Essais de mise en service des Contrôleurs Flexibles des Réseaux CA (FACTS), essais de conformité et essais de validation des modèles

Les essais de mise en service comportent une palette d'essais, de mesures et de simulations visant à démontrer le bon fonctionnement et le comportement de la nouvelle installation. Pour un contrôleur FACTS les essais de mise en service  et de conformité ont pour but:

• de  prouver que l'installation peut rester connectée au système électrique de façon sûre, et qu'elle répond aux exigences techniques spécifiées dans l'accord de raccordement (contrat de raccordement) et, ou, dans les spécifications du contrôleur FACTS (essais de mise en service et de conformité au réseau).
• De valider les modèles de simulation du système électrique, et les paramètres associés, et de s'assurer que le modèle du contrôleur FACTS représente correctement le système installé (essais de vérification du modèle).

Ceci se fait en comparant les résultats enregistrés pour l'installation réelle et les résultats de la simulation, une proche corrélation entre les deux séries de résultats permet de considérer que le modèle est validé. Une modélisation précise du contrôleur FACTS est fondamentale pour garantir que les futures études du système électrique représenteront correctement le comportement du réseau.

Les essais de mise en service sont en général précédés de plusieurs essais en usine, d'essais de type, et d'essais des équipements et des sous-systèmes, hors site et sur site. Ces essais doivent avoir été réalisés avant les essais de mise en service sur site finaux du contrôleur FACTS, et sont en dehors du domaine d'activité du Groupe de Travail (GT) B4.83.

Avant de débuter les essais de mise en service il faut en général avoir exécuté des études de conception et des études papier, et en particulier des études d'impact mettant en œuvre des modèles de simulation appropriés du système électrique. Des essais de mise en service satisfaisants sont en général une condition préalable à l'obtention  d'un raccordement stable de l'installation et à son bon fonctionnement dans toutes les situations.

Le GT B4.83 de CIGRE s'est intéressé à l'ensemble des essais de mises en service qui sont réalisés dans le cadre de la mise en service d'un contrôleur FACTS, nouveau ou rénové. Ses travaux constituent une extension du Chapitre 22 du "Green Book" CIGRE traitant des FACTS, et présentent les meilleures pratiques en matière d'essais de mise en service et de conformité de différents types de contrôleurs FACTS. Dans la Brochure Technique (BT) rassemblant les résultats des travaux fournit plusieurs exemples pratiques d'essais de mise en service, pour des Compensateurs Statiques de Puissance Réactive (SVC), des Compensateurs Synchrones Statiques (STATCOM), des Contrôleurs Universels de Transit de Puissance (UPFC), des Condensateurs Série Contrôlés par Thyristors (TCSC) et des Compensateurs Série Synchrones Statiques (SSSC), exposant une grande variété d'approches et d'exigences de différents pays.

La philosophie des essais de mise en service des contrôleurs FACTS peut être présentée en quatre sous-ensembles, exposés ci-après. Pour chaque sous-ensemble d'essais les essais doivent être exécutés en séquence, la réussite de chaque phase d'essai conditionnant la réalisation des essais du groupe suivant d'essais. Ceci permet de s'assurer que le fonctionnement intégré des différentes installations et des systèmes de contrôle, et de leurs interactions, est correctement compris, observé et vérifié comme étant celui qui est attendu :

• Essais des équipements (essais d'acceptation sur site)                                  
• Essais des sous-systèmes (essais préalables à la mise en service)
• Essais de mise en service de système (essais de mise en service)
• Essais de conformité réseau (essais de vérification de bon fonctionnement)

Le GT B4.83 s'est surtout intéressé, dans ces quatre blocs, aux essais mise en service de système et aux essais de conformité réseau, considérant que les autres aspects sont exposés en détail dans le "Green Book" de CIGRE sur les FACTS. Dans la BT tous les essais sont présentés en respectant un même cadre comportant les rubriques suivantes :

• Objet
• Conditions avant essai
• Méthodologie et procédure
• Grandeurs mesurées
• Critères d'acceptation

Cette structuration donne un modèle pratique pour la préparation des plans d'essais de mise en service qui doivent habituellement avoir fait l'objet d'un accord entre le fabricant d'origine de l'équipement, le propriétaire de l'ouvrage et l'opérateur du système électrique, plusieurs semaines avant le début des essais de mise en service sous tension.

Les essais de mise en service système sont la première phase au cours de laquelle on évalue la conformité du contrôleur FACTS en tant que système complet, avec les spécifications du propriétaire ou de l'opérateur du système électrique. Ces essais sont en général les mêmes pour tous les types de contrôleurs FACTS et comportent habituellement :

• Essais de mise sous tension du système   
• Essais concernant l'environnement, le bruit, la production de perturbations et l'immunité aux perturbations
• Essais d'échauffement
• Essais de redondance
• Essais de mesures de pertes

Les essais de conformité au réseau sont ensuite exécutés, sous condition de résultats satisfaisants des essais de mise en service système. Ils comportent les opérations suivantes (Il faut noter que tous les essais ne sont pas applicables à tous les types de contrôleurs FACTS, et pour toutes les applications) :

• Vérifications des caractéristiques en régime permanent
• Essais de défaut simulé (de sévérités progressives- (optionnels)
• Contrôles de la qualité de fourniture         
• Essais de manœuvres en réseau (Banc de condensateurs externe à commutation mécanique)
• Essais de réponse à des échelons
• Essais de fonctionnement en parallèle (si applicable)
• Essais de mise en service et hors service de la fonction d'amortissement des oscillations (POD)
• Essais de réduction de gain automatique
• Banc de condensateurs à commutation mécanique (si partie du  FACTS)  
• Essais d'interactions réseau

Ceci est destiné à s'assurer qu'il n'existe pas d'interactions néfastes entre les multiples contrôleurs FACTS, ou entre un contrôleur FACTS et d'autres dispositifs à électronique de puissance, tels qu'une liaison CCHT ou une production mettant en œuvre de convertisseurs.

Dans la BT on traite ensuite des essais de mise en service pour le cas des systèmes de protection et de contrôle à grande échelle, dans lesquels les contrôleurs FACTS sont utilisés pour apporter une contribution positive au comportement dynamique de l'ensemble du système électrique. Les exemples traités incluent les essais des interactions subsynchrones et l'évaluation des contributions des contrôleurs FACTS à l'amortissement des oscillations électromécaniques à basse fréquence.

Finalement on présente dans la BT des exemples d'analyse de validation de modèles comparant des réponses mesurées et simulées de contrôleurs FACTS. Différents exemples sont exposés, concernant différents contrôleurs FACTS, et différents outils de simulation, dont les modèles de la racine carrée (RMS) (quelquefois appelés modèles du domaine vectoriel), le modèle de transitoires électromagnétiques hors ligne, ou le modèle EMT temps réel basé sur la simulation avec équipement physique dans la boucle (HIL).La BT présente également un exemple pratique sde la méthode de traitement des écarts entre les réponses mesurées et calculées lors du processus de validation des modèles. Il faut rappeler que les études de validation des modèles demandent souvent des études de simulation spéciales dans lesquelles l'état supposé du système électrique est adapté pour correspondre à l'état réel du système électrique à l'instant auquel les essais sont réalisés, de façon à valider les hypothèses de la modélisation.