Impact de l éolien sur le réseau de transport et la qualité de l énergie

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1 Journée du Club EEA «Ouverture de marché de l'électricité», 15 et 16 mar 26, Supélec, Gif-ur-Yvette 1 Impact de l éolien ur le réeau de tranport et la qualité de l énergie B. Robyn 1,2, A. Davigny 1,2, C. Saudemont 1,2, A. Anel 1,2, V. Courtecuie 1,2 B. Françoi 1,3, S. Plumel 4, J. Deue 5 Centre National de Recherche echnologique (CNR FUURELEC) Laboratoire d Electrotechnique et d Electronique de Puiance de Lille (L2EP) 1 Ecole de Haute Etude d Ingénieur (HEI), 13 rue de oul, F-5946 Lille Cedex, France 2 Ecole Centrale de Lille, Cité Scientifique, BP 48, Villeneuve d Acq Cedex, France 3 Supélec, Plateau de Moulon, 3 rue Joliot Curie, Gif ur - Yvette cedex, France 4 Suez ractebel, avenue Ariane 7, B-12 Bruxelle, Belgique 5 Réumé--L augmentation de la puiance éolienne intallée en Europe a un impact croiant ur le réeau de tranport du fait de la difficulté à prévoir la production, de la capacité d accueil limitée du réeau, du rique de déconnexion intempetive de ferme d éolienne et d une dégradation de la qualité de l électricité. Cet article propoe une ynthèe de cette problématique aprè avoir préenté le technologie d éolienne de grande puiance et le contrainte liée à leur raccordement au réeau de tranport. De relevé expérimentaux et de réultat de imulation illutrent la qualité de la puiance générée par différente technologie d éolienne iolée ou en ferme, l impact de ce éolienne ur un réeau électrique et certaine poibilité de réglage qui permettraient d améliorer leur intégration dan le réeau. Mot clé--eolienne à vitee fixe, Eolienne à vitee variable, Machine Aynchrone à Double Alimentation, Réeau de tranport, Service ytème. S I. INRODUCION elon l EWEA (European Wind Energy Aociation) le parc éolien en Europe pourrait atteindre une puiance intallée de 18 MW en 22, oit plu de cinq foi la puiance intallée en 24 qui était de 34 MW. Pour atifaire aux objectif de développement de énergie renouvelable de l Union Européenne, la puiance éolienne intallée en France en 21 devrait atteindre 14 MW. Avec plu de 6 MW intallé en 25, on peut affirmer que cet objectif ne era pa atteint en 21, mai il rete d actualité à plu long terme. L impact de l éolien ur le réeau de tranport et cependant à conidérer à une échelle européenne. D aprè l UCE (Union for the Co-ordination of the ranmiion of Electricity) [1], la concentration d énergie éolienne dan le nord de l Allemagne produit déjà d important flux dicontinu de puiance ur le réeaux de tranport voiin, du Benelux et d Europe Centrale. Dan le futur, le réeau de tranport françai rique de ne pa être épargné par ce phénomène : en effet d ici 21, 2 MW de puiance éolienne pourrait être intallée en Allemagne et plu de 1 MW en Epagne, ajoutant aux millier de MW qui eraient intallé en France [2]. Le problème induit par l intégration d éolienne dan le réeau électrique ont caué par : - leur production aléatoire et difficilement préviible ; - une abence de réglage puiance - fréquence ; - une participation au réglage de la tenion limitée pour le éolienne à vitee variable, et aucune participation à ce réglage pour le éolienne dont la génératrice et directement couplée au réeau ; - une enibilité élevée aux creux de tenion et aux variation de fréquence pour certaine technologie ; - une enibilité importante aux variation rapide de la force du vent. Le problème majeur de l éolien ont la grande variabilité de a production et urtout la difficulté de prévoir cette production préciément pluieur heure à l avance. L expérience allemande montre que de préviion à 72 h ont impoible, et que l erreur ur de préviion à 24 h et en moyenne de 1 % de la capacité intallée et peut atteindre parfoi 5 % [2], [3]. Se poe aui la quetion d une adéquation entre la conommation et la puiance éolienne diponible? En général, il y a plu de vent en hiver qu en été, durant le jour que la nuit, ce qui correpond aux tendance de la conommation en France où le pic hivernal peut atteindre plu de 8 MW, tandi que le pic de l été peut atteindre plu de 5 MW. Cependant, il apparaît que durant le période de grande chaleur ou de grand froid, la puiance éolienne et trè faible, voire nulle [2]. La multiplicité de intallation éolienne ur un vate territoire et néanmoin favorable à une corrélation entre la conommation et la production éolienne comme le montrent de étude ur le foionnement éolien [4]. Le foionnement éolien et le phénomène tatitique qui fait que, par la multiplication patiale de intallation éolienne ur un territoire donné, la valeur minimale de la puiance injectée par l enemble et upérieure à la omme de puiance minimale de chacune d entre-elle. Aini, la multiplication d éolienne (oumie à de vitee de vent différente) conduit globalement à un liage de la puiance

2 Journée du Club EEA «Ouverture de marché de l'électricité», 15 et 16 mar 26, Supélec, Gif-ur-Yvette 2 générée. Le étude propective réaliée ur un parc de 1 MW intallé en France, réparti entre le nord et le ud du territoire, montre l exitence d une contribution minimale de l éolien, par exemple de 25 % environ pendant le période de pointe hivernale avec un niveau de probabilité de 9 %, car il y a toujour du vent qui ouffle quelque part [4]. Cette contribution de l éolien pourrait être améliorée par une getion couplée de reource éolienne et hydraulique [5]. Néanmoin, cela conduirait à de réviion majeure du plan de écurité du réeau électrique. Le fait de ne pa participer aux ervice ytème (réglage de la tenion, de la fréquence, démarrage en autonome ou blacktart, poibilité de fonctionner en îlotage, ) amène le éolienne à e comporter comme de générateur paif du point de vue électrique [6]. Le réglage de la tenion et de la fréquence et dè lor reporté ur le alternateur claique. Le taux de pénétration de l éolien, c et-à-dire la puiance que génèrent le éolienne par rapport à la puiance totale conommée, doit alor être limité afin de pouvoir garantir la tabilité du réeau dan de condition acceptable [7]. Certain retour d expérience (par exemple au Danemark) indiquent que, pour de taux de pénétration upérieur à 2 ou 3%, de problème de tabilité peuvent apparaître [7]. Une olution évidente pour le getionnaire du réeau conite alor à «augmenter» le capacité claique de réglage repoant ur de groupe rapide (urbine à gaz, groupe dieel), ce qui va à l encontre de motivation écologique viant au développement de la production éolienne. La grande enibilité de l éolien aux perturbation du réeau, tel que le creux de tenion ou le variation de fréquence, entraîne ouvent une déconnexion de la production lor d incident ur le réeau. Cette déconnexion peut aggraver un dééquilibre production - conommation et par effet domino accélérer l avènement d un incident majeur dan le réeau. La tendance actuelle et, dè lor, de demander à cette production de reter connectée au réeau lor de creux de tenion et de variation de fréquence dépaant certaine limite déterminée par le getionnaire de réeau [3]. Le modalité de raccordement au réeau électrique de intallation éolienne ont définie par de décret et arrêté. Le intallation d une puiance maximale de 12 MW ont connectée au réeau de ditribution, généralement de moyenne tenion (HA). Normalement le intallation d une puiance upérieure à 12 MW ont connectée au réeau de tranport (HB). A l origine, le réeau HA était en principe conçu pour accueillir de conommateur; l intégration progreive de production dan ce réeau peut conduire juqu à une inverion de flux de puiance au niveau de pote HA-HB. En fonction du taux de pénétration, ceci peut influencer avant tout la getion de la tenion, mai peut aui conduire à de réviion du plan de protection et à de modification de tructure en raion de courant de courtcircuit trop élevé. L obligation de rachat par EDF de l électricité produite par de intallation éolienne d une puiance inférieure ou égale à 12 MW a favorié le développement de l éolien dan le réeau HA. Néanmoin, la tendance pour l avenir et le développement de ferme éolienne terretre ou off-hore d une puiance upérieure à 12 MW, voire trè upérieure (de l ordre de la centaine de MW), qui eront donc connectée au réeau HB. Le precription technique relative au raccordement au réeau de tranport d une intallation de production d énergie électrique ont préciée dan le décret [8] et l arrêté [9]. Au en du décret [8], la qualité de l électricité e vérifie par le maintien dan le plage contractuelle, réglementaire ou normative : - de paramètre caractéritique de onde de tenion et de courant du réeau électrique ; - de la continuité et de la fiabilité de l alimentation de utiliateur. Ce deuxième critère de continuité et de fiabilité dépend eentiellement de la diponibilité de la ource amont, le vent, ce qui par nature poe évidemment problème. La qualité de onde de tenion et courant au point de connexion de éolienne au réeau dépend fortement de la technologie de ce éolienne. C et pourquoi, ont rappelée dan cet article le troi technologie d éolienne de grande puiance actuellement mie en oeuvre, en oulignant le capacité de réglage offerte par chacune. La qualité de la puiance générée par ce différent type d éolienne et illutrée au moyen de meure réaliée ur de éolienne réelle ou ur un banc d eai de laboratoire. Le tenion et contrainte de raccordement de l éolien au réeau de tranport ont enuite évoquée en e focaliant ur le problème induit par l intégration de ce éolienne dan ce type de réeau. De réultat de imulation illutrent l impact d une ferme éolienne ur la fréquence et la tenion du réeau, aini que l effet poitif dû au foionnement de l éolien. La poibilité pour une éolienne à vitee variable de participer au réglage primaire de fréquence et également illutrée. II. ECHNOLOGIES D EOLIENNES DE GRANDE PUISSANCE Le principe de converion de l énergie cinétique du vent en énergie électrique et la decription détaillée de différent type d aérogénérateur ont préenté dan pluieur référence [3], [1]-[13]. Dan cette ection, ont préentée brièvement le troi technologie d éolienne de grande puiance le plu couramment intallée, en oulignant leur capacité de réglage de la puiance générée. La puiance mécanique qui peut être extraite du vent e détermine au moyen de l expreion uivante : 1 3 P = ρ S C p v (1) 2 où ρ et la mae volumique de l'air, S la urface balayée par la turbine, v la vitee du vent et C p, le coefficient de puiance. Ce coefficient, correpondant au rendement

