L’apparition de grands ordinateurs numériques dans les années 1960 a ouvert la voie à des développements sans précédent dans l’analyse des systèmes électriques et à la disponibilité de l’énergie électrique plus fiable et plus économique avec un contrôle plus strict de la fréquence et de la tension du système.

Dans les premières années de ce développement, l’inadéquation entre tailles des problèmes à analyser et la capacité limitée de la technologie informatique à encourager les chercheurs à trouver des algorithmes de calculs plus efficaces et plus robustes. De tels efforts se sont révélés inestimables pour le développement du contrôle du système électrique en temps réel à un moment où les services publics trouvent des difficultés à maintenir un niveau de fiabilité élevé à un coût compétitif.

L’énergie électrique est une de formes d’énergie les plus utilisées dans l’industrie, aux résidences, aux bureaux, dans le transport, etc. L’électrotechnique ou la technologie de l’énergie électrique concerne la génération, le transport, la distribution et l’utilisation de cette énergie. Les réseaux électriques sont parmi les systèmes les plus complexes qu’on a à étudier par le nombre et la variété des composantes et aussi par la grandeur physique.

Historique des réseaux électriques

Le concept de réseaux électriques a été introduit par Thomas Edison en 1878 qui chercher à générer de l’énergie électrique et à la distribuer par un réseau d’éclairage.

L’industrie de réseau électrique a commencé réellement en 1882 où Thomas Edison inaugurait sa centrale Pearl Street à New York. Cette première centrale fonctionne avec des machines à vapeur qui entraînent des génératrices à courant continu pour fournir une puissance électrique de 30 KW à une tension de 110 V pour l’éclairage (avec lampes incandescentes) de 59 maisons. Et depuis le réseau électrique ne cesse pas de se développer :

• 1882 : installation d’un générateur CC entraîné par roue hydraulique à Appleton, Wisconsin et installation de la première ligne de transport (2400 VCC, 59 KM) en Allemagne;
• 1884 : Frank J. Sprague produit des moteurs CC pour les utiliser dans les réseaux CC d’Edison et développement des systèmes CC à trois fils 220 V;
• 1885 : Développement par William Stanley d’un transformateur pratique permettant le transport à courant alternatif à des tensions plus élevées et à plus grandes distances;
• 1888 : Nikola Tesla présente un article sur les moteurs d’induction et synchrones biphasés mettant en évidence les avantages des systèmes polyphasés par rapport au monophasé;
• 1889 : Installation de la première ligne monophasée au E.U à Oregon (4 KV, 21 Km);
• 1891 : Installation de la première ligne triphasée en Allemagne (12 KV, 179 Km);
• 1893 : Installation de la première ligne triphasée aux E.U en Californie (2.3 KV, 12 Km).

Les réseaux de transport 

Le transport de l’énergie est le processus de livraison de l’électricité générée, généralement sur des longues distances au réseau de distribution qui est situé dans les zones peuplées. Une partie importante de ce processus comprend des transformateurs qui sont utilisés pour augmenter le niveau de tension afin de rendre le transport de l’énergie sur des longues distances faisables.

En effet lorsqu’on déplace un gros volume d’électricité, il vaut mieux augmenter la tension plutôt que l’intensité du courant, afin de réduire les pertes et limiter le coût total de la transmission (ou transport). Une grande partie de l’énergie électrique produite par HydroQuébec est transmise par des lignes de 735 kV .

Les réseaux de transport sont composés de lignes, de postes de transformation et de postes de couplages.

Les réseaux de distribution

Le réseau de distribution est la partie du réseau qui fournit en électricité les utilisateurs, il achemine l’énergie d’un réseau de transport aux transformateurs aérien desservant les clients. Un réseau de distribution est généralement un réseau radial, chaque point de connexion au réseau moyenne tension alimente un « arbre » se subdivisant en plusieurs reprises avant d’atteindre les transformateurs de distribution.

Représentation et analyse des réseaux électriques

L’analyse des réseaux électriques peut être effectuée à l’aide des modèles de circuits. Cependant, ces modèles sont complexes, car les réseaux électriques sont en général multiphasés et contiennent un nombre élevé de composants. Un autre facteur qui complique davantage l’analyse est la présentation des transformateurs qui séparent le réseau en plusieurs secteurs de tension différente.

Pour faciliter l’analyse des réseaux électriques, on a développé plusieurs outils, principalement le diagramme unifilaire, l’analyse par phase (en utilisant le circuit monophasé équivalent), et le système d’unité relative PU.

Schéma unifilaire 

La complexité des réseaux électriques rend leur représentation par les schémas classiques impraticables. Pour représenter de façon efficace un réseau électrique, on utilise un schéma unifilaire dans lequel les interconnexions des différents équipements sont indiquées par une seule ligne. Les connexions électriques réelles n’y sont pas représentées.

Analyse par phase ou circuit monophasé équivalent 

L’analyse d’un système triphasé équilibré peut être effectuée de façon simple en le transformant en un système Y et en considérant seulement le circuit monophasé équivalent qui représente la phase A uniquement.

Les tensions et les courants des autres phases sont déduits à partir des tensions et courants de la phase A en ajoutant les déphasages.

Système d’unité relative PU 

Les calculs en électrotechnique peuvent être simplifiés en utilisant le système d’unité relative (système per-unit PU). Dans ce système, les quantités (tension, courant, impédance, puissance) sont exprimées ne fonction des valeurs de base choisies.