PRI 5.1

LEG/INPG
PRI-Gestion de l’électricité
Impact de la production décentralisée
1
Programme Energie CNRS : GAT / PRI-5.1 « Gestion de l’électricité »
INSERTION DE LA PRODUCTION DECENTRALISEE DANS UN RESEAU
D'ENERGIE ELECTRIQUE
N. Hadjsaïd
I. Contexte de l'étude
Les réseaux électriques sont « traditionnellement » exploités d'une manière
centralisée et « verticale ». Ainsi, la plus grande partie de la production électrique est
centrée autour de centrales à grande capacité de production (type centrales
nucléaire). Cette production est souvent liée à des emplacements géographiques
adéquats (sources d'eau, impératifs techniques, ...). L'énergie est ensuite acheminée
vers les grands centres de consommation à travers un réseau de lignes aériennes et
de câbles, souvent à de grandes distances et à des niveaux de tension plus au
moins importants. Cette structure a été construite sur des bases d'économie, de
sécurité du système et de qualité de fourniture de l'énergie. Cette structure, très
centralisée et contrôlée par des centres de conduite hiérarchisés, permet de
surveiller et de contrôler le réseau à tout instant. Ainsi, la production est ajustée à la
consommation instantanément (par surveillance de la fréquence et sur la base de
modèles de prévision de charges très élaborés). La tension est également contrôlée
sur une plage bien spécifiée aux moyens de dispositifs souvent coordonnés
(générateurs, régleurs en charge des transformateurs, compensateurs d'énergie
réactive statiques ou non, actions opérateur,...).
Cependant, ce mode de fonctionnement est de plus en plus remis en causes aussi
bien par les électriciens que par l'opinion et les pouvoirs publics. Les raisons sont
multiples et sans être exhaustif, on peut en citer quelques-unes :
saturation du réseau existant actuel et réduction des plages fonctionnement de
plus en plus aux limites de sécurité - maximisation de la rentabilité des capitaux
déjà engagés,
contraintes Géographiques et écologiques (construction de plus en plus difficile de
nouvelles lignes et centrales),
croissance continue de l’électrification et de la consommation à l’échelle
européenne (notamment des pays émergents) et malgré une certaine stagnation
ces dernières années autour de 2% ,(avec des variations de situation très
sensibles entre pays).
L’appel aux capitaux nécessaire pour soutenir cette croissance induit
inévitablement un morcellement des investissements (petites centrales réparties
sur le réseau). Développement de la cogénération.
problèmes induits de stabilité et de sécurité du système (nécessité de moyens
préventifs souvent très chers : augmentation des courants de court-circuit),
Privatisation, dérégulation et environnement compétitif du marché de l'énergie
électrique (nouvelles réglementations),

LEG/INPG
PRI-Gestion de l’électricité
Impact de la production décentralisée
2
Emergence de nouvelles formes de production d'énergie rationnelle de faible
puissance, écologique, rentable et qui peut être combinée avec la génération de
la chaleur.
C'est dans ce contexte qu'on assiste ces dernières années au développement de la
production décentralisée dans de nombreux pays. Cette énergie est destinée à être
produite localement (au plus près des centres de consommation et est donc non
destinée à être transportable sur de grandes distances). Elle peut s'étaler de
quelques kW à quelques MW et peut également être couplée avec de la production
de la chaleur (cogénération). L'insertion de cette production est prévue, du moins
pour le moment, principalement sur des réseaux de distribution (BT, HTA). De plus,
elle est encouragée par l'évolution de la réglementation en faveur de cogénération et
des énergies renouvelables ainsi que par les coûts attractifs de certains
équipements. Elle s'appuie aujourd'hui sur des moyens de production tels que les
turbines à combustion, les moteurs alternatifs (Diesel ou alimentés en gaz naturel),
les turbines à vapeur, les turbines hydrauliques, les piles à combustible, les
éoliennes et les capteurs solaires. D'autres développements sont attendus dans le
futur sur des moyens tel que le moteur stirling.
II. Impact de la production décentralisée sur le système électrique
Par ailleurs, l'insertion de cette production décentralisée au sein du système
électrique existant n'est pas sans impact sur l'exploitation de ce dernier. Elle
présente un véritable défi de par les multiples incertitudes actuelles sur les capacités
d'intégration de telles productions dans le système, avec tous les problèmes qui y
seront engendrés, et les adaptations nécessaires à opérer sur le système actuel.
On peut lister quelques-uns des points qui suscitent particulièrement des études
appropriées à savoir:
la multiplication des points d'injection dans le réseau,
modification du découplage actuel de l'exploitation des réseaux de transport et
de distribution (changement de sens des flux de puissances, adaptation des
automates, des protections et du système de téléconduite des réseaux de
distribution),
interaction avec les autres éléments du réseau (systèmes de régulation,
charges, installations de puissance réactive, ... ),
incidence sur les facteurs de base de la production (exploitation) centralisée à
savoir: l'économie, la sécurité, et la qualité (faible puissance de court-circuit,
creux de tension, interruption, harmoniques et qualité de l'onde, ... ),
capacité de cette production à contribuer à l'équilibre production -
consommation, aux réglages, à la résolution de contraintes réseau, au secours
en cas de situation dégradée et plus généralement au services système,
influence sur les schémas d'exploitation en régime normal (optimisation) et
surtout en régime de secours (participation à la réalimentation d'un réseau de