3 Journée du Club EEA «Ouverture de marché de l'électricité», 15 et 16 mar 26, Supélec, Gif-ur-Yvette 3 aérodynamique de la turbine, a une évolution non linéaire en fonction du ratio de vitee, λ (Fig. 1) : Rt Ωt λ = (2) v où R t et le rayon de la turbine et Ω t la vitee mécanique de la turbine. La caractéritique du coefficient de puiance varie avec l angle d orientation de pale (β). La relation (1) montre qu une petite variation de la vitee du vent induit une grande variation de la puiance générée. Cp,5,4,3,2,1 β = β = 2 β = 4 β = 6 β = 8 β =1 β = 12 β = 14 β = λ Fig. 1. Exemple d évolution approchée du coefficient de puiance en fonction du ratio de vitee λ pour différent angle d orientation de pale β. A. Eolienne à vitee fixe Le première éolienne de grande puiance mie en œuvre repoent ur l utiliation d une machine aynchrone à cage directement couplée ur le réeau électrique (Fig. 2). Cette machine et entraînée par un multiplicateur et a vitee et maintenue approximativement contante par un ytème mécanique d orientation de pale (pitch control). enregitrement, qui illutre le caractère trè fluctuant de la puiance générée par ce type d éolienne, montre que cette puiance peut ubir de variation de plu de 1 kw en 3 econde et que la puiance nominale peut être dépaée de plu de 1 %. Ce type d éolienne n offre donc quaiment pa de poibilité de réglage de la puiance générée, d autant plu que la connexion directe au réeau d une génératrice aynchrone néceite l ajout de banc de condenateur afin de limiter la puiance réactive appelée à ce réeau. Certaine éolienne de ce type ont équipée d un ytème à décrochage aérodynamique de pale (tall control). L augmentation de la vitee du vent accompagne automatiquement d une diminution de l angle de calage afin de permettre le décrochage aérodynamique de la turbine aux vitee du vent plu grande que la vitee nominale. La tructure du rotor de la turbine et aini plu imple, mai le poibilité de réglage de la puiance ont encore plu limitée. Une olution intermédiaire appelée «active tall» à également été développée. Elle garde le avantage du ytème «tall» (décrochage aérodynamique de pale) tout en intégrant un ytème d orientation de pale implifié [3], [1]. Le poibilité de réglage de la puiance générée par ce type d éolienne retent toutefoi marginale. Puiance (kw) Courbe meurée Courbe théorique v Multiplicateur β Machine aynchrone A cage ac 5 Hz ranformateur de raccordement Vitee de vent (m/) Fig. 3. Caractéritique de réglage d une éolienne à vitee fixe de 3 kw. urbine Compenation de réactif Fig. 2. Eolienne à vitee fixe La caractéritique de réglage théorique puiance-vitee du vent et repréentée en trait continu à la Fig. 3, pour une éolienne de 3 kw. La dynamique relativement lente du pitch control (pluieur dizaine de econde) et le variation rapide de la vitee du vent amènent ce type d éolienne à uivre approximativement la caractéritique de réglage, comme illutré par le point reporté ur la Fig. 3, meuré ur une éolienne réelle (de l ancien ite éolien de Dunkerque). La Fig.4 montre un enregitrement de la puiance générée par cette éolienne oumie à un vent moyen de 12 m/. Cet Puiance (kw) temp () Fig. 4. Exemple de puiance générée par une éolienne à vitee fixe de 3kW.

4 Journée du Club EEA «Ouverture de marché de l'électricité», 15 et 16 mar 26, Supélec, Gif-ur-Yvette 4 B. Eolienne à vitee variable baée ur une machine aynchrone à double alimentation Sur la caractéritique en puiance d une turbine (Fig. 5), le lieu du point repréentant le maximum de la puiance convertie (repréenté par la courbe en pointillé) peut être obtenu et parcouru en adaptant la vitee de la turbine (courbe épaie). Aini, afin de maximier la puiance convertie, la vitee de la turbine doit donc être adaptée par rapport à la vitee du vent. C et pourquoi le éolienne de forte puiance raccordée aux réeaux moyenne et haute tenion fonctionnent de plu en plu fréquemment à vitee variable. Le principaux avantage de éolienne à vitee variable comparé aux générateur à vitee fixe ont le uivant : - Elle augmentent la plage de fonctionnement, notamment pour le faible vitee de vent où le maximum de puiance et converti. Indirectement la diponibilité et la puiance générée du ytème ont augmentée. - Elle néceitent un ytème d orientation de pale implifié. En effet, la poibilité de contrôler la vitee du générateur via le couple éléctromagnètique permet de réduire le rôle du ytème d orientation de pale, qui interviendra eentiellement pour limiter la vitee de la turbine et la puiance générée en préence de vitee de vent élevée. En conéquence, pour de faible vitee de vent, l angle d orientation de pale devient fixe. - Elle réduient le effort mécanique de par le fait que lor de variation du vent, la vitee de la turbine et adaptée. L "élaticité" aini créée permet d amoindrir l incidence de rafale de vent ur la puiance générée pour ce domaine de fonctionnement. - Elle réduient le bruit lor de fonctionnement à faible puiance car la vitee et alor lente. - Elle permettent une meilleure intégration de l éolienne dan le réeau électrique. P Pn m/ Lieu de maxima 14m/ 12m/ 1m/ 8m/ Courbe de réglage R t. Ω t λ = v Fig. 5. Exemple de caractéritique de réglage de la vitee. v β urbine Multiplicateur Bague Balai Machine Aynchrone à Double Alimentation Fréquence variable (ac) Onduleur MLI Onduleur MLI ac 5 Hz Fig. 6. Eolienne à vitee variable baée ur une machine aynchrone à double alimentation. Pour le générateur à bae de machine aynchrone, la différence entre la vitee mécanique, Ω, et la vitee dite ynchrone (impoée par la fréquence du réeau), Ω, et définie par le gliement : g Ω Ω ranformateur de raccordement = (3) Ω Le gliement et fonction de la réitance que préente le circuit rotorique. Aini, pour le machine à circuit rotorique bobiné, une façon de rendre variable la vitee mécanique de ce générateur et de rendre variable le gliement en modifiant la réitance du circuit rotorique. Plutôt que de diiper cette puiance, il et beaucoup plu intéreant de la renvoyer ur le réeau au moyen de deux convertieur électronique de puiance relié par un bu continu (Fig. 6). Le circuit rotorique et rendu acceible grâce à un ytème de balaibague. En conéquence, la puiance tranitant à traver le circuit rotorique et rendue variable et deux fonctionnement peuvent être ditingué. Si la vitee mécanique et upérieure à la vitee ynchrone (g <, Ω >Ω ), un fonctionnement hyperynchrone et obtenu pour lequel la puiance et extraite du circuit rotorique et et envoyée ur le réeau à traver le convertieur de puiance. Sinon (g >, Ω <Ω ), un fonctionnement hypoynchrone et obtenu et la puiance circule alor du réeau ver le circuit rotorique. Seule une variation de la vitee de +/-3 % (correpondant à la valeur du gliement g) autour de la vitee de ynchronime et acceptable; ceci va engendrer une limitation de la puiance circulant dan le circuit rotorique ( g.p ). Comme eule une fraction de la puiance et rendue variable, la chaîne de converion électronique et dimenionnée pour une moindre puiance et préente donc un coût réduit. Le facteur de puiance peut être réglé car la génératrice peut être contrôlée pour fonctionner de façon imilaire à celui d un alternateur ynchrone. En effet, la puiance active et la puiance réactive peuvent être contrôlée de façon indépendante grâce au convertieur connecté ur le circuit électrique du rotor [14].

