FACTS, Flexible AC Transmission Systems · Glossaire

FACTS signifie Flexible AC Transmission Systems. L'IEEE entend par là des systèmes de transport en courant alternatif dotés de régulateurs à électronique de puissance et d'autres régulateurs statiques. Ces régulateurs doivent rendre le réseau mieux pilotable et accroître sa capacité de transport. « Statique » signifie que ces installations ne comportent pas de machines tournantes. Leur cœur est le plus souvent constitué d'électronique de puissance à thyristors ou à semi-conducteurs commandables à l'ouverture. Les installations FACTS peuvent soutenir la tension et absorber ou fournir de la puissance réactive. Elles peuvent en outre modifier les transits de puissance, amortir les oscillations du réseau et améliorer la stabilité du réseau de transport. Elles ne produisent pas d'énergie supplémentaire et ne remplacent aucune centrale. Leur utilité consiste à influencer rapidement et de manière réglable un réseau à courant alternatif. Un tel réseau ne suit pas les relations commerciales contractuelles. Le courant circule selon les impédances, les angles de tension et l'état des commutations.

Les FACTS sont utilisés surtout dans le réseau à très haute tension et à haute tension. Là, de fortes puissances sont transportées sur de longues distances. De petites variations de la tension, de l'angle de phase ou de l'impédance du réseau peuvent déjà modifier fortement la répartition des transits de puissance. Selon le type d'installation, la taille d'une installation s'exprime différemment : en puissance réactive en mégavoltampères réactifs (MVAr), en puissance apparente en mégavoltampères (MVA) ou en puissance de transport influencée en mégawatts. Un exemple d'ordre de grandeur : les gestionnaires de réseau de transport allemands jugent pertinentes de futures installations STATCOM d'environ 250 à 600 MVAr par installation. Le temps de réaction est également important en pratique. Selon leur conception et leur tâche de régulation, les régulateurs à électronique de puissance réagissent en quelques millisecondes à quelques secondes. Ils peuvent ainsi influencer des phénomènes trop rapides pour des équipements à commutation mécanique.

Fonction technique dans le réseau à courant alternatif

Un réseau à courant alternatif exige plus que des lignes et une puissance de production suffisantes. La tension doit rester dans des limites admissibles, la fréquence doit être stable autour de 50 hertz, et les générateurs doivent rester synchrones même en cas de perturbation. S'y ajoutent d'autres exigences : les courants de court-circuit doivent rester maîtrisables, les équipements doivent être protégés contre la surcharge, et après une perturbation, le réseau doit retrouver un état sûr. Les installations FACTS contribuent à plusieurs de ces tâches, surtout pour la tension, la puissance réactive et le transit de puissance. On peut distinguer grossièrement les régulateurs connectés en parallèle (shunt), les régulateurs connectés en série (série) et les formes combinées.

Les installations connectées en parallèle agissent sur la tension et la puissance réactive au nœud de raccordement. Elles comprennent le SVC, Static Var Compensator et le STATCOM, Static Synchronous Compensator. La puissance réactive capacitive relève la tension, la puissance réactive inductive l'abaisse. Un SVC utilise des inductances et des condensateurs commutés ou régulés par des thyristors. Un STATCOM fonctionne avec un convertisseur autocommuté à source de tension (Voltage Source Converter). Les deux régulent la puissance réactive en continu et peuvent la fournir ou l'absorber. Pour le SVC, la puissance réactive disponible diminue fortement lorsque la tension chute. Un STATCOM, en revanche, peut maintenir en grande partie son courant réactif. C'est pourquoi il soutient mieux la tension lors de creux de tension profonds et régule très rapidement. La comparaison des coûts et de l'encombrement des deux solutions dépend du projet.

