DeMoHVDC

Contexte

Le transport de l’énergie électrique se fait encore actuellement principalement en courant alternatif haute tension (HVAC). Les progrès considérables dans le domaine de l’électronique de puissance permettent maintenant le développement de réseaux de transport à courant continu à haute tension (HVDC) qui sont considérés comme une solution pertinente pour faciliter en particulier la pénétration des énergies renouvelables. Le développement à grande échelle du transport HVDC conduit à l’apparition de nouvelles problématiques liés en particulier à l’effet couronne et à l’apparition de courant de charge d’espace. Autour des conducteurs à haute tension des lignes de transmission aériennes, le champ électrique peut être suffisamment élevé pour conduire à une ionisation de l’air. Ce phénomène, appelé effet couronne, est en particulier à l’origine de pertes et de nuisances sonores dans le cas HVAC. Dans le cas HVDC, la polarisation du câble étant constante, il apparait de plus des courants de charge d’espace entre le conducteur et la terre ou entre les conducteurs se situant à proximité les uns des autres. L’effet couronne conduit à une modification de la répartition du champ électrique dans l’espace et en particulier au niveau du sol.

Problématique

our des questions de santé public, il est important de pouvoir contrôler la valeur maximale de ce champ électrique ainsi que celle de la densité de courant de charge d’espace. Par ailleurs, pour évaluer l’efficacité énergétique du système de transport, il est crucial aussi de pouvoir évaluer le niveau de pertes qui dépend aussi des courants de charge. Pour cela il faut donc disposer d’outils d’analyse qui permettent d’évaluer la répartition spatiale du champ électrique et des courants de charges d’espace ainsi que les pertes. Dans un contexte d’accroissement du transport HVDC, cet outil est indispensable pour les exploitants de réseau afin d’évaluer l’impact de l’implantation d’une nouvelle ligne HVDC sur son environnement ou d’optimiser l’utilisation de ligne existante migrant du « full HVAC » vers « hybrid HVDC/HVAC ». Il n’existe pas actuellement un outil permettant de traiter des cas industriels complexes.

Verrous

Ces outils d’analyse nécessitent la résolution d’un système d’équation aux dérivées partielles fortement non linéaires. L’analyse de la littérature existante montre que (cf partie Etat de l’art) :-il apparait un manque apparent d'analyse du modèle mathématique dans la littérature concernant l’existence et l’unicité de la solution. Il n’y a pas de méthodes disponibles pour l’ingénieur pour vérifier que le problème basé sur les équations aux dérivées partielles à résoudre, les conditions aux limites et les lois de comportement est bien posé.
-de nombreuses méthodes numériques ont été proposées dans la littérature depuis les années 1970 pour résoudre les problèmes de charges d’espaces pour le transport HVAC et HVDC mais aucune n’a pu s’imposer. De même que pour le modèle mathématique, les méthodes numériques sont souvent exposées sans réel fondement théorique en particulier autours de conditions de convergence.
-même si on constate des études de cas de plus en plus réalistes, on constate que ceux-ci sont souvent 2D. Quelques cas 3D ont été traités mais restent en général assez simples.

Il est donc nécessaire pour développer les outils d’analyse :
-de bien maitriser les fondements théoriques des modèles et des méthodes numériques mises en oeuvre pour leur résolution de manière à s’assurer que le problème est bien posé et qu’il possède une solution ce qui n’est pas le cas actuellement.
-de comparer les méthodes numériques entre elles sur des exemples réalistes 3D afin de déterminer les limites des méthodes disponibles puis ensuite d’améliorer le ou les schémas de résolution le plus prometteur en vue de pouvoir traiter des problèmes complexes de dimension industrielle.

Objectf du projet

Le présent projet porte sur le second point concernant le développement et le test de méthodes numériques adaptées au traitement de cas industriels en 3D. Les développements se feront dans le logiciel Code_carmel co développé par le L2EP et EdF R&D dans le cadre du laboratoire commun LAMEL (EdF R&D et L2EP).