5 Journée du Club EEA «Ouverture de marché de l'électricité», 15 et 16 mar 26, Supélec, Gif-ur-Yvette 5 La Fig. 7 montre le zone de fonctionnement caractéritique meurée ur une éolienne de 1,5 MW [13] : - La zone 2 et la zone pour laquelle une extraction maximale de la puiance et réaliée en adaptant la vitee de la génératrice. La vitee mécanique et trè variable et correpond à une grande plage de variation de la puiance électrique produite. L angle de calage de pale et maintenu contant, et eul le contrôle du couple électromagnétique de la génératrice et mi en œuvre dan cette zone. - La zone 3 correpond à une vitee mécanique quaiment contante de la génératrice. Dan cette zone la puiance générée et proportionnelle au couple (d origine éolien) appliqué. La vitee moyenne de la turbine et réglée par action ur l orientation de pale, la puiance débitée au réeau et «liée» impliquant un tockage inertiel dan le mae en rotation. - Pour la zone 4, la puiance et limitée à a valeur maximale (155 kw) grâce au ytème d orientation de pale. réglage de la puiance générée et préente un rendement moindre ur la plage de fonctionnement [3], [1] vent (m/) Fig. 8. Puiance totale générée meurée ur une éolienne à vitee variable de 1,5 MW en fonction de la vitee du vent. Puiance (kw) Puiance éléctrique (kw ) Puiance électrique (kw) imulation imulation meure meure Zone 4 : Puiance contante Zone 3 : Vitee contante Zone 1 : Démarrage zone 2 : MPP Vitee mécanique (tr/mn) Fig. 7. Zone de fonctionnement caractéritique d une éolienne à vitee variable baée ur une machine aynchrone. Le contrôle de la puiance générée peut donc être réalié en agiant ur l orientation de pale, mai aui en contrôlant le couple de la génératrice aynchrone au moyen du convertieur de puiance connecté au rotor de celui-ci. Le contrôle de la puiance générée et dè lor nettement plu préci comme illutré ur la caractéritique puiance-vitee du vent meurée à la Fig. 8, à comparer aux meure réaliée ur une éolienne à vitee fixe (Fig. 3). La Fig. 9 repréente la puiance générée par l éolienne ur un intervalle de 1h alor qu elle et oumie à un vent variant entre 2 et 16 m/. On peut remarquer que la puiance maximale n et pa dépaée. Il exite également une technologie d éolienne baée ur une génératrice aynchrone à rotor bobiné dan laquelle le bobinage rotorique ont relié à une réitance de diipation via un redreeur à thyritor. Cette tructure implifiée permet un réglage limité de la vitee, offre peu de poibilité de temp (heure) Fig. 9. Enregitrement de la puiance électrique générée par une éolienne à vitee variable de 1,5 MW. C. Eolienne à vitee variable baée ur une machine ynchrone Le éolienne baée ur une génératrice aynchrone à rotor bobiné préentent l inconvénient de néceiter un ytème de bague et de balai et un multiplicateur, induiant de coût ignificatif de maintenance en particulier pour le projet offhore itué en milieu alin. Pour limiter ce inconvénient, certain contructeur ont développé de éolienne baée ur de machine ynchrone à grand nombre de paire de pôle et couplée directement à la turbine, évitant aini le multiplicateur. Si de plu la génératrice et équipée d aimant permanent, le ytème de bague et de balai et éliminé. L inconvénient de cette tructure, repréentée à la Fig. 1, et qu elle néceite pour a connexion au réeau de convertieur de puiance dimenionné pour la puiance nominale de la génératrice. Cet inconvénient et cependant un avantage du point de vue du contrôle de l éolienne. En effet, l interfaçage avec le réeau peut être entièrement contrôlé via le convertieur connecté à ce réeau, tandi que le convertieur connecté à la génératrice permet de contrôler la puiance générée par celle-ci en limitant le pitch control à une fonction de écurité par grand vent. La courbe de réglage de ce type d éolienne et généralement proche de celle préentée à la Fig. 5.

6 Journée du Club EEA «Ouverture de marché de l'électricité», 15 et 16 mar 26, Supélec, Gif-ur-Yvette 6 v Fréquence variable (ac) Machine Synchrone Onduleur MLI Onduleur MLI ac 5 Hz ranformateur de raccordement β Fig. 1. Eolienne à vitee variable baée ur une machine ynchrone à grand nombre de paire de pôle. Le Fig. 11, 12 et 13 préentent de réultat expérimentaux meuré ur une éolienne de ce type émulée ur un banc d eai de 3 kw [15], [16]. Le Fig. 11a, 11b et 11c montrent la vitee de vent trè fluctuante à laquelle la turbine éolienne émulée et oumie, la puiance active renvoyée au réeau en extrayant le maximum d énergie du vent, aini que la puiance réactive impoée nulle au point de connexion de l éolienne (une puiance négative repréente une puiance générée). La puiance trè fluctuante peut être liée en contrôlant le couple de la génératrice afin d impoer la vitee de rotation de la turbine pour uivre une conigne de puiance. Cette technique revient à dégrader le coefficient de rendement Cp et et évidemment fonction du vent diponible. La Fig. 12a montre la puiance active envoyée au réeau lorque a valeur de référence et impoée à 1 kw pour le même profil de vitee de vent (Fig. 11a). Cette référence et relativement bien uivie tant que la vitee du vent et uffiamment élevée. La Fig. 12b montre la puiance réactive qui et toujour maintenue nulle. (a) (a) (b) (c) Fig. 11. Eolienne à vitee variable émulée ur un banc d eai de 3 kw. (a) : Vitee du vent. (b) : Puiance active en fonctionnement MPP. (c) : Puiance réactive maintenue nulle. (b) Fig. 12. Eolienne à vitee variable émulée ur un banc d eai de 3 kw. (a) : Puiance active liée. (b) : Puiance réactive maintenue nulle. L eai illutré à la Fig. 13a et imilaire à celui de la Fig.12a en ce qui concerne la puiance active ; par contre un échelon de 2 VAR et impoé à la référence de la puiance réactive (Fig. 13b). Le réglage de puiance active et