Toute installation de compensation n'est pas une installation FACTS. Les batteries de condensateurs à commutation mécanique avec réseau d'amortissement (MSCDN) et les inductances de compensation sont le plus souvent commutées manuellement et de manière préventive. Elles compensent plutôt des variations de tension lentes, par exemple lors de l'alternance jour-nuit. Les compensateurs synchrones rotatifs sont des machines synchrones. Ils fournissent de la puissance réactive et, en plus, de la masse tournante, mais en raison de leur mouvement de rotation, ce ne sont pas des régulateurs statiques. Dans la planification du réseau, toutes ces technologies sont souvent regroupées sous le terme de compensation de la puissance réactive.

Les installations FACTS connectées en série modifient l'impédance effective d'une ligne. Elles influencent ainsi la quantité de puissance active qui circule sur cette ligne. Un exemple typique est la compensation série commandée par thyristors (TCSC, Thyristor Controlled Series Compensation). Au sens figuré, une telle installation rend une ligne électriquement plus courte ou plus longue, sans que sa longueur réelle change. Dans les réseaux maillés, une partie du transit de puissance peut ainsi être reportée des chemins surchargés vers des chemins moins chargés. Les conceptions à base de convertisseurs vont encore plus loin. Le Static Synchronous Series Compensator (SSSC) et l'Unified Power Flow Controller (UPFC) peuvent, au moyen d'un convertisseur, injecter de façon ciblée une tension dans la ligne. L'UPFC combine pour cela une partie shunt et une partie série.

Il existe en outre des équipements qui pilotent l'angle de phase ou le transit de puissance. Leur appartenance aux FACTS dépend de leur réalisation technique. Un transformateur déphaseur n'en fait pas automatiquement partie, car son changeur de prises fonctionne le plus souvent de manière électromécanique. Il remplit toutefois une tâche similaire en exploitation : il influence le transit de puissance dans un réseau à courant alternatif maillé. Les versions équipées de commutateurs à thyristors sont en revanche rattachées aux FACTS.

Distinction par rapport aux lignes, aux stockages et au CCHT

Les FACTS sont souvent décrits comme une alternative au développement du réseau. C'est imprécis si cela donne l'impression que les FACTS pourraient remplacer à volonté une capacité de ligne manquante. Une ligne aérienne ou un câble est une voie de transport physique. Une installation FACTS, en revanche, modifie la façon dont les lignes à courant alternatif existantes sont utilisées et leur stabilité de fonctionnement. Lorsqu'une région a besoin durablement de plus de capacité de transport, une installation de compensation réglable peut réduire les congestions ou les repousser dans le temps. Les limites thermiques des conducteurs, les concepts de protection et le critère N-1 continuent toutefois de s'appliquer. L'utilisation accrue des lignes existantes a elle aussi un prix : le besoin de puissance réactive augmente plus que proportionnellement avec le taux de charge. Une compensation supplémentaire ne devient ainsi souvent nécessaire que dans ce cas.

Des FACTS classiques se distinguent d'un stockage par le fait qu'ils n'absorbent pas de quantités d'énergie notables en vue d'une restitution ultérieure. Un stockage par batteries déplace sur plusieurs heures l'injection ou le soutirage de puissance active. Une installation FACTS pilote des grandeurs électriques pendant l'exploitation courante du réseau. Il existe toutefois désormais des formes hybrides. Un E-STATCOM est un STATCOM doté d'un stockage de courte durée, par exemple à base de supercondensateurs. Il peut fournir de la puissance active à titre de réserve instantanée pendant des fractions de seconde jusqu'à quelques secondes. Selon le plan de développement du réseau, TransnetBW prévoit de construire sous cette forme toutes ses installations STATCOM. Ces stockages servent eux aussi à la stabilité du réseau et non au négoce de quantités d'électricité dans le temps.

La transmission en courant continu à haute tension, CCHT est elle aussi clairement distincte. Une liaison CCHT transmet de la puissance active par une liaison propre en courant continu et pilote très précisément le flux entre deux points. Les FACTS fonctionnent au sein du réseau à courant alternatif et y modifient les propriétés électriques. La technique est étroitement apparentée : les convertisseurs CCHT modernes et les STATCOM utilisent des convertisseurs autocommutés similaires. Les convertisseurs CCHT peuvent donc fournir de la puissance réactive réglable dans leur environnement. Le plan de développement du réseau indique à ce sujet que le besoin en STATCOM peut aussi être en partie couvert par des convertisseurs CCHT. Ces convertisseurs doivent toutefois être mis en service à temps.

