En amont : analyse des objectifs et choix des sources de tension

1. Cahier des charges : définition des objectifs

À partir de la définition des besoins en puissance sur le réseau, il doit être possible de définir clairement une puissance nominale Sn. Cette dernière peut correspondre à la puissance

installée désirée, ou à la puissance maximale demandée par la charge. Sn permet de définir la

base en pu, dans laquelle s’exprime l’ensemble des paramètres du réglage de la fréquence. Le cahier des charges doit ensuite permettre d’identifier un certain nombre d’exigences et de besoins :

- Quelle intégration de sources renouvelables est exigée, ou quelle diminution de la part du thermique ?

- Quel gisement de renouvelable est disponible ? Solaire, éolien ?

- Quelle bande de fréquence Δ𝑓 doit être respectée ? Cette dernière doit être fixée en accord avec les échelons de délestage des charges (voir section II.A.2.d du chapitre 1). Elle n’est pas forcément symétrique autour de la fréquence nominale 𝑓0, les déviations

maximales positive (𝛿𝑓𝑚𝑎𝑥+ ) et négative (𝛿𝑓𝑚𝑎𝑥− ) pouvant être différentes.

- Quel est le déséquilibre en puissance active de référence ? Ce dernier doit correspondre à un déséquilibre de puissance maximal probable sur le réseau, permettant de dimensionner le système afin d’en garantir la résilience. Un déséquilibre de puissance positif (puissance consommée > puissance produite) correspond souvent à la perte d’une (ou plusieurs) source(s) sur le réseau. Un déséquilibre de puissance négatif (puissance consommée < puissance produite) peut lui correspondre à la perte d’une partie de la charge nominale. Du point de vue du maître du réseau et des sources coopératrices opérationnelles lors du déséquilibre, seul un impact de charge maximal 𝛿𝑃𝑐ℎ𝑚𝑎𝑥 de référence peut être défini, représentant

autant une augmentation soudaine de la charge que la possible perte d’une source (coopératrice ou non). Comme pour la fréquence, les impacts de charge positif (𝛿𝑃𝑐ℎ𝑚𝑎𝑥+ ) et négatif (𝛿𝑃𝑐ℎ𝑚𝑎𝑥− ) peuvent être différents.

- Quelle déviation minimale de fréquence 𝛿𝑓𝑚𝑖𝑛 par rapport à la fréquence nominale 𝑓0

est pertinente pour activer le réglage primaire ? Cette déviation minimale peut correspondre à une bande morte ajoutée sur le réglage de la fréquence pour éviter le déclenchement intempestif de ce dernier, ou correspondre à l’erreur sur une mesure de fréquence.

- À partir de quel déséquilibre minimal 𝛿𝑃𝑐ℎ𝑚𝑖𝑛 veut-on que le réglage de la fréquence

s’active ? Idéalement, ce déséquilibre est de 0 W. Mais, en présence d’une bande morte sur le réglage de la fréquence ou face à une erreur sur la mesure de cette dernière (c.-à-d si 𝛿𝑓𝑚𝑖𝑛≠ 0), l’équilibrage peut se faire de façon non pertinente pour

de trop faibles 𝛿𝑃𝑐ℎ. Définir un 𝛿𝑃𝑐ℎ𝑚𝑖𝑛 permet de régler les paramètres de façon à

être sûr que le réglage de fréquence soit enclenché pour des appels de puissance supérieurs ou égaux.

- Quel temps de réponse maximal est exigé pour le réglage primaire et le réglage secondaire ?

Étude et dimensionnement d’un microréseau centralisé autour d’un maître

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À partir des études réalisées ci-dessus, deux objectifs clés semblent se dessiner pour le dimensionnement d’un micro-réseau AC :

- Le maintien de la fréquence dans ses bornes admissibles couplé à l’équilibre des puissances actives.

Cet objectif est d’autant plus présent sur les micro-réseaux avec groupes synchrones, où la faible inertie peut conduire à des creux de fréquence importants. Il faudra s’assurer que pour l’impact de charge dimensionnant 𝛿𝑃𝑐ℎ, la fréquence ne chute pas

en deçà (ou n’augmente pas au-delà) de la bande admissible.

- La juste répartition de ces puissances en fonction des limitations de chacune des sources.

Les sources doivent judicieusement être placées et réglées selon leurs limites (butée en puissance, en énergie et limites dynamiques), afin de garantir l’équilibre, que ce soit dans les premiers instants de la régulation (de la milliseconde à la seconde), ou dans les secondes et minutes qui suivent. En particulier, l’OST prenant pour source un dispositif de stockage ne pourra fournir indéfiniment de l’énergie au réseau, et d’autres sources devront rapidement prendre le relai.

2. Groupe synchrone ou onduleur source de tension ?

Dans l’absolu, l’objectif principal étant de diminuer les émissions de GES (voire les nuisances sonores) et de maximiser l’intégration des sources renouvelables, l’OST sera bien sûr préféré à un groupe thermique. Néanmoins, ce choix ne peut se faire sans considérer les prédispositions historiques et naturelles du lieu à alimenter qui doivent être listées dans le cahier des charges. Prédispositions « historiques », car les groupes thermiques sont majoritairement utilisés et bien connus. Sur un microréseau déjà existant, un premier objectif sera donc bien souvent d’intégrer une grande part de renouvelable sans pour autant changer l’habituelle source de tension. Prédispositions « naturelles » car un OST (stockeur) aura du sens dans un lieu avec un gisement renouvelable important. Au-delà de ces considérations situationnelles, groupe diesel et OST présentent des avantages et inconvénients techniques, présentés dans le Tableau 3.14.

Groupe Diesel OST

Avantages • Technologie bien connue et déjà maîtrisée.

• Peut assurer le fonctionnement du réseau seul (dans la mesure de leur calibre) si les sources de courant ont un disfonctionnement.

• Pas d’émission de GES • Peu de bruit

• La chute de fréquence est une perturbation maîtrisée.

• Davantage de degrés de liberté pour le réglage de la fréquence.

Inconvénients • Émissions de GES • Émissions sonores

• Fluctuations de puissances importantes pour de faibles inerties. • Le réglage de la fréquence est tributaire des paramètres physiques du groupe diesel.

• L’OST est dépendant des autres sources de courant, puisqu’il ne peut stocker ou délivrer indéfiniment de l’énergie s’il est alimenté par un dispositif de stockage. Il nécessite donc une disponibilité importante des EnR.

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Une fois le cahier des charges bien identifié et le choix fait entre groupe diesel et OST, le dimensionnement doit se porter sur la façon de régler les différents paramètres propres au réglage de la fréquence. Ces réglages diffèrent alors selon la source de tension choisie.