7 Journée du Club EEA «Ouverture de marché de l'électricité», 15 et 16 mar 26, Supélec, Gif-ur-Yvette 7 réactive apparaît bien découplé. Il faut toutefoi noter que la puiance réactive pouvant effectivement être générée ou aborbée par l éolienne et limitée par la valeur de la puiance active générée et par le niveau de tenion du bu continu [17]. connexion. D autre variante d architecture de ferme éolienne ont préentée dan [1]. G G G G Groupe d éolienne Ver autre groupe d éolienne Ver réeau électrique (a) Fig. 14. Exemple d architecture d une ferme d éolienne à vitee variable avec de liaion en tenion alternative. G G G G Groupe d éolienne Ver autre groupe d éolienne Ver réeau électrique (b) Fig. 13. Eolienne à vitee variable émulée ur un banc d eai de 3 kw. (a) : Puiance liée. (b) : Puiance réactive avec échelon de 2 VAR. Ce eai illutrent le poibilité de réglage de puiance active et réactive générée par le éolienne à vitee variable, laiant entrevoir un potentiel de participation au réglage de la tenion et de la fréquence du réeau. III. FERME D EOLIENNES Le éolienne ont regroupée en ferme. Le éolienne à vitee fixe et celle baée ur une machine aynchrone à double alimentation ont reliée au réeau au moyen d une liaion à courant alternatif. Le éolienne baée ur une machine ynchrone peuvent être reliée de la même façon (Fig. 14) ; la préence d un bu continu dimenionné pour la tenion nominale de la génératrice permet également d enviager une connexion de éolienne entre elle via une liaion à courant continu (Fig. 15). Cette architecture, imaginée pour le ferme éolienne off-hore [18] interfacée avec le réeau via un eul convertieur continu - alternatif, permet d enviager, par exemple, une meilleure participation de la ferme éolienne au réglage de la tenion au point de Fig. 15. Exemple d architecture d une ferme d éolienne à vitee variable avec de liaion en tenion continue. Du fait que le éolienne dan une ferme ont poitionnée ur un certain epace (par exemple la ditance entre deux éolienne de 3 kw, placée l une derrière l autre, doit être au moin de 168 m), ce éolienne ont oumie à de vent ayant de vitee eniblement différente. Ce foionnement induit que la puiance générée ur le réeau par la ferme apparaît plu liée que celle générée par une eule éolienne. A partir de l enregitrement réalié pour une éolienne de 3 kw (préenté à la Fig. 4), le puiance générée par de groupe de 3 et 1 éolienne ont été recontituée et ont préentée repectivement aux Fig. 16 et 17. La comparaion de Fig. 4, 16 et 17 montre un liage ignificatif de la puiance générée (au moin en valeur relative) lorque le nombre d éolienne de la ferme augmente.

8 Journée du Club EEA «Ouverture de marché de l'électricité», 15 et 16 mar 26, Supélec, Gif-ur-Yvette 8 Puiance (kw) temp () Fig. 16. Puiance totale générée par une ferme de troi éolienne de 3 kw. Puiance (kw) temp () Fig. 17. Puiance totale générée par une ferme de dix éolienne de 3 kw. IV. ENSION DE RCORDEMEN Le modalité de raccordement au réeau électrique de intallation de production, et notamment le contrainte technique, ont définie par de texte réglementaire tel que décret et arrêté. Le contrainte technique dépendent principalement de la puiance à raccorder qui définit le réeau de connexion. Le tableau 1 donne le niveaux de tenion de raccordement de intallation en fonction de leur puiance, en France. ype Niveaux de Plage de tenion de réeau tenion Puiance B B monophaé 23 V S 18 kva B B triphaé 4V S 25 kva M (HA) 1 kv <U 5 kv 15 kv, 2 kv P 12 MW H (HB1) 5 kv <U 13 kv 63 kv, 9 kv P 5 MW H (HB2) 13 kv <U 35 kv 15 kv, 225 kv P 25 MW H (HB3) 35 kv <U 5 kv 4 kv P > 25 MW ableau 1 - Niveaux de tenion de raccordement de intallation en fonction de leur puiance. Le intallation de production relèvent donc : - du réeau public de tranport i la puiance intallée et upérieure à 12 MW, le raccordement effectue alor à un niveau de tenion upérieur ou égal à 63 kv (domaine de la HB) ; - du réeau public de ditribution i la puiance intallée et inférieure ou égale à 12 MW, le raccordement effectue alor à un niveau de tenion inférieur ou égal à 2 kv (domaine de la HA et de la B). Le modalité de raccordement au réeau HA françai ont commentée dan [19], [2]. Dan la uite de cet article, nou ynthétion et commenton le modalité de raccordement au réeau HB françai. V. CONRAINES DE RCORDEMEN DE L EOLIEN AU RESEAU DE RANSPOR Le precription technique relative au raccordement au réeau de tranport d une intallation de production d énergie électrique ont préciée dan le décret [8] et l arrêté [9]. Le décret [8] préente quelque conidération générale ur ce contrainte de raccordement : - En fonction de leur type, de leur puiance et de leur tenion de raccordement, le intallation de production doivent être conçue pour pouvoir contribuer, pour de durée limitée, au outien du ytème électrique lorqu il et en régime exceptionnel ou en ituation de défaut d iolement. - En fonction de leur type, de leur puiance et de leur tenion de raccordement, le intallation de production doivent avoir de capacité contructive de fourniture de ervice auxiliaire néceaire pour que le fonctionnement du ytème électrique oit ûr. Ce ervice comprennent :. le réglage primaire et econdaire de la tenion ;. le réglage primaire et econdaire de la fréquence ;. le fonctionnement en réeau éparé ;. le renvoi de tenion et la participation à la recontitution du réeau. - le intallation de production doivent être équipée d un dipoitif qui permet de le coupler au réeau public de tranport. Le intallation doivent en outre être conçue pour que la tabilité de leur fonctionnement oit aurée compte tenu de caractéritique de leur raccordement au réeau et doivent être équipée de régulation de tenion et de fréquence (c'et-à-dire de la vitee pour le groupe tournant) qui ont néceaire pour atteindre cet objectif. De perte de tabilité ne doivent pa être à l origine d une dégradation de la qualité de l électricité ur le réeau public de tranport ou de la perturbation de condition de on exploitation. - Le intallation de production doivent être capable de recevoir et d exécuter, dan le délai approprié précié dan la convention d exploitation, le ordre de conduite et de auvegarde en provenance du getionnaire du réeau de tranport. L arrêté [9] précie ce contrainte de raccordement en fonction du type d intallation. San prétendre être exhautif, nou allon évoquer quelque une de ce contrainte dan la uite de cette ection et dan la ection uivante.

