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Un examen de la recherche sur les microréseaux
Citer comme : AIP Conference Proceedings 1971, 040004 (2018) ; https://doi.org/10.1063/1.5041146
Publié en ligne : 07 juin 2018
Yuqi Wang
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2018 Auteur(s) .
1971, 040004
Un examen de la recherche sur les micro-réseaux
Yuqi Wang
École d'ingénierie électrique et électronique, Université de l'énergie électrique de Chine du Nord, Baoding
071003, Chine
[email protected]
Résumé. L'origine, le développement et les caractéristiques de la technologie des micro-réseaux sont résumés dans ce
document. Cet article présente principalement la technologie de protection et la technologie de contrôle dans la
technologie des micro-réseaux. La technologie de protection des micro-réseaux est très différente de la technologie
traditionnelle de protection des grands réseaux électriques. En ce qui concerne la protection des micro -réseaux, les
éléments suivants doivent être pris en compte : (1) la direction du flux d'énergie dans le micro-réseau est bidirectionnelle ;
(2) l'ampleur du courant de court-circuit est très différente dans les deux cas de fonctionnement en réseau et en îlotage. La
technologie de contrôle du micro-réseau comprend le contrôle maître-esclave et le contrôle par les pairs. En outre, l'abus
du grand réseau électrique devient de plus en plus évident. Ce document présente les recherches relatives au micro -réseau
DC. Enfin, l'orientation du développement de la technologie des micro-réseaux est envisagée.
Mots clés : Micro-réseau, Caractéristique, Technologie de protection, Technologie de contrôle.
INTRODUCTION
Avec le développement de l'économie mondiale, la consommation de combustibles fossiles tels que le charbon et
le pétrole augmente, ce qui a pour effet d'assécher l'approvisionnement mondial en énergie et d'aggraver le problème
de la pollution environnementale. Ces dernières années, plusieurs pannes d'électricité à grande échelle dans le
monde ont mis en évidence les inconvénients du réseau électrique traditionnel. L'énergie éolienne, l'énergie solaire
et d'autres énergies renouvelables émergentes présentent des caractéristiques propres et non polluantes. C'est un
moyen important de résoudre la pénurie d'énergie actuelle et la pollution de l'environnement, et il a été fortement
soutenu par les gouvernements du monde entier. Ces dernières années, la capacité installée mondiale de l'énergie
éolienne et celle de l'énergie photovoltaïque ont augmenté rapidement, atteignant respectivement 20 % et 25 %. Le
taux de croissance de la puissance installée éolienne et de la puissance installée photovoltaïque en Chine est deux
fois supérieur à la moyenne mondiale, atteignant 40 % et 50 %. La production d'énergie renouvelable constitue une
importante source d'énergie décentralisée dans la technologie de production distribuée, ce qui favorise le
développement rapide de cette dernière.
La technologie de production distribuée utilise pleinement les caractéristiques de l'énergie flexible et décentralisée,
s'adapte à la demande d'énergie et à la distribution des ressources, mais n'a pas besoin de mettre à jour le réseau de
transmission et le réseau de distribution, ce qui permet d'économiser beaucoup d'investissements. En outre, la
technologie de production distribuée améliore la fiabilité de l'approvisionnement en électricité grâce à la sauvegarde
mutuelle avec le grand réseau électrique. Mais la technologie de production distribuée est confrontée aux problèmes
suivants : (1) la production distribuée a un coût d'accès élevé et est difficile à contrôler ; (2) l'énergie éolienne et la
production photovoltaïque dans la production distribuée ont des caractéristiques intermittentes et fluctuantes, ce qui
peut mettre en danger le grand réseau électrique.
Le concept de micro-réseau a permis de coordonner la contradiction entre le grand réseau électrique et la
technologie de production distribuée, de réduire l'impact négatif de la production distribuée sur le grand réseau
électrique et d'améliorer l'efficacité de l'utilisation des nouvelles énergies renouvelables. Le micro-réseau est un petit
système modulaire et décentralisé de production et de distribution d'électricité basé sur la technologie de production
distribuée, qui s'appuie sur les ressources décentralisées ou les petites centrales électriques des utilisateurs, combiné
à la technologie de gestion de la qualité de l'énergie et d'utilisation des gradations énergétiques des utilisateurs
finaux.
040004-1
Science des matériaux, technologie de l'énergie et génie énergétique II
(MEP2018) AIP Conf. Proc. 1971, 040004-1-040004-5 ;
https://doi.org/10.1063/1.5041146 Publié par AIP Publishing. 978-0-73541678-9/$30.00
040004-2
CARACTÉRISTIQUES DU MICRO-RÉSEAU
Miniaturisation
La miniaturisation est la principale caractéristique du micro-réseau, qui se traduit principalement par un faible
niveau de tension. Dans notre pays, le niveau de tension du micro-réseau est principalement de 380V ; le système est
de petite taille, généralement inférieur au niveau MW ; il est connecté aux utilisateurs terminaux et peut être utilisé
sur place. Figure 1 : structure de base du micro-réseau.