Pourquoi les FACTS gagnent en importance dans le système électrique

Le réseau de transport a longtemps été marqué par de grandes centrales équipées de générateurs synchrones. Elles fournissaient de la puissance active, mettaient à disposition de la puissance de court-circuit et maintenaient la tension par leurs générateurs, souvent pour ainsi dire comme sous-produit. Ces centrales reculent et la production renouvelable croît. Ces propriétés changent donc. Les parcs éoliens et solaires injectent via des convertisseurs. De nombreux points d'injection sont éloignés des centres de consommation, et le sens des transits de puissance change plus souvent et plus rapidement.

Le besoin d'équipements réglables dans le réseau augmente ainsi. Le maintien de la tension devient plus difficile, car la puissance réactive ne peut pas être transportée de manière judicieuse sur de longues distances. Elle doit être fournie ou absorbée à proximité des nœuds du réseau où elle est nécessaire. En même temps, la concentration régionale de la production renouvelable entraîne par moments un important besoin de transport. Comme la puissance éolienne et solaire fluctue selon la météo, la puissance réactive doit être régulée de manière de plus en plus dynamique. Dans de précédents plans de développement du réseau, les gestionnaires de réseau de transport allemands ont fait apparaître un besoin d'ajout de compensation de puissance réactive de plusieurs dizaines de gigavoltampères réactifs (GVAr). Une grande partie doit être réglable. Les valeurs exactes dépendent du cycle de planification et du scénario concernés.

Cela est particulièrement important pour une exploitation sûre selon le critère N-1. Le réseau doit alors continuer à fonctionner en sécurité même en cas de défaillance d'un équipement important, par exemple une ligne ou un transformateur. Dans de tels cas, une installation FACTS peut éviter des surcharges ou limiter des creux de tension. Elle ne remplace pas la règle de sécurité. Elle offre toutefois au gestionnaire de réseau des possibilités d'intervention supplémentaires. Si l'installation FACTS elle-même tombe en panne, cela doit aussi être pris en compte dans le calcul de sécurité.

Malentendus fréquents

Un malentendu fréquent consiste à voir les FACTS comme une « ligne virtuelle ». Cette image peut aider au cas par cas, mais elle masque la limite physique. Les FACTS peuvent réorienter ou stabiliser des transits de puissance, mais ils ne créent aucune section de conducteur supplémentaire. Si toutes les lignes voisines sont déjà fortement chargées, aucune voie de transport libre ne peut être obtenue par la régulation.

Il est tout aussi faux d'assimiler la puissance réactive à de la production d'électricité. Le courant alternatif a besoin de puissance réactive, parce que dans les lignes, les transformateurs et les machines, des champs électriques et magnétiques doivent être établis et dissipés 50 fois par seconde. Contrairement à la puissance active, elle n'accomplit toutefois aucun travail utile. Une installation qui fournit des MVAr n'alimente de ce fait ni un ménage ni un site industriel. Elle fait en sorte que le réseau puisse transporter de manière fiable la puissance active. C'est pourquoi les gestionnaires de réseau décrivent volontiers la puissance réactive comme le « lubrifiant » de l'exploitation du réseau.

Une autre erreur concerne les coûts. Si l'on ne considère que l'investissement, on tend à juger les installations FACTS plus chères qu'une installation de commutation conventionnelle. Pour leur valeur économique, d'autres grandeurs comptent toutefois aussi : moins de redispatching, moins d'écrêtement de la production renouvelable, une meilleure utilisation des lignes existantes, un développement du réseau retardé et une plus grande sécurité d'exploitation. Cet avantage n'apparaît pas de lui-même. Il dépend de l'emplacement, de la structure du réseau et de la conduite d'exploitation. La régulation joue en outre un rôle : elle détermine dans quelles installations les gestionnaires de réseau peuvent investir et quels coûts sont reconnus.