9 Journée du Club EEA «Ouverture de marché de l'électricité», 15 et 16 mar 26, Supélec, Gif-ur-Yvette 9 A. Réglage de la tenion oute le unité de production, y compri le éolienne, doivent pouvoir fonctionner dan un domaine de fonctionnement déterminé par un graphique avec en ordonnée la tenion (U) et en abcie le rapport entre la puiance réactive et la puiance active maximale (Q/P max ). Un exemple de domaine de fonctionnement dénommé trapèze [U,Q] et repréenté à la Fig. 18. U en kv C C Domaine normal de raccordement Domaine de fonctionnement de l intallation 2 Limite bae de la plage normale du réeau 19 Q/P -,5 -,4 -,3 -,2 -,1,1,2,3,4,5 max A B Limite haute de la plage normale du réeau U dim Fig. 18. Exemple de domaine normal de fonctionnement d une intallation de production. Le unité de production doivent aurer un contrôle de la tenion et/ou de la puiance réactive au point de livraion. roi type de réglage primaire ont poible : -ype 1 : réglage à puiance réactive contante ; -ype 2 : réglage de la tenion à une valeur variant linéairement en fonction de la puiance réactive avec une pente ajutable ; -ype 3 : réglage de la tenion elon une conigne aervie aux ordre provenant du réglage econdaire de la tenion. Le intallation raccordée aux réeaux HB2 et HB3 doivent pouvoir participer au réglage econdaire de la tenion de leur zone, i le getionnaire du réeau le demande. Ce intallation doivent dipoer d un réglage primaire de la tenion de type 2 ou 3. B. Réglage de la fréquence La participation au réglage de la fréquence n et pa exigée pour de intallation de production mettant en œuvre de l énergie fatale telle que le ferme éolienne. Il et néanmoin intéreant de noter le contrainte impoée aux autre intallation : - Le intallation d une puiance upérieure ou égale à 4MW doivent participer au réglage primaire de fréquence ; - Le intallation d une puiance upérieure ou égale à 12MW doivent participer au réglage econdaire de fréquence. Le fait de ne pa participer au réglage de fréquence limitera à terme le taux de pénétration de l éolien, car ce réglage et reporté ur le groupe traditionnel. En ca de forte pénétration de l éolien, le exigence en terme de participation au réglage de fréquence de l éolien pourraient donc évoluer. Le problème étant évidemment l exitence d une réerve primaire aocié à l éolien. Il en et de même pour le fonctionnement en réeau éparé et pour la participation à la recontitution du réeau qui ne ont actuellement pa exigée pour le ferme éolienne. C. Couplage et perturbation Le couplage de l intallation au réeau doit repecter de contrainte ur la fréquence, l amplitude et la phae de la tenion et ne doit pa affecter la tabilité du réeau. Le perturbation produite par l intallation au point de raccordement doivent être limitée en ce qui concerne le à- coup de tenion, le flicker, le dééquilibre et le harmonique. Un ytème de communication entre le producteur et le getionnaire du réeau et à prévoir. VI. PROBLEMES INDUIS PAR L INEGRAION DE L EOLIEN DANS LE RESEAU DE RANSPOR Afin d aurer la écurité du réeau, le getionnaire de ce réeau doit veiller à éviter la urcharge thermique de ligne et la rupture de ynchronime, aurer la tabilité de la fréquence (c'et-à-dire aurer l équilibre production - conommation) et la tabilité de la tenion [21]. A. Préviion de la production Le problème majeur de l éolien et l incertitude ur le préviion de la vitee du vent ur le ite éolien induiant une incertitude ur la production de ferme éolienne. Dan [3], de exemple de mauvaie préviion concernant le Danemark ont illutrée. Le erreur de préviion à 24 h peuvent atteindre de valeur de plu de 5% en négatif (ouproduction) ou en poitif (ur-production) avec de changement de igne rapide en cour de journée. De capacité de production de réerve contrôlable ont alor néceaire pour pallier ce incertitude, en particulier pour atifaire la demande en période de pointe. L opérateur ELRA, gérant le réeau à l ouet du Danemark intégrant une forte capacité éolienne (24 MW en 23), a connu de ituation critique due à une ur-production éolienne dont l évacuation ver le réeau nordique (Nordel) ou ver le réeau UCE (via l Allemagne) poait problème du fait que le ligne d interconnexion étaient déjà aux limite de leur capacité. La préviion et globalement bonne en ce qui concerne l amplitude mai préente une incertitude ur le moment où ce niveau de production era atteint [22].

10 Journée du Club EEA «Ouverture de marché de l'électricité», 15 et 16 mar 26, Supélec, Gif-ur-Yvette 1 B. Capacité d accueil du réeau La capacité de ligne et de pote et limitée. Cette limitation peut contituer dan le ca de l éolien un problème aigu, car le lieux de production (ite venté) ont ouvent éloigné de lieux de conommation. L adaptation et le renforcement de pote peuvent concerner le pote HA- HB uite au développement de l éolien dan le réeau de ditribution (modification de protection, augmentation de la puiance de court-circuit, ). Afin d éviter la congetion de ligne de tranport et d aurer la écurité du réeau, de nouvelle ligne devraient être contruite en particulier aux interconnexion entre le réeaux géré par de opérateur différent. Une étude propective réaliée dan la zone gérée par l opérateur allemand EON Netz prévoit le développement de 1 km de ligne upplémentaire d ici 216 pour une capacité éolienne de 16 MW, dont une partie importante en off-hore, et ce pour un montant de 55 million d Euro [3]. Il faut cependant noter que le délai de renforcement d un pote peut atteindre 5 an et le délai de contruction d une nouvelle ligne peut atteindre 1 an et faire l objet d oppoition importante de la part de population. RE a évalué la capacité d accueil du réeau françai, an adaptation importante, entre 6 et 7 MW d éolien [2]. C. Déconnexion intempetive Le générateur éolien, tout comme la majorité de générateur décentralié, ont trè enible aux perturbation du réeau et ont tendance à e déconnecter rapidement lor d un creux de tenion (dè que la valeur de la tenion et inférieure à 8% de la tenion nominale) ou lor d une variation de la fréquence. Lor du black-out italien du 28 eptembre 23, 34 MW de production décentraliée e ont déconnecté lorque la fréquence du réeau a atteint 49 Hz [23]. L opérateur EON Netz prévoit que le rique de déconnexion de 3 MW d éolien uite à un défaut important ur le réeau 38 kv au nord de l Allemagne et bien réel [3], pouvant aini induire un dééquilibre production-conommation aggravant le conéquence d un défaut qui aurait pu être éliminé normalement. Afin d éviter un déclenchement imultané de toute ou partie de la production éolienne ur un défaut normalement éliminé, il et demandé aux éolienne intallée depui 23 de pouvoir reter connectée au réeau en ca de baie de tenion et de variation de fréquence uivant de contrainte pouvant varier d un opérateur à l autre. Par exemple, RE demande que le éolienne retent connectée au réeau tant que le creux de tenion rete upérieur au gabarit préenté à la Fig. 19 (valable pour le réeaux de répartition : réeaux de tranport régionaux à 225 kv, 9kV et 63 kv) [9], [24]. U/U dim 1,2 1,8,6,4,2 -,2,2,4,6,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 t en Fig. 19. Gabarit de tenion auquel doivent atifaire le éolienne connectée au réeau de répartition. Concernant le variation de fréquence, l arrêté [9] précie que le intallation de production doivent reter connectée pour de durée limitée dan le plage exceptionnelle de fréquence ituée entre 47 et 52 Hz. De plu, même i l intallation ne participe pa à la contitution de réerve comme c et le ca de l éolien, elle doit être capable de réduire la puiance produite lorque la fréquence dépae un euil réglable entre 5,5 et 51 Hz. D. Qualité de l électricité 1) La tenion Pour le ca trè imple d une charge alimentée à traver une ligne par une ource de tenion contante (Fig. 2), on peut écrire de façon approchée que la chute de tenion dan la ligne ( V= V 1 -V 2 ) et égale à rp + xq V = (4) V 2 avec r la réitance de conducteur en Ω, x la réactance de la ligne en Ω, P et Q repectivement le puiance active et réactive tranitant dan la ligne. r x P, Q V 1 ~ V 2 Z ch Fig. 2. Schéma équivalent implifié d une ligne. Pour le ligne de rè Haute tenion (H), x 1r ; l expreion (4) peut donc e implifier :

