DEPsys Sàrl. Le Module IGI

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1 DEPsys Sàrl e Module IGI

2 1 CONTEXTE Aujourd hui, dans de nombreux pays, on peut constater une augmentation croissante de la production décentralisée d électricité. Ceci ayant pour cause principale : la volonté de sortir du nucléaire, l augmentation de la demande en électricité et le développement croissant de l injection de petites puissances (p.ex. photovoltaïque). Cette nouvelle tendance, bien que positive, comporte aussi ses limites. En effet, le consommateur final, devenu à la fois producteur et utilisateur d électricité, provoque l apparition d un flux d énergie bidirectionnel qui emprunte une infrastructure qui n a été ni conçue, ni dimensionnée, à l origine, pour l accueillir. injection d électricité dans le réseau électrique basse tension (BT) par des sources renouvelables (En) et fossiles est donc un facteur d instabilité. De plus, la nature stochastique de la production des En, leur localisation géographique ainsi que leur capacité de production sont des paramètres variables qui ne font que compliquer le contrôle de cette infrastructure. Ce phénomène grandissant a déjà confronté l Allemagne à quelques problèmes de stabilité sur leurs réseaux BT. Paradoxalement, une bonne coordination de ces différentes sources d injection permettrait de mieux gérer les flux de puissances et d avoir une meilleure surveillance quant à la qualité de l électricité (tension, fréquence). a tendance générale est donc de se tourner vers des réseaux électriques intelligents, plus communément appelé Smart-Grids. Dans ce contexte, DEPsys développe des modules intelligents communicants (IGI module) permettant au réseau électrique BT de s autoréguler. e module IGI est conçu dans une optique bien précise : «faciliter» l introduction des installations de production décentralisées (IPD) par la prise en charge des fluctuations de tensions de plus en plus difficiles à gérer par les gestionnaires de réseaux de distributions (GD). Ils ont comme objectifs de rassembler toutes les informations aux nœuds auxquels sont connectées les sources énergétiques (par ex : selon IEC 61850) et offrir de nombreux avantages tels que l accessibilité à ces mêmes sources (possibilité d enclencher/déclencher l injection), la visualisation de l ensemble de la ligne ou/et la possibilité de prédire la charge garce à la récupération d informations venant d équipements SMAT-METE. DEPsys Sàrl Page 2

3 2 INTEIGENT GID INVETE e module IGI (Intelligent Grid Inverter) a été pensé et développé pour prendre en charge l impact de la croissance des IPD. Il rend visible ces installations de l extérieur afin qu elles puissent participer à la stabilité électrique de la ligne. Grace à IGI, l intelligence est distribuée et le réseau électrique est plus fiable, efficace et robuste. a Figure 1 illustre une installation solaire équipée du module. Figure 1 : Système PV injectant dans le réseau BT. Onduleur connecté aux autres équipements par le biais du module IGI a présence du module permet à l installation de faire partie du groupe d onduleurs qui interviendra en cas d instabilités. Cette dernière peut également être enclenchée ou déclenchée depuis le centre de contrôle. Aujourd hui, aucun onduleur sur le marché n est prévu pour communiquer avec d autres onduleurs. Ces derniers opèrent sans se préoccuper du travail effectué par d autres installations connectées plus loin sur le même réseau. a distribution de l intelligence sur une infrastructure dépourvue de systèmes de communication est donc indispensable. a Figure 2 illustre une ligne de type radiale comportant quatre nœuds. Chaque consommateur/producteur (appelé aussi consomm acteur) équipé de module est en mesure d apporter sa contribution en cas de violation de tension ou court-circuit. Dans le cas où le niveau de DEPsys Sàrl Page 3

4 tension ne peut être ramené dans les limites imposées par la norme, le GD a la possibilité d intervenir et enclencher ou déclencher les installations souhaitées. Figure 2 : Communication sur une ligne BT Pour qu un tel système soit opérationnel, un «contrat sur mesure» doit être fait entre le GD et le consommateur/producteur afin que ce dernier puisse donner son autorisation pour l accès à la source d injection et être rémunéré pour le courant de réglage délivré. e courant de réglage peut être calculé par le boîtier IGI si une telle démarche est mise en place. 2.1 Caractéristiques du produit IGI Un tel système de contrôle pour le réseau BT, une fois installé, il permet : - e contrôle et la détection des niveaux de tension aux nœuds - a création d un réseau BT autonome (sous le contrôle du GD) - e contrôle des lignes surchargées en courant - a prédiction de la charge par la récupération d informations en provenance d équipements Smart-meters - a visualisation en temps réel de l infrastructure BT Comment intégrer les nouvelles installations? e système en développement est prévu pour fonctionner de manière autonome. Une nouvelle source de production comportant un onduleur équipé de l intelligence, sera détecté automatiquement afin qu il puisse participer au contrôle dès son arrivée sur le réseau. a Figure 3 permet de comprendre la procédure lors de l arrivée d une nouvelle IPD (représentée par des Agents) dans le réseau électrique. DEPsys Sàrl Page 4

