Développement de nouveaux algorithmes de protection et de localisation de défauts monophasés et biphasés pour les réseaux de distribution moyenne tension, basés sur les composantes symétriques et harmoniques des courants et des tensions

Development of new protection and localization algorithms for phase-to-earth and phase-to-phase faults on medium voltage distribution networks, based on the symmetrical and harmonic components of currents and voltages

• Auteur / Autrice : Xavier Le Pivert
• Direction : Michel Meunier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11

Résumé

Les réseaux de distribution moyenne tension sont victimes de défauts qui doivent être détectés et éliminés le plus rapidement possible, puis localisés plus précisément afin de permettre l'intervention d'équipes de réparation. Ce travail de recherche porte sur l'utilisation des composantes symétriques (homopolaires, directes et inverses) et harmoniques par des algorithmes de protection et de localisation de défauts. Une première partie théorique a permis de mettre en évidence les propriétés de la décomposition symétrique et harmonique des signaux tension et courant, et de calculer les composantes des courants issus des différents défauts considérés. Les algorithmes de protection directionnels développés par la suite ont comme principal avantage de pouvoir se passer de capteurs de tension dans la plupart des configurations. L'information harmonique, lorsqu'elle est disponible, amène à une amélioration des performances de ces algorithmes, sans pour autant être réellement indispensable. Les algorithmes de localisation mis au point ne requièrent pour fonctionner que la connaissance topologique du réseau et non pas celle des caractéristiques électriques de chaque tronçon. Ils aboutissent eux aussi à une diminution du nombre de capteurs nécessaires. Leur généralisation nous conduit à un système global de localisation applicable quels que soient le nombre et l'emplacement des capteurs. Tous ces algorithmes ont été testés et validés par simulation sur un grand nombre de configurations et de cas. Nous avons ainsi clairement identifié leurs limites et leurs performances. Deux régimes de neutre ont été pris en compte: neutre résistif et neutre compensé, ainsi que deux types de défaut: monophasé et biphasé.

The medium voltage distribution networks are victims of faults which must be detected and eliminated as soon as possible, then more precisely localised in order to allow repairing staff to operate. This research work relates to the use of the symmetrical (homopolar, positive and onegative sequence) and harmonic components by protection and localization algorithms. A first theoretical part made it possible to highlight the properties of the symmetrical and harmonic decomposition of the voltage and current signals, and to calculate the components of the currents resulting from the various faults considered. The directional protection algorithms developed thereafter have as principal advantage of being able to work without voltage sensors in most configurations. Harmonic information, when it is available, leads to an improvement of the performances of these algorithms, without being really essential. The algorithms of localization developed require to function only the topological knowledge of the network and not that of the electric characteristics of each section. They also lead to a reduction in the number of sensors necessary. Their generalization leads us to a total system of applicable localization whatever the number and situation of the sensors. All these algorithms were tested and validated by simulation on a great number of configurations and cases. We thus clearly identified their limits and their performances. Two kind of neutral grounding were taken into account: resistive neutral and compensated neutral, like two types of fault : single-phase current and two-phase.