FIGURE 1. La structure de base d'un micro-réseau.
Équilibre personnel
Le micro-réseau peut réaliser l'auto-équilibre de la puissance interne du micro-réseau en ajustant la production
distribuée, le stockage d'énergie et la charge, et l'échange de puissance est très faible avec le réseau électrique
externe. En fonctionnement connecté au réseau, la charge du micro-réseau est le principal utilisateur d'énergie,
l'énergie générée par le micro-réseau doit répondre au principe de consommation locale de la production du microréseau. Dans le cas d'un fonctionnement hors réseau, en ajustant la production distribuée et le système de stockage
d'énergie, les besoins en alimentation électrique de tout ou partie de la charge sont garantis, et l'auto-équilibre de
l'énergie électrique du micro-réseau est réalisé dans l'état hors réseau.
Propre et efficace
Les puissances distribuées dans le micro-réseau sont principalement de nouveaux types d'énergie renouvelable,
comme l'énergie éolienne et la production d'énergie photovoltaïque, ou la forme de production d'énergie qui prend
l'utilisation complète de l'énergie comme objectif, comme le système d'approvisionnement combiné de froid, de
chaleur et d'électricité, et le système de production d'énergie de chaleur résiduelle et de pression résiduelle. Le
micro-réseau utilise également l'énergie fossile et se caractérise par un "haut rendement". Le taux d'utilisation global
de l'énergie est généralement supérieur à 70 %. Dans le même temps, le micro-réseau configure le système de
gestion de l'énergie efficace pour faire fonctionner l'ensemble du système dans un état d'économie, d'économie
d'énergie et de protection de l'environnement.
TECHNOLOGIE DE PROTECTION DU MICRO-RÉSEAU
Les micro-réseaux ont deux modes de fonctionnement : le fonctionnement connecté au réseau et le
fonctionnement en îlotage. Par conséquent, la protection du micro-réseau doit pouvoir répondre aux informations de
défaut dans les deux modes de fonctionnement et satisfaire aux exigences de fiabilité, de sensibilité, de rapidité et de
sélectivité du grand réseau électrique traditionnel. Mais la protection du micro-réseau est différente de la protection
traditionnelle par relais. Les performances typiques peuvent être résumées comme suit :
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(1) Il existe des différences fondamentales dans la taille du courant de court-circuit du micro-réseau dans les
deux modes de fonctionnement, à savoir le fonctionnement connecté au réseau et le fonctionnement isolé.
(2) La taille du courant de défaut dans le micro-réseau est étroitement liée au mode de mise à la terre de
l'alimentation électrique distribuée et de la charge correspondante.
(3) Après l'entrée de la production décentralisée, les caractéristiques de flux de puissance bidirectionnel du
micro-réseau sont modifiées. Par conséquent, la discrimination de direction de la protection du micro-réseau change
également.
(1) La clé de la protection du micro-réseau est qu'en cas de défaillance, la stratégie d'isolation du micro-réseau et
du réseau de distribution est coordonnée avec la méthode de protection du micro-réseau.
Il existe deux grands types de systèmes de protection pour les micro-réseaux. L'un est basé sur la protection de
l'information locale. Les résultats des recherches actuelles comprennent principalement le schéma de protection du
micro-réseau basse tension basé sur la protection par microprocesseur ; la configuration de la protection du réseau de
distribution contenant la réalisation de la puissance distribuée par l'élément directionnel et la caractéristique de
réenclenchement du micro-ordinateur. Les résultats des recherches actuelles comprennent principalement
l'utilisation d'une technologie de communication avancée pour partager les informations du micro-réseau et la
réalisation de la protection du micro-réseau en fonction du changement de direction du courant après un défaut ;
l'utilisation d'un équipement électronique intelligent et de la technologie de communication, l'agrégation des
informations au centre de traitement logique, et le centre de traitement logique établit le plan d'action de protection.
TECHNOLOGIE DE CONTRÔLE DU MICRO-RÉSEAU
La technologie de contrôle est l'une des difficultés qui limitent le développement des micro-réseaux. Le
développement de la technologie de contrôle de l'électronique de puissance détermine si le micro-réseau peut
fonctionner à long terme, de manière stable et fiable, s'il peut se connecter au réseau électrique principal et s'il peut
se développer rapidement.