5 Communication entre trois utilisateurs pour la surveillance du réseau électrique. ors de l arrivée d une nouvelle IPD, cette dernière se connecte à un Agent virtuel central et s enregistre auprès de lui. A4 Agent central renvoie l adresse de tous les autres Agents présents sur la ligne et les informe de l arrivée du nouveau. A4 e nouveau module étant connecté aux autres, quatre IGI surveillent désormais le réseau électrique. Figure 3 : Arrivée d une nouvelle IPD sur le réseau Zones rurales : Instabilités de tensions Avec l augmentation de la part de production décentralisée, il sera de plus en plus difficile pour les GD de détecter des sous/surtensions sur la ligne BT. En effet, l échange d énergie active/réactive peut, dans certains cas, «masquer» une violation de tension apparaissant sur une partie du réseau. Cela a pour conséquence la présence d un niveau de tension au-delà des limites tolérées par la norme (U +- 3%) et cela sans que le GD s en aperçoive. es problèmes de tensions apparaissent principalement dans des zones rurales, où les distances entre chaque nœud provoquent des chutes de tension importantes. MAIN GID N1 N2 N3 Figure 4 : Violation de tension en bout de ligne DEPsys Sàrl Page 5

6 2.1.3 Zones urbaines : le courant surcharge certaines lignes électriques e problème de lignes surchargées en courants apparaît plutôt dans des zones urbaines où les distances entre nœuds ne sont pas critiques. Il est important de savoir que le réseau électrique est conçu avec des conducteurs qui ont une grande section à la sortie de la sous-station puis qui diminue en direction des consommateurs. MAIN GID N1 N2 l01 l12 l23 N3 Figure 5 : éseau radial (3 noeuds) Cela implique un problème très important. Comment pourrait-on assurer une transaction sans problèmes lorsque les sources de productions décentralisées injecteront une quantité d énergie «comparable» à celle de la centrale? a réponse est dans l intégration de l intelligence. es développements de IGI permettrons, dans un futur proche, de prendre en charge les transactions de puissance dans le but de «contrôler» la surcharge des lignes. a communication des sources de production est un facteur déterminant pour le contrôle de la ligne. Une stratégie de contrôle comparable à celle du monitoring de tension est mise en place évolution du véhicule électrique e véhicule électrique est un maillon très important du réseau électrique intelligent du futur. En effet, chaque véhicule peut être comparé à une microcentrale électrique composée d une source (la batterie) et son onduleur connecté au réseau. Chaque véhicule est donc une composante «mobile» décentralisée apportant un problème supplémentaire sur le contrôle des lignes électriques. Comment se comportera le réseau lorsque les véhicules seront «tous» connectés au réseau (à midi par exemple)? Ou lorsque «tous» injecterons/consommerons de l énergie au même moment dans le réseau? e module IGI, connecté à l onduleur de la voiture électrique permettrait de localiser la source et d optimiser son intégration dans le réseau grâce à la communication avec le centre de contrôle et les autre équipements. DEPsys Sàrl Page 6

7 2.2 Démonstrateur technologique Afin de prouver la faisabilité de la technologie, un démonstrateur à l échelle est en développement (Figure 6). Afin de représenter au mieux un cas réel, le «mini-réseau» est constitué d une ligne résistive-inductive comportant 3 nœuds avec un niveau de tension de 23 V (échelle 1 :10). a résistance et l inductance de ligne ont été calculés et rapportés à l échelle afin d avoir une parfaite représentation de la réalité. MAIN GID N1 N2 N3 ch = = ch Source DC Source DC IGI IGI Agent IGI N 1 Agent IGI N 2 Figure 6 : Démonstrateur technologique : 3 nœuds DEPsys Sàrl Page 7