Les onduleurs formant réseau trouvent leur place sur les grands réseaux : peuvent-ils faire ce qu'ils disent ?

Jusqu'à récemment, les applications pratiques des onduleurs à formation de réseau (GFM) étaient limitées aux micro-réseaux et aux réseaux isolés et aux applications de réseaux plus petits de l'ordre de quelques dizaines de mégawatts.

Au cours des 12 derniers mois, le paysage a changé rapidement, avec plus de 10 projets de l'ordre de plusieurs centaines de mégawatts en cours de développement dans le monde pour des applications de systèmes d'alimentation en masse.

Cependant, cette technologie n'est pas bien comprise lorsqu'elle est appliquée à grande échelle. Cela devient plus important à l'avenir, lorsqu'il prendra peut-être le rôle que les générateurs synchrones jouent depuis plusieurs décennies en tant que cheval de bataille du soutien de la stabilité du système.

Cet article de blog vise à fournir un résumé des capacités, des limites et des considérations connues de GFM du point de vue de la modélisation du système électrique et des performances techniques, en mettant l'accent sur les études d'interconnexion du réseau et la planification et l'exploitation du système électrique.

En plus de la modélisation conventionnelle des transitoires dans le domaine des phaseurs (PDT), la modélisation des transitoires électromagnétiques (EMT) devient de plus en plus importante pour l'analyse dynamique des systèmes électriques dans des scénarios avec une part élevée de ressources basées sur les onduleurs (IBR).

Les modèles EMT et PDT peuvent se présenter sous la forme de modèles spécifiques au projet (avec des paramètres de système de contrôle spécifiques au site de l'onduleur) ou de modèles génériques. Chacun des modèles EMT et PDT, et, à leur tour, les modèles spécifiques au projet et génériques, ont certaines applications et limites justifiant leur utilisation complémentaire dans la planification et l'exploitation du système électrique et les études d'interconnexion du réseau.

Cela est vrai pour les onduleurs suivant le réseau (GFL) et les onduleurs GFM. En effet, la structure de contrôle des deux types d'onduleurs est très similaire avec des objectifs de contrôle différents.

Les malentendus courants associés à la modélisation GFM incluent :

– Une opinion selon laquelle la modélisation PDT a une application limitée ou inexistante pour le GFM puisque cette technologie est principalement destinée aux scénarios IBR élevés avec très peu ou pas de générateurs synchrones en ligne, ce qui conduit au choix évident de la modélisation EMT.

– De l'autre côté du spectre, une perception selon laquelle puisque les IBR GFM émulent généralement plusieurs caractéristiques d'une machine synchrone, la modélisation PDT serait suffisante comme elle l'a toujours été pour les machines synchrones.

L'expérience à ce jour indique que les modèles EMT fournis par les fabricants d'équipement d'origine (OEM) pour les études de connexion au réseau sont souvent robustes et précis, et généralement une représentation fidèle du code de contrôle réel de l'onduleur.

Divers degrés de robustesse et de précision ont été observés pour les modèles PDT GFM. En effet, le développement de modèles PDT nécessite l'application d'hypothèses simplificatrices et un développement manuel qui prend plus de temps pour développer, ajuster, vérifier et faire mûrir le modèle.

Cela dit, les modèles PDT de GFM de certains équipementiers offrent une robustesse et une précision comparables aux meilleurs modèles de GFL spécifiques à un projet. L'analyse comparative des modèles EMT et PDT fournira l'occasion de comprendre et de résoudre les problèmes potentiels de démarrage dans les modèles PDT.

Cependant, il convient de faire preuve de prudence, car les outils PDT peuvent ne pas être en mesure de présenter les mêmes performances dynamiques que celles d'un modèle EMT pour toutes les conditions de fonctionnement possibles, par exemple, des conditions de faible résistance du système.

Le besoin de modèles de GFM spécifiques au fournisseur et au projet pour les études d'interconnexion du réseau est clair. Cela permet une évaluation précise de la contribution positive de cette technologie au système électrique plus large, y compris la fourniture d'une puissance de système suffisante pour un fonctionnement stable des IBR GFL à proximité.

En outre, l'utilisation de modèles spécifiques au projet permettra d'évaluer et de traiter toute interaction potentielle du système de contrôle défavorable avec d'autres IBR GFM et GFL dans le réseau ; Les onduleurs GFM sont toujours capables d'interagir avec d'autres onduleurs de bande passante de contrôle similaire.

Enfin, différents équipementiers ont mis en œuvre différentes philosophies de contrôle GFM ; à l'heure actuelle, des produits commerciaux basés sur un générateur / machine synchrone virtuel, un statisme et un contrôle de puissance synchrone peuvent être trouvés. Plusieurs combinaisons et permutations existent au sein de chacune de ces catégories. En tant que tel, il n'est pas prudent d'utiliser des modèles génériques pour les études d'interconnexion du réseau.