Exploitation du réseau, marché et responsabilité

Les installations FACTS du réseau de transport appartiennent en règle générale aux gestionnaires de réseau de transport. Elles ne sont pas utilisées sur le marché de l'électricité comme des centrales, mais exploitées selon les exigences du réseau. Il en découle d'autres incitations. Une centrale gagne de l'argent sur l'énergie, sur la puissance ou sur des services système. Une installation FACTS appartenant à un gestionnaire de réseau est financée en Allemagne par les tarifs d'utilisation du réseau, si la régulation reconnaît l'investissement. Sa mission est de maintenir le réseau physiquement fonctionnel, non d'exploiter les prix de marché. Il existe toutefois aussi des technologies de type STATCOM chez des utilisateurs du réseau raccordés, par exemple dans des parcs éoliens. Ces installations sont des installations privées de clients et non des équipements d'exploitation du réseau.

Les FACTS agissent néanmoins indirectement sur le marché. Si les congestions du réseau de transport diminuent, moins de redispatching est nécessaire. Si le maintien de la tension réussit mieux localement, les installations renouvelables peuvent injecter plus souvent. Si les lignes peuvent être exploitées plus près de leurs limites sûres, les coûts de gestion du réseau changent. Ces effets ne sont souvent pas visibles dans le prix de gros de l'électricité. Ils apparaissent toutefois dans les coûts du réseau, dans les mesures de compensation et dans les quantités d'électricité écrêtées.

La question n'est donc pas seulement de savoir quelle technique est disponible. En Allemagne, les gestionnaires de réseau de transport présentent dans le plan de développement du réseau les installations de compensation de puissance réactive comme des projets distincts, avec l'emplacement ou la zone de recherche et l'année de mise en service prévue. Ce faisant, ils examinent aussi d'autres solutions telles que des convertisseurs CCHT ou des compensateurs synchrones rotatifs. Il est décisif de savoir qui planifie une installation et qui évalue son utilité. Il est tout aussi important de savoir quelles alternatives sont examinées et quels coûts sont supportés via les tarifs d'utilisation du réseau. Les FACTS montrent bien que la sécurité d'approvisionnement exige plus que de la capacité de production. Elle exige aussi une infrastructure de réseau pilotable, des responsabilités claires et des règles d'exploitation qui traduisent aussi économiquement les effets techniques.

Les FACTS ne sont ni une source d'électricité ni un stockage, mais des interventions électriques réglables dans les réseaux à courant alternatif. Le terme est précis lorsqu'il s'agit de tension, de puissance réactive, de stabilité et de transit de puissance. Il devient imprécis lorsqu'il est compris comme une promesse générale de remplacer le développement du réseau ou la planification du système. Leur importance réside dans la possibilité d'exploiter les réseaux existants de manière plus contrôlée, plus rapide et plus près de leurs limites d'exploitation sûres.

Sources

FACTS Overview (TP 108) — IEEE Power & Energy Society / CIGRE; 1995. Beschreibung des Tutorials
Systemstabilität — Übertragungsnetzbetreiber 50Hertz, Amprion, TenneT, TransnetBW (netzentwicklungsplan.de); unbekannt. Abschnitte Blindleistung, Herausforderungen durch die Energiewende, Technologien
P90 Blindleistungskompensationsanlagen TransnetBW (NEP Strom 2037/2045, Version 2025) — TransnetBW / Übertragungsnetzbetreiber (Projektbibliothek Netzentwicklungsplan); 2026-05-19 (laut zugehörigem PDF). Projektbeschreibung und Begründung (Momentanreserve)
Notwendigkeit der Entwicklung netzbildender STATCOM-Anlagen (Positionspapier) — Die vier deutschen Übertragungsnetzbetreiber (netztransparenz.de); 2020-12. Seite 1

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Edited by eCMS on 11.11.2026 19:47