Comment la qualité de l'énergie d'un réseau intelligent est-elle contrôlée ?

Avec l'intégration extensive de nouvelles sources d'énergie telles que l'énergie solaire, l'énergie éolienne et l'énergie issue de la biomasse au sein des réseaux de distribution, sous forme de production décentralisée, de micro-réseaux et de petites et moyennes centrales électriques (incluant des centrales de stockage d'énergie et des stations de recharge pour véhicules électriques), le réseau intelligent confronté à cette nouvelle situation fait face à de nombreux nouveaux défis. La structure de contrôle de la qualité de l'énergie électrique dans l'architecture des réseaux intelligents se compose principalement de production décentralisée, de réseaux de transport et de distribution, de charges électriques, ainsi que de compensateurs de qualité de l'énergie.

Avec l'intégration extensive de nouvelles sources d'énergie telles que l'énergie solaire, l'énergie éolienne et l'énergie issue de la biomasse dans le réseau électrique sous forme de production décentralisée, de micro-réseaux et de petites et moyennes centrales électriques (incluant des centrales de stockage d'énergie et des stations de recharge pour véhicules électriques), le réseau intelligent confronté à cette nouvelle situation fait face à de nombreux nouveaux défis. La structure de contrôle de la qualité de l'énergie dans l'architecture du réseau intelligent se compose principalement de la production décentralisée, des réseaux de transport et de distribution, des charges électriques, ainsi que des compensateurs de qualité de l'énergie. D'une part, en tant que force motrice centrale pour l'intégration des nouvelles énergies, l'utilisation extensive d'équipements de conversion électronique de puissance a entraîné de nouvelles caractéristiques et problèmes concernant la qualité de l'énergie dans les réseaux de transport et de distribution, nécessitant une résolution urgente. D'autre part, la diversité, la non-linéarité et l'impact des charges du côté de la consommation s'accentuent de plus en plus, rendant l'utilisation efficace de l'électricité particulièrement cruciale. Ces nouveaux défis offrent à la fois des opportunités et des difficultés pour les technologies de contrôle de la qualité de l'énergie. En tant que cœur du réseau intelligent, le micro-réseau constitue un système complexe non linéaire couplant plusieurs sources d'énergie. Les sources d'énergie décentralisées qui le composent présentent des caractéristiques telles que l'intermittence, la complexité, la diversité et l'instabilité. Les nouveaux problèmes et caractéristiques liés à la qualité de l'énergie deviennent de plus en plus marqués. Par conséquent, l'une des questions clés urgentes à étudier et résoudre afin d'assurer un fonctionnement sûr et stable du réseau de distribution connecté aux micro-réseaux est précisément celle de la qualité de l'énergie.
Classification des compensateurs de qualité d'énergie
La technologie de contrôle de compensation de la qualité de l'énergie peut être divisée en technologie de contrôle actif et en technologie de traitement passif. Selon les différents problèmes liés à la qualité de l'énergie, les dispositifs de compensation correspondants sont classifiés et présentés. La technologie de contrôle passif permet de supprimer ou résoudre les problèmes liés à la qualité de l'énergie tels que les harmoniques, la puissance réactive et le déséquilibre triphasé en connectant en parallèle ou en série des compensateurs électroniques de puissance supplémentaires. Les dispositifs de compensation comprennent principalement les filtres passifs de puissance (PPF), les filtres actifs de puissance (APF), les filtres hybrides actifs de puissance (HAPF), les compensateurs de puissance réactive, les correcteurs dynamiques de tension (DVR) et les régulateurs intégrés de qualité de l'énergie (UPQC), entre autres. Parmi eux, le compensateur de qualité d'énergie basé sur un convertisseur modulaire multiniveaux (MMC) devient un sujet de recherche important et une tendance future dans le domaine de la gestion de la qualité d'énergie moyenne et haute tension, grâce à sa structure modulaire en cascade basse tension. La technologie de contrôle actif implique que les équipements électriques ou les sources d'énergie distribuées modifient leurs caractéristiques d'impédance d'entrée ou de sortie afin d'équilibrer la fonction de gestion de la qualité de l'énergie. La technologie de contrôle actif de la qualité de l'énergie non seulement améliore le taux d'utilisation de l'énergie, mais améliore également la qualité globale de l'énergie du système, sans avoir besoin d'ajouter des compensateurs supplémentaires.
2. Méthodes de contrôle des compensateurs de qualité de l'énergie
Actuellement, les compensateurs de qualité de l'énergie adoptent principalement des convertisseurs de type source de tension ou de type source de courant. Les méthodes de contrôle de courant couramment utilisées pour les compensateurs comprennent principalement : le contrôle par hystérésis, le contrôle sans à-coups (step-free), le contrôle prédictif basé sur un modèle, le contrôle proportionnel intégral (PI), le contrôle proportionnel résonant (PR), le contrôle répétitif et le contrôle robuste non linéaire, entre autres. En outre, en améliorant le contrôle classique du courant, il est possible d'améliorer les performances du mode de contrôle mono-courant. Par exemple, la méthode de contrôle combinant le PI classique et le PI vectoriel peut simplifier le processus de détection des harmoniques. La méthode de compensation par division de fréquence harmonique, comparée à la méthode classique de compensation en bande complète, améliore la précision de détection et de compensation de chaque harmonique, et convient particulièrement aux divers dispositifs de filtres actifs d'hybrides haute et basse tension, entre autres.
3. Analyse et contrôle de la qualité d'énergie des grandes centrales électriques décentralisées
Avec l'augmentation du taux de pénétration des grandes centrales électriques décentralisées telles que l'énergie photovoltaïque et éolienne (niveaux de 10 kV à 35 kV), l'interaction et le couplage des harmoniques générés par les systèmes de centrales décentralisées principalement composés de plusieurs onduleurs avec le système de transmission et de distribution d'électricité sont devenus de plus en plus complexes. Les harmoniques émis par les centrales décentralisées présentent des caractéristiques de haute fréquence et d'une large plage de fréquence. La relation entre le facteur d'amplification de résonance, l'ordre harmonique et la distance de transmission d'une centrale décentralisée typique. Lors de la propagation des harmoniques dans le réseau de transmission, ils sont affectés par des facteurs tels que la capacité distribuée dans les lignes de transmission et la tension harmonique de fond, ce qui peut provoquer une amplification de résonance du courant et de la tension. Il existe deux solutions de gestion qui peuvent supprimer le problème de résonance série-parallèle des harmoniques à large bande dans le réseau de transmission, à savoir : modifier les paramètres du réseau de transmission et éliminer la résonance à l'aide de réacteurs parallèles ; installer des filtres actifs hybrides haute tension pour réduire la teneur en courant harmonique s'écoulant dans le réseau électrique.