littérature en ce qui concerne l'analyse transitoire au sein des parcs éoliens. Cependant, l’impact de la sélection de la technique de suppression la plus appropriée par rapport à la topologie du parc éolien n’a pas été étudié auparavant. Ce sujet est très important car le degré de gravité des surtensions de commutation (SOV) dépend principalement de la topologie du parc éolien3,19,20. Par conséquent, le principal problème que cet article vise à résoudre est d’étudier la mesure de suppression la plus appropriée pour chaque topologie de parc éolien. Ainsi, les contributions de cet article seront :

Étudier et étudier l'impact de différentes topologies de parcs éoliens (radial, DSR, SSR et étoile) sur le SOV transitoire. Une telle comparaison était rarement couverte dans la littérature avec peu de publications comme la référence 3 couvrant uniquement ce point.