Stratégie de protection à sélectivité totale pour réseaux MTDC

International audienceLa mise en place de réseaux à courant continu de grande taille en Europe est un objectif plausible dans un futur proche compte tenu de l'évolution du mix énergétique. En effet, de grands sites décentralisés de production d'énergies renouvelables vont progressivement apparaître (ex : fermes éoliennes offshores, centrales de production photovoltaïque, etc.). Avec les convertisseurs de type VSC, il est techniquement possible d'assembler plusieurs liaisons HVDC en une structure en réseau. Ainsi, un tel réseau permettra le transit d'une grande quantité de puissance, de l'ordre de plusieurs gigawatts, en courant continu, entre les différentes stations de conversion qui le composent. La protection d'un tel ouvrage est par conséquent un point critique et indispensable. En effet, en cas de défaut dans la partie à courant continu et au vue des puissances qui transitent, il est primordial de réduire au maximum les conséquences liées à l'apparition de ce défaut. Si plusieurs gigawatts sont échangés dans le réseau à courant continu, il est risqué pour la stabilité du (ou des) réseau(x) AC extérieur(s) de stopper l'ensemble de ce transit. C'est pour cela que des stratégies de protection rapides, efficaces et sélectives doivent être mises en œuvre. Cet article propose une revue des principales contraintes liées à la protection des réseaux à courant continu qui sont intrinsèques au courant continu, des différentes stratégies de protection qui peuvent être appliquées à un tel réseau et des principaux types de disjoncteurs à courant continu. Les différentes durées de fonctionnement de la détection et des disjoncteurs sont à comparer avec le temps critique d'élimination des défauts du réseau MTDC. Mots-clés—Disjoncteur à courant continu HVDC, Plan de protection, Réseau MTDC, Station de conversion, Sélectivité, Temps critique d'élimination des défauts.</p

Protection contre les courts-circuits des réseaux à courant continu de forte puissance

Dans le domaine du transport de l'électricité, les qualités intrinsèques des réseaux alternatifs s'estompent devant la difficulté imposée par le transport de la puissance réactive lorsque les lignes aériennes ou, plus particulièrement, les câbles souterrains ou sous-marins atteignent des longueurs critiques. Dans le cadre des réflexions visant à exploiter au mieux les énergies renouvelables d'origine éolienne off-shore ou hydrolienne, l'hypothèse de la création d'un réseau électrique à haute tension continue pour acheminer ces énergies jusqu'aux centres de consommation est considérée. Ce travail de thèse est en lien avec le projet européen TWENTIES (Transmission system operation with large penetration of Wind and other renewable Electricity sources in Networks by means of innovative Tools and Integrated Energy Solutions, ref 249812), financé dans le cadre du programme FP7 de la Commission Européenne. Ces travaux traitent de la protection des réseaux à courant continu contre les défauts d'isolement dans les câbles et au niveau des jeux de barre. L'étude se concentre sur des réseaux multi-terminaux bouclés et/ou maillés, et propose d'étudier la faisabilité d'un plan de protection comportant un algorithme principal et un secours en cas de défaillance d'un disjoncteur.In the area of power transmission grids, the inherent qualities of alternative current networks fade behind the difficulty imposed by the transmission of the reactive power when overhead lines or, particularly, underground or undersea cables reach critical lengths. As part of thought aimed for operate at best renewable energy resources, namely wind or marine resources, the assumption of the creation of a high voltage direct current power grid to dispatch those energies to the consumption centers is considered. This Ph.D work is linked to the European project TWENTIES (Transmission system operation with large penetration of Wind and other renewable Electricity sources in Networks by means of innovative Tools and Integrated Energy Solutions, ref 249812), funded as a part of the 7th framework program of the European Commission. This work deal with the protection of DC grids against insulation faults occurring in the cables or at a busbar. The study focusses on meshed and/or looped multi-terminal grids, and proposes to study the feasibility of a protection plan including a main protection algorithm and a backup in case of breaker failure.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Fault Location in Multi-Terminal HVDC Networks Based on Electromagnetic Time Reversal with Limited Time Reversal

This paper aims at proving the application of the fault location method based on the Electromagnetic Time Reversal (EMTR) to multi-terminal HVDC (MTDC) networks. In particular, the paper integrates the EMTR fault location technique with the protection scheme recently proposed within the EU project TWENTIES. Further, in view of the peculiarity of the fast protection schemes required by HVDC applications, the paper discusses the performances of the EMTR-based fault location technique by using limited time-windows over which the fault-generated electromagnetic transients are time-reversed. The paper also discusses the advantage of the EMTR fault location related to the use of a single observation point to the case of MTDC grids. Indeed, such a peculiarity may represent a major advantage avoiding necessary time synchronization between the MTDC-fault recording stations and might represents, also, a backup protection system. The performances of the proposed method are validated by numerical simulations obtained using the EMTP-RV simulation environment where electromagnetic fault-transients are reproduced with reference to the MTDC benchmark network of the project TWENTIES