LEG/INPG
PRI-Gestion de l’électricité
Impact de la production décentralisée
3
distribution lors d'une défaillance de l'alimentation normale et en particulier
celle des clients prioritaires),
comportement du système réseau-production décentralisée sur un
fonctionnement en réseau séparé,
problèmes des transitoires liés au risque de connexions/déconnexions
multiples des groupes sur le réseau ainsi que sur les surtensions engendrées,
problèmes de la stabilité de l'ensemble production décentralisée-réseau et
performances des systèmes de régulation. Le problème des oscillations de
puissance ramenées aux puissances mises en jeu est fortement à considérer,
influence des productions observables et non observables.
Il est donc nécessaire de s'assurer que les performances du réseau ne seront pas
dégradées du fait de l'insertion de la production décentralisée.
III. Etude de quelques impacts de la production décentralisée sur les réseaux
de distribution
III.a. Schémas de protection : illustration
Considérant le schéma de la figure 1 illustrant un poste source d’un réseau de
distribution (Transformateur) avec 2 départs dont un comportant une production
décentralisée. Un court-circuit se produit sur le départ 2 (ne comportant pas de
production décentralisée).
Figure 1a : court-circuit sur le départ 2 Figure 1b : appel de courant
Figure 1c : déclenchement intempestif de protection
Bien que la protection du départ en défaut (départ 1) est censée isoler le défaut et
donc le départ en court-circuit, si le courant injecté par le générateur (production
décentralisée) est plus important que la valeur de réglage de la protection, la
Départ 1
Départ 2
Départ 1
Départ 2
Départ 2
Départ 1
Départ 2
Départ 1
Départ 2
Départ 1
Départ 2
Départ 1
Départ 2
Départ 1
Départ 2
Départ 1

LEG/INPG
PRI-Gestion de l’électricité
Impact de la production décentralisée
4
protection du départ 1 déclenche et met hors circuit le producteur. Selon la valeur
de réglage de ces protections, la protection du départ 1 risque de déclencher en
premier.
Ces exemples illustrent seulement un cas de déclenchement intempestif. D’autres
cas sont également possibles, notamment l’aveuglement des protections lorsque des
générateurs alimentent le défaut.
Il est donc indispensable non seulement d’étudier précisément le comportement des
protections lorsque de la production décentralisée est raccordée aux réseaux de
distribution mais également de faire évoluer, voire re-concevoir, les plans de
protection pour tenir compte de ces changements et des évolutions futures des
réseaux de distribution.
III.b. Impacts sur le profil de tension
Pour illustrer l’impact de la production décentralisée sur le profil de tension, il est
indispensable de considérer le type de poste de source. En effet, ce dernier est
constitué de transformateurs à régleurs en charge permettant de maintenir la tension
de ce poste à valeur pré-spécifiée. Cependant, ces régleurs peuvent être de natures
différentes : avec ou sans compoundage (voir figure 2a et 2b). Les transformateurs
munis de régleurs sans compoundage sont basés uniquement la mesure de tension,
alors que ceux avec compoundage, ils sont basés sur la mesure de tension et de
courant afin de tenir compte de l’état de charge du réseau.
Figure 2a : Figure 2b :
« transformateur sans compoundage » « transformateur avec compoundage »
Pour mener ces études d’impact, nous avons utilisé un réseau de distribution test
« typique ». Ce réseau comporte un poste source et des départs en structure
d’artères. Des générateurs synchrones sont raccordés ensuite en divers nœuds de
réseau pour observer l’évolution du plan de tension avec ou sans transformateurs
compound.
Réseau de distribution HTA
Réseau de répartition HTB
Commande
UcUmax Umin
Tpmin Tmin Umes
Réseau de distribution HTA
Réseau de répartition HTB
Commande
UcImes
Umax Umin
Tpmin Tmin
Rcoump Umes

LEG/INPG
PRI-Gestion de l’électricité
Impact de la production décentralisée
5
i) Cas sans compoundage
Figure 3 : Réseau de distribution
Zone 1
Zone 2
Zone 3
Alimentation par le
réseaude répartition
Zone 4
Poste Source
Zone 1
Zone 2
Zone 3
Alimentation par le
réseaude répartition
Zone 4
Poste Source
Zone 1
Zone 2
Zone 3
Alimentation par le
réseaude répartition
Zone 4
Poste Source
Zone 1Zone 1
Zone 2Zone 2
Zone 3
Alimentation par le
réseaude répartition
Alimentation par le
réseaude répartition
Zone 4
Poste Source
Zone 4
Poste Source
B
E
D
B
E
D
B
E
D
BB
EE
DD
A
C
19
19.5
20
20.5
21
21.5
Tension (kV)
PS A B C D E
0 GED
19
19.5
20
20.5
21
21.5
Tension (kV)
PS A B C D E
0 GED