J’ai une maîtrise ès sciences en génie électrique et j’adore écrire sur le réseau électrique et l’impact de l’énergie éolienne sur celui-ci.
Récemment, l’utilisation de l’énergie éolienne a considérablement augmenté dans le monde entier. Avec le développement et l’amélioration de la technologie de production, les performances des éoliennes sont considérablement améliorées.
Compte tenu du fait que les centrales éoliennes augmentent en taille et en nombre dans les réseaux électriques du monde entier, de nombreuses questions sur les impacts possibles sur le réseau électrique se posent, et il est nécessaire de donner des réponses à ces questions ainsi que des solutions aux problèmes potentiels.
Selon la recherche, les principaux problèmes à étudier sont l’excellente prévision de l’énergie éolienne, le développement fiable des systèmes de stockage, la gestion de la réponse, l’analyse et la conception du marché de l’électricité et, en fin de compte, la stabilité transitoire lors de processus anormaux.
De nos jours, la stabilité dynamique et la réponse en fréquence souffrent des impacts aux fortes pénétrations de l’énergie éolienne, car les éoliennes qui sont en fait non synchrones et ne peuvent pas fournir une réponse inertielle directe lorsque la fréquence du réseau change car elles sont découplées électriquement de la réseau électrique.
Dans cet article, nous avons présenté le système de test de bus IEEE-14 modifié. Nous avons ajouté trois types différents d’éoliennes connectées au nœud 8, afin que nous puissions étudier comment l’intégration de l’éolienne dans le système affectera la stabilité transitoire du système d’alimentation électrique.
Modèle de centrale éolienne DFIG
L’éolienne et les commandes sont des systèmes électriques et mécaniques complexes. Un système éolien typique se compose d’un générateur, d’une boîte de vitesses, d’un rotor à trois pales et de dispositifs de contrôle de la tension, de la vitesse du vent et de l’angle des pales.
Le modèle de centrale éolienne comporte six modules :
- Modèle de machine asynchrone
- Modèle d’éolienne
- système de contrôle de pas
- Modèle de système de contrôle pour la vitesse
- Système de contrôle de la tension AC
- Modèle de système de contrôle pour le pied-de-biche
Dans un générateur à induction à double alimentation, la tension ou le courant du rotor peut être contrôlé à l’aide de l’électronique de puissance, ce qui donne une plus grande contrôlabilité du générateur à induction. La figure 1 représente le modèle de schéma fonctionnel du générateur à induction à double alimentation avec des turbines de type C.
Figure 1. Schéma fonctionnel du modèle DFIG
Impact de l’énergie éolienne sur la stabilité du système électrique
Une pénétration accrue de l’énergie éolienne entraîne une inertie réduite au sein du système, ce qui peut en fait entraîner des problèmes de stabilité de l’angle du rotor. Ces problèmes surviennent lors de perturbations telles que des défauts de bus, des suppressions de lignes, etc. dans le système d’alimentation électrique.
La stabilité transitoire est la capacité du système d’alimentation électrique à maintenir son synchronisme pendant ces perturbations. La période de perturbation d’intérêt est de 3 à 5 secondes.
L’inertie alternateur-turbine joue un rôle important dans la fourniture de la capacité de synchronisation à l’alternateur synchrone, dans le cas où une perturbation provoque une inadéquation entre l’entrée de puissance mécanique et la sortie de puissance électrique de l’alternateur.
Plusieurs scénarios ont été examinés dans cet article sur le réseau de test IEEE, présenté dans la figure 2. Le premier scénario est lorsque nous avons un impact sur le générateur à proximité de la centrale éolienne. Le deuxième cas est lorsque nous sommes confrontés à des pannes sur la ligne de transmission 3-4, et le dernier cas est lorsque nous avons un défaut triphasé sur la ligne de transmission 3-4.
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Figure 2. Le système de test de bus IEEE-14
Sur la figure 3a, nous avons la variation de la vitesse du vent et l’impact de la production de l’éolienne sur la tension du bus, la variation de puissance de G8 et l’angle du rotor. Dans la figure 3b, la variation de la régulation de tension et la variation de la vitesse du vent, la puissance réactive du générateur synchrone et éolien sont présentées.
Figure 3 : L’impact de la variation des éoliennes sur les paramètres de l’éolienne G8
Figure 3a
Figure 3b
Dans la figure 4, l’impact de la variation de l’éolienne sur l’angle du rotor, la puissance réactive et active de G8 et la tension, pendant la panne de la ligne de transmission 03-04, sont présentés.
Figure 4. Impact de la variation du parc éolien sur les paramètres de G8 lors de l’arrêt de la ligne de transmission 03-04 (la ligne verte sans éolien et la ligne rouge avec éolien)
Dans la figure 5, l’impact de la variation de la centrale éolienne sur l’angle du rotor, la puissance active et réactive de G8, la tension, lors d’un défaut triphasé sur la ligne de transmission affectée 03-04 et la ligne défectueuse 03-04. Nous avons observé l’impact en comparant le comportement du système d’alimentation électrique sans pénétration d’énergie éolienne et l’autre cas avec pénétration d’énergie éolienne.
Figure 5. Impact de la variation de la centrale éolienne sur les paramètres de G8 lors d’un défaut triphasé sur la ligne de transmission 03-04 et d’une panne de la ligne en défaut 03-04
Nous pouvons voir que lorsque le système a une pénétration de l’énergie éolienne, une variation accrue de l’angle du rotor apparaît lorsque les unités éoliennes sont connectées au réseau électrique. Les angles relatifs du rotor permettent d’obtenir des oscillations plus importantes pendant les transitoires post-défaut lorsque l’énergie éolienne est présente.
Dans un autre cas de test, le même défaut triphasé est appliqué dans différentes lignes de transmission. Nous réalisons ce cas de test uniquement pour évaluer la valeur CCT du système électrique. Lorsque les générateurs synchrones sont remplacés par des éoliennes, l’inertie du système est diminuée et entraîne une réduction de la valeur CCT.
conclusion
Nous pouvons conclure que la centrale éolienne affecte le comportement du générateur synchrone à proximité de la centrale éolienne en provoquant des changements dans les paramètres et des actions inutiles des systèmes de contrôle. Les angles relatifs du rotor ont toujours tendance à produire des oscillations plus importantes sous l’influence des transitoires post-défaut lorsque la centrale éolienne est présente dans le système.
En remplaçant les générateurs synchrones par des centrales éoliennes, l’inertie totale du système diminue, ce qui entraîne une réduction de la valeur CCT. Si nous comparons deux systèmes (un avec une unité de puissance et le second sans unité d’énergie éolienne), la différence entre le CCT peut être réduite jusqu’à 15 % de la valeur CCT du système d’alimentation sans unité d’énergie éolienne installée dans le système .
À partir des résultats de la simulation, nous pouvons déterminer que les niveaux de pénétration de l’énergie éolienne, le type de topologie du système, le type de perturbation et, à la fin, l’emplacement d’un défaut sont des facteurs très importants lorsque nous déterminons la nature de l’impact du vent. pénétration de l’unité de puissance sur le système électrique.
Cet article est exact et fidèle au meilleur de la connaissance de l’auteur. Le contenu est uniquement à des fins d’information ou de divertissement et ne remplace pas un conseil personnel ou un conseil professionnel en matière commerciale, financière, juridique ou technique.
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