11 Journée du Club EEA «Ouverture de marché de l'électricité», 15 et 16 mar 26, Supélec, Gif-ur-Yvette 11 xq V = (5) V 2 P(W) P + P La puiance active générée par le éolienne et par nature fluctuante, ce qui tend d aprè l expreion (4) à induire de fluctuation de tenion dan la zone du réeau proche du point de connexion de ce éolienne. Dan le réeau de tranport contitué de ligne H et H (ou HB), l expreion (5) montre que le variation de tenion ont eentiellement induite par le tranit de puiance réactive, contrairement aux réeaux de ditribution. C et pourquoi, il et demandé aux éolienne actuellement connectée au réeau de tranport de participer au réglage de la tenion via un réglage de la puiance réactive. Ce réglage et poible avec le éolienne connectée au réeau via de l électronique de puiance [25] (Fig. 6 1), mai pa avec le éolienne à vitee fixe dont la génératrice aynchrone et directement couplée au réeau. Cette dernière conommant une puiance réactive ignificative, néceite l ajout de condenateur de compenation. Le variation régulière de tenion ont appelée flicker. Dan le ca de éolienne, ce variation ont due aux fluctuation de la vitee du vent, aux limite mécanique de l éolienne (par exemple du pitch control) et à l effet d ombre caué par le paage de pale devant le mât. A nouveau, ce ont le éolienne à vitee fixe qui ont le plu défavorable du point de vue de ce phénomène. La technologie d éolienne la mieux adaptée pour limiter l impact ur le réeau de ce variation et celle complètement interfacée avec le réeau via de l électronique de puiance permettant aini un certain découplage entre la turbine et le réeau. Le éolienne, interfacée au réeau via de convertieur d électronique de puiance, génèrent cependant de harmonique. Le convertieur totalement commandé équipé de tranitor IGB, actuellement le plu utilié, génèrent de harmonique haute fréquence (pluieur khz), mai ce harmonique peuvent être aez aiément limité contrairement aux convertieur partiellement commandé, équipé de thyritor, générant de harmonique de bae fréquence néceitant de filtre conéquent pour le éliminer. 2) La fréquence Le réglage primaire de la fréquence et baé ur le contat qu un dééquilibre entre la production et la conommation induit une variation de fréquence due à la variation de vitee de groupe alternateur claique. Le réglage primaire de fréquence et réalié automatiquement au niveau de groupe de production. Il aure une correction rapide, en quelque econde, et décentraliée de écart offre-demande. Ce réglage uit une relation linéaire ente la fréquence (impoée par la vitee de groupe tournant) et la puiance (Fig. 21). P P - P f - f f Fig. 21. Réglage primaire de fréquence. f + f f(hz) P et la puiance de conigne à la fréquence de référence f, et P la variation de puiance induite par la variation de fréquence f. L adaptation rapide de la production à la conommation faite par le réglage primaire laie, en fin d action, un écart de fréquence. De plu, comme la fréquence et commune aux réeaux interconnecté (par exemple le réeau ynchrone de l UCE), ce réglage provoque de variation de tranit entre le pay. Ceux ci ont l expreion de la «olidarité» entre réeaux pour contenir le aléa (perte de groupe de production). Le rôle du réglage econdaire et alor, en quelque minute (15 minute en UCE), de ramener la fréquence à a valeur nominale et de ramener le échange entre partenaire à leur valeur contractuelle. C et l expreion du principe de «reponabilité» : la correction de l aléa étant du reort du réeau qui en a été le iége. Le variation rapide de la puiance générée par le éolienne (pouvant atteindre quelque centaine de kw en quelque dizaine de econde), tout comme le variation de charge, peuvent donc induire de fluctuation de la fréquence du réeau et activer le réglage primaire de groupe tournant. Cependant, tant que le taux de pénétration de l éolien rete faible, cette influence peut être conidérée comme négligeable. Dan le ca contraire, afin d aurer la tabilité du réeau, une participation au réglage primaire de éolienne era à enviager avec de olution qui retent à imaginer. Déjà actuellement, lorque la production et upérieure à la conommation, donc lorque la fréquence et upérieure à 5Hz, il peut être demandé aux éolienne de réduire leur production [3]. VII. SIMULAIONS A. Impact d une ferme d éolienne Le premier exemple traité, au moyen du logiciel Eurotag, conidère un réeau maillé imple alimenté par de la production claique (Fig. 22). Celle-ci et diviée en deux enemble, repréenté par deux unité équivalente : un premier groupe d unité aure le réglage primaire (SR 6MVA), un econd enemble d unité fournit le réglage econdaire (SNR 22,5 MVA). Le ytème et dimenionné pour aurer la continuité de ervice en ca de perte du groupe ne participant pa au réglage de la fréquence (SF 1,5 MVA), produiant 1 MW. La conommation et de l ordre de 13 MW.

12 Journée du Club EEA «Ouverture de marché de l'électricité», 15 et 16 mar 26, Supélec, Gif-ur-Yvette 12 SEOL LV.69 kv MV 2 kv JB4 JB3 P L Q L P L Q L P L Q L P L Q L JB1 63 kv JB2 HV 225 kv Fig. 22. Configuration du réeau maillé. 2 kv SR SNR SF A la uite du déclenchement du groupe de production SF, la fréquence du ytème baie juque 49,4 Hz. Elle e rétablit ou l influence de réglage primaire et econdaire. La Fig. 23 montre l évolution de point de fonctionnement de groupe de production et la courbe d évolution de la fréquence. Le profil de fréquence montre que le ytème conidéré (pouvant apparenter à un ytème iolé) préente un réglage de fréquence atifaiant..8 p.u. oumie à un profil de vent enregitré ur un ite éolien à Dunkerque ur une bae d un point par 3 econde. Ce profil de vent et «lié» par un premier ordre de contante de temp.5 econde et par un filtrage numérique de 5 retard de.3 à 2.7 econde. Deux ituation ditincte ont été imulée. La première applique ce profil de vent aux 5 éolienne. La econde modéliation introduit un décalage de temp entre le différente éolienne (ceci ne doit être conidéré que comme une façon de repréenter la variabilité du vent appliqué à chaque éolienne). Le premier tracé de la Fig. 24 montre l enregitrement du vent et le profil filtré et décalé d environ 1m. -1. Le deuxième tracé montre la variation de la production éolienne totale et l évolution correpondante de la production du groupe réglant SR quand le même profil de vent et conidéré pour le 5 éolienne. Le dernier tracé montre la réduction ignificative de variation quand un facteur de non imultanéité et pri en compte (imulé ici par un décalage temporel du profil de vent impoé à chaque éolienne de l ordre de 6 econde) [vent_w_pu] Profil de vent filtré (m/) [vent_w_pu] Profil de vent enregitré (m/) Hz [ttfr] Couple du groupe équivalent en réglage econdaire SNR - Unit : p.u. [ttfr] Couple du groupe équivalent en régalge primaire - Unit : p.u. [ttfr] Couple du groupe perdu - Unit : p.u [vent_w_pu] Production du groupe réglant - Unit : MW [vent_w_pu] Production éolienne (MW) [ttfr] Fréquence du ytème - Unit : Hz Fig. 23. Répone du ytème à la perte du groupe SF. Dan ce réeau ont connectée 5 éolienne à vitee fixe d une puiance nominale de 75 kw chacune. Elle ont [vent_w_pu7] Production du groupe réglant - Unit : MW [vent_w_pu7] Poduction éolienne (MW) Fig. 24. Répone du ytème en préence d éolienne oumie à un vent identique ou à de vent décalé dan le temp. La Fig. 25 montre le conéquence de ce fluctuation de puiance ur le variation de fréquence et de tenion dan le ytème. Le premier tracé montre que le profil de fréquence

13 Journée du Club EEA «Ouverture de marché de l'électricité», 15 et 16 mar 26, Supélec, Gif-ur-Yvette 13 correpondant à la prie en compte de la non imultanéité et maintenu dan un domaine acceptable ( f = ±.5 Hz). Dan le ca d une eule éolienne équivalente, la variation de fréquence et de l ordre de.75 Hz, oit plu que la variation conécutive au déclenchement d un groupe. Le deuxième tracé montre l évolution de la moyenne tenion pour laquelle l amplitude de fluctuation et plu que quadruplée i l on ne tient pa compte de la non imultanéité. Dan ce imulation, la puiance générée par la ferme éolienne repréente en moyenne un douzième de la puiance conommée, ce qui correpond à un taux de pénétration de 12%. L enregitrement préenté en Fig. 26 montre qu en réalité le variation de puiance ont encore plu réduite en préence d un grand nombre d éolienne préente dan une ferme et de variation de la vitee du vent dan le temp et dan l epace. Ceci et particulièrement perceptible lorque l on conidère le répone de 4 compoante de la ferme. primaire. En effet i la production éolienne ne peut être prévue préciément à 24 heure, elle préente une bonne peritance et la production totale ur une aire uffiamment vate ne changera que trè progreivement. Ceci et confirmé par le étude du Centre de Recherche echnique de Finlande (V) ur l incidence de l éolien ur le réeau nordique [22]. Elle montrent que l éolien erait avant tout amené à jouer un rôle dan le cadre du réglage econdaire, ce qui uppoe éventuellement une adaptation de l architecture du marché pour ne pa inutilement pénalier l éolien (celui-ci ne peut évidemment incrire aiément dan le marché du lendemain vu le aléa de la préviion). Cela étant dit, le fonctionnement actuel et fortement influencé par la non rentabilité du renouvelable en général et de l éolien en particulier. Hz kv [vent_w_pu7] Fréquence du ytème - Unit : Hz [vent_w_pu] Fréquence du ytème - Unit : Hz Fig. 26. Production de la ferme du lac Benton [26] B. Participation au réglage primaire d une éolienne Afin d illutrer la poibilité pour une éolienne à vitee variable de participer au réglage primaire de fréquence, le réeau imple de la Fig. 27 a été imulé au moyen du logiciel Simulink. Il comprend une ource principale de 3 MVA aurant de réglage primaire et econdaire, une éolienne de 75 kw baée ur une génératrice à aimant permanent et deux charge identique (P ch = 8 kw ; Q ch = 5 kvar) ~ Source principale 21.1 Jeu de barre [vent_w_pu7] Moyenne tenion - Unit : kv [vent_w_pu] Moyenne tenion - Unit : kv Fig. 25. Variation de fréquence et de tenion. Pointillé : éolienne oumie à un vent identique. rait continu : éolienne oumie à de vent décalé dan le temp. Cela montre que i la production éolienne et conidérée comme l a été juqu à préent la charge, c'et-à-dire en tenant compte de a diverité à l échelle de réeaux de tranport (le réeaux nationaux par exemple), la variation de la production ne devrait pa poer trop de difficulté en terme de réglage ~ Eolienne Charge 1 Charge 2 Fig. 27. Configuration du réeau imulé. Pour participer au réglage primaire de fréquence, la puiance générée par l éolienne doit être inférieure à la puiance nominale qu elle pourrait générer afin de dipoer d une réerve primaire d énergie. Dan l exemple imulé à la Fig. 28, un vent contant d une valeur élevée et conidéré. Initialement, eule la charge 1 et connectée et

