Le transformateur solaire

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Le transformateur solaire
Un régleur en charge annule aussi les effets des variations de
tension sur le réseau HTA dues à la production EnR sur la HTA
et permet donc aussi d’améliorer l’intégration des EnR sur le
réseau HTA.
Table technique
Thématiques
• Intégration ENR
• Poste HTA/BT
• Réglage de tension
Cas d’utilisation
• Intégration de la production photovoltaïque
sur le réseau de distribution
Chiffres clés
• 400 kVA de puissance du transformateur
• 100 clients connectés en aval
• 9 prises de conversion HTA/BT
• Tension de consigne variable de 404 à 420V en fonction
de l’ensoleillement
Acronymes
BT
GRD
HTA
NEM
EnR
Basse Tension (400 V)
Gestionnaire de Réseau de Distribution
Moyenne Tension (20 kV)
Network Energy Manager (Gestionnaire d’Energie réseau)
Energie Renouvelable
Table 1 – Table technique du transformateur solaire
Introduction
Ce document détaille l’architecture du transformateur solaire,
c’est çà dire une combinaison entre un transformateur HTA/
BT, un régleur en charge, un capteur de luminosité et un
contrôleur. Un tel transformateur permet d’adapter la tension de
manière dynamique à la production solaire, et donc de pouvoir
mieux intégrer la production photovoltaïque sur le réseau de
distribution.
Figure 2 – Conséquence de l’insertion massive
de production photovoltaïque sur un réseau BT radial
Cahier des charges
En complément de cette fonction basique de stabilisation de la
tension secondaire du transformateur à 404V, le transformateur
régleur en charge utilisé dans le cadre du projet NICE GRID
permet une modulation de la hausse de tension de consigne
sur le réseau BT en fonction de l’ensoleillement. En effet, en
cas d’absence totale de soleil, il n’y a aucun risque de surtension
BT car pas de production PV, la tension consigne au secondaire est
alors remontée à 420V pour améliorer la qualité de fourniture des
clients en aval du poste. Par ailleurs, le gestionnaire d’énergie
réseau (NEM) qui dispose de capacité de calcul avancé peut
proposer au transformateur régleur en charge « solaire » des
tensions de consigne adaptées à la situation du moment.
Objectifs et expression du besoin
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Contexte et objectifs
1
Le projet NICE GRID prévoyait dès l’origine d’utiliser un
transformateur à régleur en charge. Ce système de régulation
dynamique de la tension BT en aval d’un transformateur HTA/BT
permet une insertion plus importante de production PV sur les
réseaux BT en autorisant lors du raccordement du producteur
une hausse de tension plus élevée sur le réseau BT.
En effet, le transformateur à régleur en charge permet de
fixer la tension BT au secondaire du transformateur à une valeur
de consigne en faisant varier son rapport de transformation.
Ainsi, le Gestionnaire du Réseau de Distribution (GRD) connait
précisément la tension BT au poste HTA/BT qui en est équipé,
il peut donc accorder une hausse de tension plus élevée aux
producteurs PV qui s’y connectent.
Figure 3 - Exemple d’une journée
de fonctionnement du transformateur solaire
asservi par le gestionnaire d’énergie (NEM).
Déploiement et mise en œuvre
Architecture et caractéristiques techniques
Le transformateur régleur en charge solaire installé dans NICE
GRID se compose de trois parties :
• Un transformateur HTA/BT régleur en charge
•Un capteur de luminosité
•Un coffret de régulation électronique qui mesure le niveau
d’ensoleillement, reçoit une éventuelle consigne du NEM et
applique une loi mathématique qui définit la tension BT à respecter
au secondaire du transformateur.
Figure 7 – Plages de fonctionnement du transformateur 1
Tests en laboratoire
Avant son installation, le transformateur régleur en charge de
NICE GRID a subi tous les tests réglementaires qui ont abouti à son
raccordement au réseau de distribution.
Installation
Figure 4 – Coffret de régulation électronique
Le transformateur solaire a été installé le 13 Novembre 2014 par
ENEDIS et Schneider Electric en sa qualité de constructeur du
transformateur.
Figure 5 – Transformateur régleur en charge
Figure 6 – Capteur de luminosité
Caractéristique
Puissance nominale
Plage de fonctionnement
Nombre de prises
du régleur
Pas de réglage
Valeur
400 kVA
Tension amont (primaire)=
de 18600V à 21400V
Tension aval (secondaire) =
404V
9
2%
Figure 8 – Installation du transformateur solaire
1. Source : Schneider Electric
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Il présente les caractéristiques techniques suivantes :
2
Figure 9 - Corrélation entre ensoleillement et tension au secondaire du transformateur solaire le 01/04/2015
Résultats
Le graphique ci-dessus (Figure 9) montre la variation de la tension
mesurée un jour d’avril 2015. On observe bien la corrélation entre
l’ensoleillement local (mesuré par un capteur en W/m²) et la
tension BT au poste HTA/BT.
La vue suivante donne un autre aperçu de la régulation solaire.