Par rapport au système électrique traditionnel, la différence du système de contrôle du micro-réseau est due aux
raisons suivantes : les caractéristiques stables et transitoires du micro-réseau sont différentes de celles du réseau
électrique traditionnel ; le micro-réseau a une charge de déséquilibre inhérente, telle que la charge monophasée ;
l'électricité fournie par le micro-réseau provient de sources incontrôlables, telles que l'énergie éolienne et l'énergie
solaire ; l'influence de l'élément de stockage d'énergie sur le mécanisme de contrôle est importante.
La stratégie de contrôle du micro-réseau peut être divisée en contrôle de puissance constante, contrôle V/f et contrôle Droop.
(1) Contrôle de la puissance constante. Le mode de contrôle de la puissance constante est principalement utilisé
dans le contrôle du convertisseur connecté au réseau du micro-réseau. Grâce au mode de contrôle de la puissance
constante, le convertisseur du micro-réseau réalise la sortie de la puissance active et réactive en fonction des
commandes de puissance. Le mode de contrôle de la puissance constante est généralement réalisé par le contrôle du
courant ou de la tension.
(2) Contrôle V/f. Le mode de contrôle V/f est souvent utilisé en mode de fonctionnement isolé En mode de
fonctionnement isolé, le mode de contrôle V/f utilise une amplitude de tension et une fréquence constantes pour
contrôler la stabilité de la tension et de la fréquence de sortie du convertisseur, afin de répondre à la demande de la
charge.
(3) Contrôle du statisme. Le modèle de contrôle de statisme peut contrôler l'amplitude de la tension et la
fréquence du système micro-réseau en simulant les caractéristiques de statisme statique du générateur synchrone. La
figure 2 représente la courbe caractéristique de statisme :
FIGURE 2. La courbe caractéristique du statisme.
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DC MICROGRID
Avec le développement du système de distribution, il a été prouvé que le micro-réseau CC est plus avantageux
que le micro-réseau CA. Les avantages du micro-réseau CC incluent un contrôle facile, une efficacité élevée du
système et moins de conversion d'énergie. Par conséquent, l'étude approfondie du micro-réseau CC permettra de
promouvoir l'application et la popularisation de la nouvelle technologie de production d'énergie.
Grâce à la distribution de courant continu, le microréseau à courant continu connecte toutes les sources de microélectricité sur un bus commun pour former un système indépendant contrôlé. L'alimentation en micro-électricité
dans le micro-réseau CC est principalement constituée de cellules photovoltaïques, de piles à combustible, d'énergie
éolienne et de turbine à gaz. Le convertisseur CC/CA relie les différentes formes de micro-électricité aux grands
réseaux électriques.
En outre, en raison des caractéristiques du micro-réseau CC et du micro-réseau CA, le micro-réseau hybride
CA/CC a attiré l'attention des gens. L'énergie entre le système CA et le système CC peut circuler de manière
bidirectionnelle. Les sous-systèmes peuvent également fonctionner de manière indépendante, en mode connecté au
réseau ou en mode hors réseau. La figure 3 montre la structure d'un micro-réseau hybride à trois ports AC/DC/DC :
FIGURE 3. Topologie des trois ports du micro-réseau CA/CC/CC.
Actuellement, la principale difficulté technique du microréseau à courant continu est l'optimisation de la
configuration et le contrôle de la stabilité du système hybride de microréseau à courant alternatif et continu.
PERSPECTIVES DE LA TECHNOLOGIE DES MICRO-RÉSEAUX
Le micro-réseau est un système de production d'énergie indépendant et contrôlable qui se compose d'une
production distribuée, d'une charge, de dispositifs de stockage d'énergie et de dispositifs de contrôle. Il s'agit d'une
nouvelle structure de réseau dans la construction du réseau électrique chinois, et d'un moyen efficace de faire face à
la crise énergétique mondiale actuelle et à la pollution environnementale. À l'heure actuelle, de nombreux résultats
de recherche ont été obtenus par des universitaires chinois et étrangers sur la technologie des micro-réseaux, et les
orientations futures de la recherche incluent :
(1) Une analyse des marées plus parfaite
(2) Un modèle plus parfait de fonctionnement économique des micro-réseaux
(3) Contrôle synchrone du fonctionnement d'un micro-réseau connecté au réseau.
(4) Contrôle optimal de différents types d'alimentation électrique distribuée
RÉSUMÉ
Cet article traite d'abord de l'origine, du développement et des caractéristiques de la technologie des microréseaux, puis présente la technologie de base de la technologie de protection et de la technologie de contrôle, puis
présente la nouvelle technologie des micro-réseaux à courant continu, et enfin envisage les futures orientations de
recherche de la technologie des micro-réseaux.
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