Transition transparente du micro-réseau connecté au réseau/isolé basé sur le stockage d'énergie

Dans le paysage évolutif des énergies renouvelables, les micro-réseaux se sont imposés comme une solution sophistiquée pour intégrer diverses ressources énergétiques décentralisées. Ils peuvent fonctionner aussi bien en conjonction avec le réseau principal qu'indépendamment, offrant ainsi une fiabilité et une sécurité accrues. La capacité d'un micro-réseau à basculer en toute fluidité entre les modes connecté au réseau et isolé, notamment grâce à des systèmes de stockage d'énergie, est essentielle pour maintenir la stabilité du système et assurer une alimentation électrique fiable aux charges critiques.

Comprendre les micro-réseaux

Les micro-réseaux sont des structures avancées qui organisent de multiples sources d'énergie distribuées, systèmes de stockage et charges. Ils peuvent fonctionner de manière autonome ou en parallèle avec le réseau principal. Cette flexibilité garantit une fiabilité et une sécurité accrues de l'approvisionnement électrique, notamment avec l'augmentation de la part des énergies renouvelables comme l'éolien et le solaire. Ces sources, bien que respectueuses de l'environnement, sont par nature intermittentes et imprévisibles, ce qui pose des défis pour la stabilité et la fiabilité du réseau.

Le rôle du stockage d'énergie

Le stockage d’énergie est crucial dans les micro-réseaux, remplissant plusieurs fonctions :

• Stabilisation de la tension et de la fréquence :En mode îloté, le stockage d’énergie maintient la stabilité de la tension et de la fréquence du système.
• Transition en douceur :Il facilite les transitions en douceur entre les modes connectés au réseau et les modes isolés, minimisant ainsi les perturbations.
• Gestion de l'alimentation :En ajustant rapidement la puissance active et réactive, le stockage d’énergie permet d’atténuer la variabilité des sources renouvelables.

Stratégie de contrôle à trois boucles

L'efficacité du stockage d'énergie dans les microréseaux repose sur une stratégie de contrôle robuste. Cette stratégie de contrôle à trois boucles comprend :

1. Boucle de flux de puissance :Gère l'échange global d'énergie entre le micro-réseau et le réseau principal ou les charges locales.
2. Boucle de tension du condensateur de filtrage :Assure des niveaux de tension stables sur l'ensemble du système.
3. Boucle de courant d'inductance de filtre :Régule le courant pour maintenir la stabilité et les performances du système.

Cette stratégie permet au système de stockage d’énergie de basculer rapidement entre le contrôle de la tension en mode îloté et la gestion du flux d’énergie en mode connecté au réseau.

Architecture du système

Une structure de micro-réseau typique comprend divers composants tels que des cellules photovoltaïques (PV), des éoliennes asynchrones (AWT) et des systèmes de stockage d'énergie (figure 1). Ces éléments sont interconnectés par un commutateur statique (SST) qui relie le micro-réseau au réseau de distribution.

Figure 1 :Structure d'un micro-réseau basé sur la production intermittente et le stockage d'énergie.

L'unité de stockage d'énergie comprend des batteries et un convertisseur de source de tension (VSC), qui gère le flux d'énergie et maintient la stabilité de la tension (Figure 2).

Figure 2 :Circuit de puissance de stockage d'énergie VSC​​.

Modes de fonctionnement

Les micro-réseaux fonctionnent selon différents modes :

• Mode îloté :Le micro-réseau fonctionne de manière indépendante, le stockage d'énergie maintenant la tension et la fréquence à l'aide de méthodes de contrôle V/f.
• Mode connecté au réseau :Le micro-réseau se synchronise avec le réseau principal, en utilisant le contrôle P/Q pour gérer les flux de puissance active et réactive.
• Transition en douceur :Le passage entre les modes îloté et connecté au réseau est facilité par les réglages rapides du contrôle du système de stockage d'énergie.

Simulation et résultats expérimentaux

Afin de valider les stratégies de contrôle proposées, des simulations et des expériences ont été réalisées. Un modèle de microréseau intégrant le stockage d'énergie, le photovoltaïque et l'énergie éolienne a été utilisé pour tester différents scénarios opérationnels.

Cas 1 : Opération insulaire

En mode îloté, le système de stockage d’énergie a réussi à maintenir la stabilité de la tension et de la fréquence lors de divers changements de charge et de production (Figure 5).

Figure 5 :Mode de fonctionnement en îlot du micro-réseau.

Cas 2 : Transition vers le mode connecté au réseau

Lors de la transition du mode îloté au mode connecté au réseau, le système de stockage d’énergie s’est rapidement synchronisé avec le réseau principal, assurant une commutation en douceur avec des écarts de tension et de fréquence minimes (Figures 6 et 7).

Figure 6 :Transition du microgrid vers le mode connecté au réseau.

Figure 7 :Puissance de sortie du stockage d'énergie en mode connecté au réseau.

Cas 3 : Transition vers le mode îloté

Lors du retour au mode îloté, le système de stockage d'énergie a ajusté sa stratégie de contrôle, en maintenant une tension et une fréquence stables tout au long du processus (Figure 8).

Figure 8 :Transition du microgrid vers le mode îloté.

Vérification expérimentale

Une plateforme expérimentale reproduisant la configuration du micro-réseau a été utilisée pour vérifier plus avant les stratégies de contrôle. Les résultats ont confirmé ceux de la simulation, démontrant l'efficacité du système de stockage d'énergie à gérer des transitions fluides et à maintenir la stabilité du système.

Conclusion

Les systèmes de stockage d'énergie jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement fiable des micro-réseaux, notamment pour assurer des transitions fluides entre les modes de connexion au réseau et d'îlotage. La stratégie de contrôle à trois boucles gère efficacement le flux d'énergie, la tension et la fréquence, contribuant ainsi à la stabilité et à la fiabilité des micro-réseaux. Ces résultats constituent une référence précieuse pour le développement et l'utilisation efficace des systèmes de production décentralisée d'énergies renouvelables.

FAQ

1. Qu'est-ce qu'un micro-réseau ?Un micro-réseau est un système énergétique localisé qui peut fonctionner indépendamment ou en conjonction avec le réseau principal, intégrant diverses ressources énergétiques distribuées et des systèmes de stockage.

2. Pourquoi une transition transparente est-elle importante dans les micro-réseaux ?Une transition transparente garantit une interruption minimale de l'alimentation électrique lorsqu'un microréseau bascule entre les modes connecté au réseau et isolé, maintenant ainsi la stabilité et la fiabilité.

3. Comment le stockage d’énergie aide-t-il dans les opérations de micro-réseau ?Le stockage d’énergie stabilise la tension et la fréquence, gère le flux d’énergie et facilite les transitions en douceur entre les modes de fonctionnement, améliorant ainsi la fiabilité globale du microréseau.

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Références citées :

[1] X. Tang, W. Deng et Z. Qi, « Recherche sur la transition transparente du micro-réseau connecté au réseau/îloté basé sur le stockage d'énergie »,Transactions de la Société électrotechnique de Chine, vol. 26, no. Sup. 1, pp. 1-10, 2011.