Au-delà de 900W/m², la tension de consigne est fixée à 404V,
ce que montre bien l’interface suivante. La tension mesurée (en
temps réel) indique 403,6V.
Figure 11 – Interface de supervision
en présence de faible luminosité
Variante du transformateur solaire
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Figure 10 – Interface de supervision
en présence de forte luminosité
3
Lorsque la luminosité baisse (440W/m² par exemple sur l’image
ci-dessous), la valeur de consigne remonte linéairement jusqu’à la
valeur de 420V pour une luminosité nulle. La tension mesurée (ici
410,8V) remonte alors à une valeur proche de la consigne (fixée ici
par le calculateur à 412,4V).
Figure 12 – Illustration du réglage de tension
couplé à une horloge astronomique
Pour diversifier l’expérience tout en gardant le même principe
de régulation solaire, ENEDIS installera en 2016 un second
transformateur solaire asservi à une horloge astronomique
au Sauze du Lac (05) (Figure 12). À l’instar des outils utilisés pour
la gestion de l’éclairage public, ce système permettra d’estimer
l’ensoleillement extérieur en fonction de l’heure et du jour de
l’année.
Si l’intérêt technique du GRD pour ces transformateurs se
confirme, ENEDIS évaluera la proportion de transformateurs
qui nécessiteraient un régleur en charge pour gérer des
contraintes de tension haute HTA et/ou BT.
Messages clés
• Le transformateur solaire présente un réel intérêt technique
pour le GRD car il combine la stabilisation de la tension BT en
cas de variation de tension HTA et l’adaptation automatique
de la tension BT à l’ensoleillement local.
•Il permet ainsi de raccorder plus de PV sur la BT en
minimisant les risques de tension haute, puisque la tension BT
au poste HTA/BT est stable, tout en préservant le réseau BT
des chutes de tension en hiver.
•Son exploitation est proche de celle d’un transformateur
classique (c’est-à-dire simple de part son autonomie) mais
son installation est un peu plus complexe du fait du coffret de
contrôle-commande et du capteur. En outre, il nécessite un
espace sans ombre portée sur le capteur.
• ENEDIS testera en 2016 un transformateur solaire avec
asservissement astronomique qui présentera l’avantage
d’être « plug and play » (pas de connexion avec l’extérieur) et
d’être insensible aux ombres extérieures.
•Néanmoins, pour pouvoir envisager un déploiement massif
sur le réseau des transformateurs régleur en charge avec
ou sans régulation solaire, il parait nécessaire de rapprocher
leurs coûts de fabrication et de maintenance de ceux des
transformateurs traditionnels.
Pour aller plus loin
Document
Sujet
Livrable ADEME 3-5
Résultats techniques
Livrable ADEME 1-35
Messages clés
Glossaire
Définition
Horloge
astronomique
Une horloge astronomique est une horloge ayant des mécanismes et cadrans spéciaux qui affichent
des informations astronomiques, comme la position relative du soleil, de la lune, des constellations zodiacales
et parfois quelques planètes. Pour le transformateur solaire, l’horloge astronomique indique le changement
jour/nuit.
Capteur de
luminosité
Un pyranomètre/capteur de luminosité est un type d’actinomètre utilisé pour mesurer la radiation solaire
de haut débit sur la surface planaire et un capteur désigné à mesurer la densité de flux de radiation solaire
(W/m²) avec un champ de vision de 180°.
Gestionnaire
d’Énergie Réseau
(NEM)
Plateforme informatique hébergée dans le système d’information d’ENEDIS, le NEM assure l’importation
des prévisions, l’analyse du réseau de distribution, la validation des requêtes des opérateurs,
la gestion du mécanisme de transaction avec les agrégateurs, la publication des ordres de réservations/
activations et le portail web pour les opérateurs de dispatching.
Régleur en charge
Un changeur de prises, d’après la désignation de la commission électrotechnique internationale,
régleur en charge, d’après la désignation RTE, est un appareil permettant de rajouter ou de retrancher
des spires à l’enroulement principal du transformateur. Le rapport de transformation du transformateur
peut ainsi être adapté aux conditions de charge sur le réseau afin de maintenir la tension à un niveau optimal.
Il est dit en charge lorsqu’il peut adapter son rapport de transformation sans être mis hors tension.
Poste HTA/BT
Un poste HTA/BT est un local assurant la liaison entre le réseau moyenne tension (HTA) et le réseau basse
tension (BT). Le poste HTA/BT est essentiellement composé d’un équipement permettant de le connecter
au réseau HTA, d’un transformateur HTA/BT abaissant la tension, et d’un tableau permettant de répartir
l’énergie électrique sur les différents départs BT alimentant les clients. Les dimensions du transformateur
varient de 50 à 1000 kVA dans la mesure où le nombre de clients alimentés est très variable
(jusqu’à 300 clients résidentiels).
Contraintes de
tension
Dans le réseau de basse tension, l’injection ou le retrait de la puissance active augmente/diminue localement
la tension : une contrainte de tension apparaît lorsque la tension est proche des contraintes limites
définies dans la norme EN50160, soit Un +/- 10%, avec Un=230 V.
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Terme
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