Etude des surtensions et de la coordination de l'isolement du retour métallique F/H

Mission

Construire un cas EMTP de référence d’une liaison VSC-HVDC bipolaire avec retour métallique câblé, et y mener une étude paramétrique sur les surtensions le long du DMR.


Sujet du stage
Contexte
Les liaisons HVDC bipolaires peuvent être équipées d’un retour métallique dédié (DMR), câble supplémentaire permettant de maintenir une partie du transit en cas d’indisponibilité d’un pôle. Dans cette configuration, le DMR est normalement très proche du potentiel de la terre, mais certains défauts et changements de mode de fonctionnement peuvent lui appliquer des surtensions importantes. Des travaux récents (CIGRE B4-11433-2024) montrent que le maximum peut apparaître à l’intérieur de la liaison et dépasser la tension limitée par les parafoudres placés aux extrémités.
Les niveaux de surtension à retenir pour le dimensionnement de son isolement restent peu documentés. Les publications disponibles donnent une indication générale des phénomènes, sans détailler les paramètres qui les gouvernent, et les recommandations CIGRE relatives aux essais des câbles HVDC (TB 852) ne fixent pas de niveau pour le câble de retour : elles renvoient à la négociation client-fournisseur et aux calculs système. La qualité de l’étude conditionne donc directement la spécification de l’isolement du DMR.

Objectif du stage
Construire un cas EMTP de référence d’une liaison VSC-HVDC bipolaire avec retour métallique câblé, et y mener une étude paramétrique afin d’identifier les paramètres importants et les contraintes à retenir pour la coordination de l’isolement du DMR.

Travail attendu
• Analyse des travaux CIGRE et externes sur les liaisons bipolaires avec retour métallique et sur la coordination de l’isolement des câbles HVDC, afin d’établir le cadre de l’étude et le catalogue des paramètres à explorer.
• Construction sous EMTP du cas de liaison VSC-HVDC bipolaire avec DMR câblé, à partir d’un cas de base : stations de conversion, câbles de pôle et de retour, mise à la terre, parafoudres, protections, modes de marche et conditions de fonctionnement.
• Étude paramétrique de l’effet des caractéristiques du câble, du concept de mise à la terre, des défauts (type, localisation, durée d’élimination), du niveau de protection des parafoudres et des conditions avant le défaut, sur les surtensions le long du DMR.
• Extraction des valeurs crêtes le long du DMR et de la contrainte subie par les parafoudres, puis analyse de sensibilité pour hiérarchiser les paramètres influents.
• Analyse des résultats et formulation des contraintes à retenir pour la coordination de l’isolement du DMR.

Moyens
Le travail s’appuie sur le logiciel de simulation de transitoires électromagnétiques EMTP et sur le cas de base.
Le stage pourra donner lieu à des interactions avec des partenaires étrangers (transports d’électricité, fabricants, groupes de travail) sur l’isolement des liaisons HVDC. Le rapport de stage sera rédigé en anglais.

Résultats attendus
• Un cas EMTP de référence documenté et réutilisable.
• Des résultats paramétriques permettant de mieux définir les contraintes d’isolement d’un DMR câblé.
• Une publication scientifique potentielle si les résultats apportent des éléments nouveaux

Compétences

• Connaissances de base en électrotechnique et en réseaux électriques.
• Notions de transitoires électromagnétiques et pratique de la modélisation (réseaux, câbles, convertisseurs).
• Intérêt pour les liaisons HVDC et les questions d’isolement associées.
• Pratique de la simulation dans le domaine transitoire (EMTP ou équivalent) ; une expérience sur EMTP est un plus.
• Capacité à lire et à synthétiser une documentation technique et scientifique en anglais.
• Autonomie et goût pour la modélisation physique.
Formation

• Elève en dernière année d’école d’ingénieur ou en Master 2, avec une formation en électrotechnique, réseaux électriques ou électromagnétisme.
• Une expérience en modélisation électromagnétique ou en simulation dans le domaine transitoire est un plus, mais n’est pas nécessaire.
• Un parcours de formation en interne est prévu (prise en main d’EMTP, modélisation des câbles HVDC, coordination de l’isolement).
• Bonne maîtrise de l’anglais scientifique.

Résultats attendus 
•  Un cas EMTP de référence documenté et réutilisable. 
•  Des résultats paramétriques permettant de mieux définir les contraintes d’isolement d’un DMR câblé. 
•  Une publication scientifique potentielle si les résultats apportent des éléments nouveaux

Compétences 
 
•  Connaissances de base en électrotechnique et en réseaux électriques. 
•  Notions de transitoires électromagnétiques et pratique de la modélisation (réseaux, câbles, convertisseurs). 
•  Intérêt pour les liaisons HVDC et les questions d’isolement associées. 
•  Pratique de la simulation dans le domaine transitoire (EMTP ou équivalent) ; une expérience sur EMTP est un plus. 
•  Capacité à lire et à synthétiser une documentation technique et scientifique en anglais. 
•  Autonomie et goût pour la modélisation physique. 
Formation 
 
•  Elève en dernière année d’école d’ingénieur ou en Master 2, avec une formation en électrotechnique, réseaux électriques ou électromagnétisme. 
•  Une expérience en modélisation électromagnétique ou en simulation dans le domaine transitoire est un plus, mais n’est pas nécessaire. 
•  Un parcours de formation en interne est prévu (prise en main d’EMTP, modélisation des câbles HVDC, coordination de l’isolement). 
•  Bonne maîtrise de l’anglais scientifique.