Cependant, ce qui est le mieux pour les études d'interconnexion du réseau diffère de ce qui est le mieux pour la planification à long terme. Étant donné qu'une évolution technologique rapide peut se produire dans un délai de planification de plusieurs années, il existe souvent une incertitude sur le type et la marque précis de la génération à connecter à l'avenir. Cela rend l'utilisation de modèles dynamiques spécifiques au site et au fournisseur peu pratique pour les études de planification à long terme.

L'utilisation des modèles génériques EMT et PDT est donc l'approche la plus pratique. L'adoption croissante de l'IBR et l'émergence de nouveaux phénomènes d'instabilité dans le monde signifient que la modélisation EMT devra jouer un rôle clé en plus des modèles PDT couramment utilisés.

Les IBR, et en particulier les GFM, peuvent être contrôlés de différentes manières et, contrairement aux machines synchrones, ont très peu de caractéristiques inhérentes. Les différences notables entre un GFM IBR et une machine synchrone incluent :

– Réponse contrôlable et réglable du GFM IBR par opposition à une réponse fixe de la machine synchrone. Par exemple, l'inertie virtuelle fournie par un GFM IBR peut être adaptée pour répondre aux besoins du système électrique auquel il est connecté, et peut varier dans une large plage.

– Contrairement à une machine synchrone où la plupart des fonctionnalités sont fournies en grande partie en tant que fonctionnalités inhérentes sans possibilité d'en ajouter ou d'en supprimer, un GFM IBR peut fournir tout ou partie de ses capacités de prise en charge du réseau en fonction des besoins du système et de la priorité des services requis. .

– Typiquement, un GFM IBR a un temps de construction et de mise en service plus court, un facteur important si l'application prévue est d'augmenter la stabilité des GFL IBR à proximité.

Malgré cette flexibilité, les IBR GFM et GFL sont des dispositifs à courant limité, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas fournir simultanément une contribution optimale à plusieurs attributs du système d'alimentation.

La figure 1 montre comment le courant total disponible dans le GFM peut être alloué à divers services de soutien au réseau, les aspects indiqués en vert représentant généralement les contributions par défaut qui peuvent également être fournies par le GFL.

La hiérarchisation correcte de ces fonctions doit être envisagée en fonction des besoins du système électrique environnant, en reconnaissant que la contribution la plus élevée possible à un certain attribut n'est pas toujours la réponse la plus souhaitable. Par exemple, l'expérience pratique indique que la fourniture d'une inertie élevée dans des conditions de faible résistance du système pourrait avoir un impact négatif sur les tensions du système.

L'adoption accrue des IBR GFM et la flexibilité de fournir plusieurs capacités de support de réseau signifieront que le système d'alimentation global et les exigences techniques de performance des générateurs individuels sont de plus en plus étroitement liés.

Par conséquent, si une certaine capacité est recherchée auprès de l'IBR GFM, il est d'abord important de déterminer quelle est cette capacité afin que des exigences fonctionnelles de haut niveau puissent être fournies aux équipementiers.

En outre, il est crucial de déterminer si ces capacités sont fournies de manière inhérente sans coût supplémentaire de développement ou si des modifications importantes de l'équipement d'origine sont nécessaires pour fournir les services système nécessaires.

Par exemple, la fourniture d'un courant de défaut supplémentaire entraînera un coût supplémentaire, et la mesure dans laquelle il sera nécessaire dans le futur système électrique avec très peu ou pas de génération synchrone n'est pas claire.

Les domaines suivants sont suggérés pour le développement futur du point de vue de la modélisation du système électrique et de l'évaluation des performances techniques :

– Amélioration des modèles EMT et PDT des contrôles GFM spécifiques au projet et génériques à utiliser dans la planification et l'exploitation du système électrique, et les études d'interconnexion du réseau.

– Des normes techniques personnalisées pour les générateurs et les systèmes électriques tenant compte des différences entre les IBR GFL et GFM et les machines synchrones, plutôt que d'adopter les exigences existantes développées principalement avec les machines synchrones et les IBR GFL à l'esprit.

– Des processus plus systématiques pour les tests d'acceptation des modèles, l'évaluation de la conformité (y compris le réglage) et la validation des modèles, reconnaissant la réponse hautement interactive du GFM IBR avec le système électrique plus large.

– Études prospectives de la dynamique du système électrique pour déterminer les besoins futurs du système électrique et le mix de production requis. Cela inclut de répondre aux questions suivantes :

Babak Badrzadeh est directeur technique des systèmes électriques chez Aurecon

Cet article est un article de blog rédigé par l'Energy Systems Integration Group (ESIG). L'ESIG est une organisation à but non lucratif qui rassemble l'expertise de la communauté technique de l'industrie de l'électricité pour soutenir la transformation du réseau et l'intégration et l'exploitation des systèmes énergétiques. Des informations supplémentaires sont disponibles sur https://www.esig.energy