Cable modelling for electromagnetic transients in power systems
Modélisation des câbles pour les transitoires électromagnétiques dans les systèmes électriques
Résumé
Cables are extensively used for underground alternating current electricity distribution and progressively over longer distances ; the proliferation of offshore wind farms which require interconnections with the mainland has also increased their use underwater. Models of cables are available in the well-known Electro Magnetic Transient Program software and are designed to the time-domain. These models are assembled using different techniques but all of them need a precise knowledge of the frequency domain parameters of the cables. Accordingly, for the calculation of the impedances of three-core submarine power cables this thesis proposes an improved method to consider the proximity effect between all conductors. The method, which is a semi-analytical, uses the dual concept of thin-wires and sub-conductors to describe the current density inside the conductors and the calculation of the impedances. The effect of the sea return is also analyzed and a quasi Monte Carlo method is proposed, to solve the integrals describing the impedances formulations for the two layer soil (the sea and seabed) upon which the submarine cables are laid. The effect due to the presence of semi-conducting layers in the cables is also treated. The stochastic collocation method is also described and applied, in order to account for the variability of the input parameters.
Les câbles sont utilisés de plus en plus pour le transport et la distribution de l’électricité en courant alternatif sur des distances de plus en plus longues. La prolifération de fermes éoliennes offshore qui nécessitent d’interconnexions avec le continent a aussi propulsé leur utilisation sous-marine. Modèles de câbles sont disponibles dans le bien connu logiciel Electro Magnetic Transient Program et sont destinés au domaine temporel. Ces modèles sont assemblés en utilisant différentes techniques, mais tous nécessitent une connaissance précise des paramètres des câbles dans le domaine fréquentiel. Dans ce but, pour le calcul des impédances des câbles tripolaires cette thèse propose une méthode qui améliore la prise en compte de la proximité entre tous les conducteurs : il s’agit d’une méthode semi-analytique qui utilise le concept duale de fils minces et sous-conducteurs pour décrire la densité de courant à l’intérieur des conducteurs et le calcul des impédances. L’effet du retour par la mer est aussi analysé et une méthode quasi Monte Carlo est proposé, afin de résoudre les intégrales qui décrivent la formulation des impédances pour le sol à deux couches (la mer et son fond) sur lequel ces câbles sont posés. L’effet du à la présence des couches de semi-conducteur dans les câbles est aussi traité. La méthode de collocation stochastique est aussi décrite et appliquée, afin de prendre en compte la variabilité des paramètres d’entrée.
Origine : Version validée par le jury (STAR)