Protection contre les courts-circuits des réseaux à courant continu de forte puissance

In the area of power transmission grids, the inherent qualities of alternative current networks fade behind the difficulty imposed by the transmission of the reactive power when overhead lines or, particularly, underground or undersea cables reach critical lengths. As part of thought aimed for operate at best renewable energy resources, namely wind or marine resources, the assumption of the creation of a high voltage direct current power grid to dispatch those energies to the consumption centers is considered. This Ph.D work is linked to the European project TWENTIES (Transmission system operation with large penetration of Wind and other renewable Electricity sources in Networks by means of innovative Tools and Integrated Energy Solutions, ref 249812), funded as a part of the 7th framework program of the European Commission. This work deal with the protection of DC grids against insulation faults occurring in the cables or at a busbar. The study focusses on meshed and/or looped multi-terminal grids, and proposes to study the feasibility of a protection plan including a main protection algorithm and a backup in case of breaker failure.Dans le domaine du transport de l'électricité, les qualités intrinsèques des réseaux alternatifs s'estompent devant la difficulté imposée par le transport de la puissance réactive lorsque les lignes aériennes ou, plus particulièrement, les câbles souterrains ou sous-marins atteignent des longueurs critiques. Dans le cadre des réflexions visant à exploiter au mieux les énergies renouvelables d'origine éolienne off-shore ou hydrolienne, l'hypothèse de la création d'un réseau électrique à haute tension continue pour acheminer ces énergies jusqu'aux centres de consommation est considérée. Ce travail de thèse est en lien avec le projet européen TWENTIES (Transmission system operation with large penetration of Wind and other renewable Electricity sources in Networks by means of innovative Tools and Integrated Energy Solutions, ref 249812), financé dans le cadre du programme FP7 de la Commission Européenne. Ces travaux traitent de la protection des réseaux à courant continu contre les défauts d'isolement dans les câbles et au niveau des jeux de barre. L'étude se concentre sur des réseaux multi-terminaux bouclés et/ou maillés, et propose d'étudier la faisabilité d'un plan de protection comportant un algorithme principal et un secours en cas de défaillance d'un disjoncteur

Short circuit protection of direct current electrical grid with high power

Dans le domaine du transport de l'électricité, les qualités intrinsèques des réseaux alternatifs s'estompent devant la difficulté imposée par le transport de la puissance réactive lorsque les lignes aériennes ou, plus particulièrement, les câbles souterrains ou sous-marins atteignent des longueurs critiques. Dans le cadre des réflexions visant à exploiter au mieux les énergies renouvelables d'origine éolienne off-shore ou hydrolienne, l'hypothèse de la création d'un réseau électrique à haute tension continue pour acheminer ces énergies jusqu'aux centres de consommation est considérée. Ce travail de thèse est en lien avec le projet européen TWENTIES (Transmission system operation with large penetration of Wind and other renewable Electricity sources in Networks by means of innovative Tools and Integrated Energy Solutions, ref 249812), financé dans le cadre du programme FP7 de la Commission Européenne. Ces travaux traitent de la protection des réseaux à courant continu contre les défauts d'isolement dans les câbles et au niveau des jeux de barre. L'étude se concentre sur des réseaux multi-terminaux bouclés et/ou maillés, et propose d'étudier la faisabilité d'un plan de protection comportant un algorithme principal et un secours en cas de défaillance d'un disjoncteur.In the area of power transmission grids, the inherent qualities of alternative current networks fade behind the difficulty imposed by the transmission of the reactive power when overhead lines or, particularly, underground or undersea cables reach critical lengths. As part of thought aimed for operate at best renewable energy resources, namely wind or marine resources, the assumption of the creation of a high voltage direct current power grid to dispatch those energies to the consumption centers is considered. This Ph.D work is linked to the European project TWENTIES (Transmission system operation with large penetration of Wind and other renewable Electricity sources in Networks by means of innovative Tools and Integrated Energy Solutions, ref 249812), funded as a part of the 7th framework program of the European Commission. This work deal with the protection of DC grids against insulation faults occurring in the cables or at a busbar. The study focusses on meshed and/or looped multi-terminal grids, and proposes to study the feasibility of a protection plan including a main protection algorithm and a backup in case of breaker failure

Protection algorithm based on differential voltage measurement for MTDC grids

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Protection strategy for undersea MTDC grids

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Protection system for meshed HVDC network using superconducting fault current limiters

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Fault Location in Multi-Terminal HVDC Networks Based on Electromagnetic Time Reversal with Limited Time Reversal Window

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HVDC meshed grid: Control and protection of a multi-terminal HVDC system

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