Outil de conception et validation du pilotage smartgrid de réseaux hybrides

L’hybridation des centrales Diesel avec des énergies renouvelables a un intérêt particulier dans le cas de l’alimentation de sites isolés, très éloignés de tout réseau de transport.

Dans le cadre de ce projet, il s’agit de mettre en place l’hybridation de centrales alimentant des villes isolées du réseau (microgrid) en Sibérie orientale et dans la péninsule du Kamtchatka (Russie), par l’ajout de parcs photovoltaïques, d’éoliennes et de systèmes de stockage.

En effet, les conditions de froid extrêmes et les distances importantes à parcourir pour approvisionner en carburant ces zones entrainent des coûts de production électrique prohibitifs, que l’hybridation peut permettre de réduire significativement.

Le gestionnaire de ces réseaux isolés souhaite donc disposer :

• D’une stratégie de gestion de l’énergie smartgrid à-même de piloter les équipements des centrales hybrides,
• D’un outil de simulation lui permettant :
  • De valider le bon fonctionnement de ses centrales sur les situations normales et les situations incidentelles.
  • D’en optimiser le dimensionnement.
  • De paramétrer le contrôle commande et les régulations afin de minimiser le temps de mise en service sur site en important directement le contrôle commande validé.

Capsim a développé un modèle numérique de la centrale hybride sous Matlab Simulink permettant de représenter avec le niveau de détail adapté :

• Les générateurs conventionnels (Diesel, Turbine gaz, centrale thermique, ….).
• Les générateurs de type énergies renouvelables (PV, éolien, hydraulique, …).
• Les charges (prioritaires, délestables, pilotables).
• Les systèmes de stockage (inertiel, batteries, ….).
• Le réseau.
• L’automate de gestion de l’énergie.

Capsim a par ailleurs conçu un algorithme de contrôle commande pour la gestion de l’énergie de la centrale hybride. Cette conception s’est déroulée en trois temps :

• Analyse fonctionnelle permettant de définir précisément les fonctions de gestion de l’énergie à mettre en place, ainsi que les variables de pilotage accessibles (pitch des éoliennes, convertisseurs des panneaux PV, charges pilotables, arrêt/démarrage de groupes électrogènes…).
• Spécification et programmation de l’algorithme de gestion de l’énergie sous le logiciel Matlab.
• Test et validation de l’algorithme, grâce à la simulation du modèle numérique de la centrale dans des situations classiques d’exploitation (reproductibles lors des essais de démarrage du site) mais également dans des situations impossibles à reproduire en essais (concomitance d’un nuage avec une chute brutale du vent par exemple).

Cet outil permet de représenter n’importe-quel réseau de sites isolés et de reproduire tous les scénarios supposés dimensionnant (rafale de vent, démarrage moteur, perte d’un générateur, incident électrique…) et de vérifier :

• Le bon comportement du contrôle commande de gestion de l’énergie.
• Le respect des plages de fluctuation de tension et de fréquence.

Il permet alors la conception optimale de microgrids intégrant du « fuel saving » en jouant à la fois sur le dimensionnement des équipements et sur le paramétrage des stratégies de smartgrid.

Sur certains sites, lorsque les conditions météorologiques sont favorables, les stratégies développées permettent l’extinction des Diesel, c’est-à-dire un taux de pénétration des ENR de 100 %.