14 Journée du Club EEA «Ouverture de marché de l'électricité», 15 et 16 mar 26, Supélec, Gif-ur-Yvette 14 l enclenchement de la charge 2 induit une variation de la fréquence. La puiance générée par l éolienne et la fréquence du réeau ont préentée pour deux mode de réglage différent de l éolienne. En trait dicontinu, l éolienne génère la puiance maximale et ne participe pa au réglage primaire. En trait continu, l éolienne génère une puiance inférieure de 15 % à celle que le vent lui permettrait de fournir et elle participe au réglage primaire uivant une droite de réglage imilaire à celle préentée à la Fig. 21. La comparaion de deux courbe d évolution de la fréquence met en évidence une variation de fréquence eniblement plu faible lorque l éolienne participe au réglage primaire. Il faut toutefoi noter que ce réultat et obtenu en conidérant un rapport entre la puiance éolienne et la puiance nominale du groupe claique, aini qu un taux de pénétration, élevé. Puiance active éolienne [kw] Fréquence réeau [Hz] emp [] (a) emp [] (b) Fig. 28. Comparaion de mode de réglage de l éolienne oumie à un vent contant. (a) : Puiance active débitée par l éolienne. (b) : Fréquence du réeau. rait dicontinu : Fonctionnement MPP. rait continu : Fonctionnement avec réglage primaire. La Fig. 29 montre le même type de imulation qu à la Fig.28, mai en conidérant un vent fluctuant. La charge 2 et enclenchée à t = 375. Une fonction de liage et introduite ur la puiance P (Fig. 21), tout en maintenant une réerve d environ 15 % de la puiance diponible et une dynamique atifaiante du réglage primaire. La Fig. 29 montre que l on obtient effectivement un certain liage de la puiance générée par l éolienne, aini qu une réduction de fluctuation de la fréquence du réeau. Dan l exemple étudié, la puiance générée par l éolienne et contrôlée en agiant ur le couple de la génératrice à aimant à attaque directe (an multiplicateur). Cette méthode induit de fluctuation de vitee de la turbine afin d adapter le coefficient de puiance (Fig. 1). Un réglage imple d orientation de pale intervient pour limiter cette vitee. Un réglage imilaire pourrait être réalié en agiant uniquement ur l orientation de pale mai la dynamique du réglage et alor plu lente. Puiance active éolienne [kw] Fréquence réeau [Hz] emp [] 55 6 (a) emp [] 55 6 (b) Fig. 29. Comparaion de mode de réglage de l éolienne oumie à un vent variable. (a) : Puiance active débitée par l éolienne. (b) : Fréquence du réeau. rait dicontinu : Fonctionnement MPP. rait continu : Fonctionnement avec réglage primaire. VIII. CONCLUSIONS E PERSPECIVES Parmi le recommandation de l UCE [1], en vue d aurer un développement de l éolien dan le réeau électrique tout en maintenant a fiabilité, on peut noter

15 Journée du Club EEA «Ouverture de marché de l'électricité», 15 et 16 mar 26, Supélec, Gif-ur-Yvette 15 l accélération de procédure néceaire à la contruction de nouvelle ligne, la définition d un taux minimum de tabilité impoé aux exploitant de parc éolien par le Etat, le maintien en ervice à proximité de zone ventée de capacité de production traditionnelle et l élaboration d un vate planning Européen de l énergie éolienne qui permettrait d éviter la urconcentration de turbine dan une région, même bien ventée. Une intégration harmonieue de l éolien era favoriée par : - Le foionnement du giement éolien liant la puiance totale générée par de ferme éolienne répartie ur un vate territoire et permettant d aurer un minimum de production éolienne. - L utiliation de l électronique de puiance dan la liaion au réeau de éolienne à vitee variable offrant de nouvelle poibilité de participation au réglage de la fréquence et de la tenion, aini que le maintien de leur connexion au réeau en préence de creux de tenion. Ce ont le éolienne baée ur une génératrice ynchrone à aimant qui ont le plu prometteue de ce point de vue. - Le développement du tockage de l énergie à court et long terme aocié aux éolienne ou aux ferme d éolienne [27]. - Le développement de ytème multiource, aociant de l éolien avec d autre ource aléatoire (par exemple hydraulique) ou conventionnelle, avec une getion intégrée et optimiée de l énergie. Enfin, le développement de l éolien era grandement favorié par une meilleure préviion, de pluieur heure à pluieur jour, du potentiel éolien. IX. REMERCIEMENS Le banc d eai a été financé par Forclum Ingénierie, Innovelect, HEI, et dan le cadre du Centre National de Recherche echnologique (CNR) Futurelec par la Région et la DRR Nord-Pa de Calai, et par le FEDER. Le information meurée ur une éolienne à vitee variable ont été acquie par Laborelec dan le cadre du programme Futurelec1. Le étude ur la participation au réglage de la fréquence de éolienne ont réaliée dan le cadre du programme Futurelec6, financé par la Région Nord-Pa de Calai, Suez- ractebel, Supélec et HEI. X. REFERENCES [1] Seven action for a ucceful integration of wind power into European electricity ytem, UCE, 17 mai 25, [2] A. Merlin, «Renewable : to what extent can the exiting French ytem cope with dipered generation?», Electra (CIGRE), n 219, avril 25, pp [3]. Ackermann, «Wind power in power ytem», Wiley, 25. [4] C. Rap, «Variable localement, régulière globalement», Sytème olaire, n 165, 25, pp [5] J-Y. Grandidier, «Eolien et hydraulique, de fiançaille réuie», Sytème olaire, n 165, 25, pp [6] N. Jenkin, R. Allan, P. Croley, D. Kirchen, G. Strbac, «Embedded generation», he Intitution of Electrical Engineer (IEE), London, 2. [7] M. Crappe, «Commande et régulation de réeaux électrique», Hermè Science, Pari 23. [8] Décret du 27 juin 23 «Precription technique générale de conception et de fonctionnement auxquelle doivent atifaire le intallation en vue de leur raccordement au réeau public de tranport de l électricité», Minitère de l économie, de finance et de l indutrie. [9] Arrêté du 4 juillet 23 «Precription technique de conception et de fonctionnement pour le raccordement au réeau public de tranport d une intallation de production d énergie électrique», Minitère de l économie, de finance et de l indutrie. [1] B. Multon, X.Roboam, B.Dakyo, C.Nichita, O.Gergaud, H.Ben Ahmed, «Aérogénérateur électrique», echnique de l ingénieur, D396, 24. [11] N. Laverdure, D. Roye, S.Bacha, R. Belhomme, «echnologie de ytème éolien Intégration dan le réeaux électrique», Revue 3EI, n 39, décembre 24, pp [12] B. Paluch, «Introduction à l énergie éolienne», REE, n 5, mai 25, pp [13] B. Francoi, B. Robyn, E. De Jaeger, F. Minne, «echnologie d éolienne de forte puiance connectée au réeau de moyenne tenion», REE, n 5, mai 25, pp [14] S. El Aimani, B. Françoi, B. Robyn, F. Minne, «Modeling and Simulation of Doubly Fed Induction Generator for Variable Speed Wind urbine integrated in a Ditribution Network», Proceeding of the 1 h European Conference on Power Electronic and Application : EPE 23, September 2-4, 23, ouloue (France), CD, ISBN [15] C. Saudemont, L. Leclercq, B. Robyn, G. Cimuca, M. Radulecu, «Développement d un émulateur temp réel d un ytème de génération éolienne aocié à un tockage d énergie», REE, n 11, décembre 24, pp [16] C. Saudemont, G. Cimuca, B. Robyn, M. Radulecu, «Grid connected or tand-alone real-time variable peed wind generator emulator aociated to a flywheel energy torage ytem», Proceeding of the 11 th Conference EPE 25, Drede, eptembre 25. [17] P. Bartholomeu, P. Lemoigne, C. Rombaut, «Etude de limitation en puiance de convertieur et apport de technique multiniveaux», Acte du colloque Electronique de puiance du Futur, EPF 96, Grenoble, 1996, pp [18] P. Vercauteren «C-Power NV : Le parc éolien offhore en Belgique», Acte de la journée d étude SRBE-SEE ur le thème «Eolien et réeaux : enjeux», Lille, 22 mar 25. [19] J. L. Fraie, «Le raccordement de la production décentraliée en HA et B», Revue REE, n 7, Juillet 22. [2] B. Robyn, P. Batard, «Production décentraliée d électricité : contexte et enjeux technique», Revue 3EI, n 39, décembre 24, pp [21] Mémento de la ureté du ytème électrique, RE, Edition 24, ISBN n , pp , [22] Hannele Holttinen, «he impact of large cale wind power production on the Nordic electrical ytem», V Procee, Finlande, Décembre 24. [23] «FINAL REPOR of the Invetigation Committee on the 28 September 23 Blackout in Italy», UCE, avril 24, [24] S. Chatellier, P. Juton, «Intégration de l éolien dan le ytème électrique. Etude de fonctionnement dynamique ur creux de tenion.», Acte de la journée d étude SRBE-SEE ur le thème «Eolien et réeaux : enjeux», Lille, 22 mar 25. [25] E. F. Mogo, X. Guillaud, V. Rogez, «A voltage regulation ytem for pitch-controlled variable-peed wind turbine», Proceeding of the 2th International Conference on Securing Critical Infratructure, CRIS 24, Grenoble, octobre 24. [26] «Wind Farm Power Fluctuation, Ancillary Service, and Sytem Operating Impact Analyi», NREL/CP [27] B. Robyn, A. Anel, A. Davigny, C. Saudemont, G. Cimuca, M. Radulecu, J-M. Grave «Apport du tockage de l énergie à l intégration de éolienne dan le réeaux électrique. Contribution aux ervice ytème», Revue de l Electricité et de l Electronique (REE), n 5, mai 25.

16 Journée du Club EEA «Ouverture de marché de l'électricité», 15 et 16 mar 26, Supélec, Gif-ur-Yvette 16 XI. BIOGRAPHIES Benoît Robyn et né à Bruxelle, Belgique, en Il et diplômé "Ingénieur Civil Electricien" et "Docteur en Science appliquée" de l'univerité Catholique de Louvain (UCL), Belgique, repectivement en 1987 et En 2, il reçoit le diplôme d' ''Habilitation à Diriger de Recherche" de l'univerité de Science et echnologie de Lille (USL). Il et reponable du Département Génie Electrique de l'ecole de Haute Etude d'ingénieur (HEI) de Lille. Il et aui reponable de l équipe Réeaux Electrique et Sytème Energétique (RESE) du Laboratoire d'electrotechnique et d'electronique de Puiance (L2EP) de Lille. Arnaud Davigny et né à Len, France, en Il obtient en 1998 le «Diplôme d Etude Approfondie de génie électrique» de l Univerité de Science et echnologie de Lille (USL), France. Il intègre le département Génie Electrique de l Ecole de Haute Etude d Ingénieur (HEI) de Lille, en 21. Depui eptembre 23, il et doctorant au ein de l équipe RESE (Réeaux Electrique et Sytème Energétique) du Laboratoire d Electrotechnique et d Electronique de Puiance (L2EP) de Lille. Son travail de thèe concerne la participation aux ervice ytème de ferme d éolienne à vitee variable aociant du tockage inertiel d énergie et e déroule ou la direction du Profeeur B. Robyn. Il et membre de la «Société de Electricien et de Electronicien» (SEE) et de la «Société Françaie d Energie Nucléaire» (SFEN). Recherche" en 23. Il travaille au ein de l Ecole Centrale de Lille comme eneignant et en tant que chercheur au ein de l équipe Réeaux Electrique et Sytème Energétique (RESE) du Laboratoire d'electrotechnique et d'electronique de Puiance (L2EP) de Lille et au ein du Centre National de Recherche echnologique Machine et Réeaux Electrique du Futur. Se thématique de recherche ont centrée ur la modéliation de ytème et la conception de leur commande, l électronique de puiance dan le réeaux électrique, la fourniture de ervice ytème par la production ditribuée, la uperviion de production ditribuée au ein de micro réeaux. Sophie Plumel et profeeur à Supélec depui 22. Elle a obtenu un diplôme d'ingénieur de l'enseeih en Electrotechnique en Elle et agrégée de Génie Electrique et a eneigné en lycée de 1995 à Elle a obtenu le doctorat de l'univerité Pierre et Marie Curie (Pari 6) en 22. Se activité de recherche portent ur le fonctionnement et la planification de réeaux de tranport d'électricité en environnement concurrentiel. Jacque Deue et né en Belgique, le 25 mar Diplômé Ingénieur Electricien & Mécanicien en 1972 de l Univerité de Liège, Belgique, il a reçu le degré de Docteur en Science Appliquée en 1976 de cette même Univerité. De 1972 à 1976 il a travaillé comme aitant à l Intitut Montefiore. In 1977, il intègre le Département de planification de la ociété Intercom (devenue depui Electrabel) en tant qu expert en ytème électrique. En 1989, il rejoint ractebel Engineering, où il et actuellement Ingénieur en Chef, dan le ervice «Power Sytem Conulting» du Département «Energy & Indutrial Solution.» Chritophe Saudemont et né en à Douai, France, en Il et diplômé du Doctorat de Génie Electrique de l Univerité de Science et echnologie de Lille (USL) en Il intègre le département de Génie Electrique de l Ecole de Haute Etude d'ingénieur (HEI) de Lille, France, en 21. Depui 22, il et Chercheur au ein du Laboratoire d'electrotechnique et d'electronique de Puiance (L2EP) de Lille, au ein de l équipe RESE (Réeaux Electrique et Sytème Energétique), au ein de laquelle e travaux portent ur le énergie renouvelable, la production décentraliée d'électricité, et la connexion de ce ource au réeau électrique. Il et membre de la "Société françaie de Electricien et de Electronicien" (SEE). Aymeric Anel et né à Amien, France, en Il et diplômé Ingénieur de l'ecole Supérieure d'ingénieur en Electrotechnique et Electronique d'amien (ESIEE-Amien) en En 21, il reçoit le grade de "Docteur en Génie Electrique" de l'univerité d'artoi, Arra, France. Depui Septembre 21, Aymeric Anel et Eneignant-Chercheur à l'ecole de Haute Etude d'ingénieur (HEI) de Lille, France, et Chercheur au ein du Laboratoire d'electrotechnique et d'electronique de Puiance (L2EP) de Lille. Se domaine d'intérêt ont la conception et la modéliation de machine électrique aini que, depui 21, le énergie renouvelable et la production décentraliée d'électricité. Il et membre de la "Société françaie de Electricien et de Electronicien" (SEE). Vincent Courtecuie et né à Lequin, France, en 198. Il obtient en 25 le «Mater de Recherche en Energie Electrique et Développement Durable» de l Univerité de Science et echnologie de Lille (USL), France. Il et actuellement en première année de thèe au ein au ein de l équipe RESE (Réeaux Electrique et Sytème Energétique) du Laboratoire d Electrotechnique et d Electronique de Puiance (L2EP) de Lille. Se travaux de recherche portent ur l intégration de centrale multiource incluant de l éolien dan le réeaux électrique. Bruno Francoi a obtenu on doctorat de génie électrique de l Univerité de Science et echnologie de Lille en 1996 et on ''Habilitation à Diriger de

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