Technologie BESS : Formation de réseau vs Suivi de réseau
Actuellement, les technologies de contrôle des systèmes de stockage d'énergie (PCS) se divisent principalement en deux catégories : le pilotage sur réseau et le suivi sur réseau. Le suivi sur réseau, qui ne peut fournir de manière autonome le soutien de la tension et de la fréquence en tant que source de courant, dépend entièrement de la stabilité de ces paramètres. Il offre donc des capacités de soutien système limitées. En revanche, le pilotage sur réseau, dont la conception repose sur une source de tension, exploite ces capacités grâce à des signaux de référence internes préréglés de tension et de fréquence. Il permet un fonctionnement non seulement connecté au réseau, mais aussi un fonctionnement autonome hors réseau, ce qui se traduit par un soutien au réseau renforcé et une stabilité accrue.
Alors que l'énergie éolienne et solaire jouent un rôle de plus en plus prépondérant dans le système électrique, son mode de fonctionnement connaît une transition importante. C'est notamment le cas dans des régions comme l'Afrique, le Moyen-Orient et l'Amérique du Sud, où la production d'énergie renouvelable est importante, mais où l'infrastructure du réseau reste relativement fragile. Dans ces zones, les grandes centrales d'énergies renouvelables, souvent situées dans de vastes déserts ou le désert de Gobi, sont confrontées à de multiples défis : faibles rapports de court-circuit entre les différents sites, oscillations fréquentes à large bande, inertie insuffisante du système et baisses notables de la stabilité de la tension et de l'angle de puissance. Face à ces problèmes complexes, les technologies de stockage d'énergie intégrées au réseau sont devenues un axe de recherche majeur pour l'industrie.
1. Formation de grille vs Suivi de grille
1.1 Technologie de suivi de grille
Le principe d'un système de stockage d'énergie à suivi de réseau repose sur son fonctionnement en tant que source de courant, dépendant de la tension et de la fréquence du réseau. En mode de contrôle, le convertisseur du système se synchronise avec le réseau en suivant les informations de phase, grâce à une boucle à verrouillage de phase (PLP) mesurant la phase au point de raccordement commun (PCC). Cette approche ne permettant pas au système de fournir indépendamment la tension et la fréquence, il ne peut fonctionner qu'en présence du réseau. Les systèmes de stockage d'énergie à suivi de réseau sont généralement utilisés pour fournir une compensation de puissance instantanée, améliorant ainsi la stabilité et la répétabilité du réseau.
1.2 Technologie de formation de grille
Le principe de fonctionnement des systèmes de stockage d'énergie intégrés au réseau repose sur leur capacité à ajuster en interne les paramètres de tension afin de garantir une tension et une fréquence stables. Les convertisseurs intégrés au réseau utilisent une stratégie de synchronisation de puissance, similaire à celle des générateurs synchrones, permettant une synchronisation sans perte de puissance. Cette méthode de contrôle est particulièrement adaptée aux réseaux robustes et à faible inertie physique.
Les convertisseurs de formation de réseau peuvent également fournir une inertie virtuelle et un amortissement au système, permettant un fonctionnement autonome même en l'absence d'informations de phase du réseau externe. À mesure que la part des énergies renouvelables et des dispositifs d'électronique de puissance augmente – entraînant une réduction de l'inertie du système et un affaiblissement du réseau – la technologie de contrôle de formation de réseau améliore la capacité des convertisseurs à supporter la tension et la fréquence, contribuant ainsi à la stabilité du réseau électrique.
Grâce à sa caractéristique de source de tension, le système BESS de formation de réseau atténue efficacement les problèmes de capacité de court-circuit insuffisante et de manque d'inertie de rotation dans les systèmes électriques de nouvelle génération.
2. Différences de technologie et d'application
La principale différence entre le suivi de grille et la formation de grille BESS Les caractéristiques de la source et les méthodes de contrôle sont essentielles. Un système suiveur de réseau fonctionne essentiellement comme une source de courant ; incapable de fournir un soutien en tension et en fréquence, il dépend du réseau. Un système formateur de réseau, quant à lui, fonctionne essentiellement comme une source de tension. Grâce à la définition interne de signaux de référence de tension pour la tension et la fréquence de sortie, il peut fonctionner aussi bien en mode connecté au réseau qu'en mode autonome, offrant ainsi de solides capacités de soutien au réseau.
De plus, les convertisseurs de suivi de réseau rencontrent des problèmes de stabilité dans les réseaux faibles, tandis que les convertisseurs de formation de réseau peuvent offrir un soutien de fréquence stable, améliorant ainsi la stabilité du réseau.
Les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) à suivi de réseau conviennent aux applications sur un réseau stable, sans assistance supplémentaire en tension et en fréquence. En revanche, les systèmes BESS à formation de réseau sont adaptés aux nouveaux types de réseaux électriques, notamment dans les régions à forte pénétration d'énergies renouvelables et à stabilité de réseau relativement faible.
3. Comparaisons PCS
3.1 Structure PCS suivant la grille
Le PCS à suivi de réseau contrôle principalement le courant alternatif. Il suit l'angle de phase de la tension du réseau existant grâce à une ligne de commande paramétrique (PPL), puis une transformation de coordonnées et une modulation PWM génèrent les signaux de commande renvoyés aux dispositifs de commutation.
La technologie de boucle à verrouillage de phase (PLL) utilisée dans les structures de contrôle des systèmes de conversion d'énergie par impulsions (PCS) suivant le réseau est relativement mature à ce stade, permettant le fonctionnement du système dans des conditions de courant et de point de puissance maximale prédéterminées. Cependant, même si la technologie PPL sur laquelle elle repose est mature, elle nécessite toujours l'acquisition passive d'une référence de fréquence et de tension stable du réseau pour fonctionner correctement. De plus, la stabilité de sa boucle de contrôle est inférieure à celle des systèmes de stockage d'énergie formant le réseau, ce qui la rend incapable de fournir un soutien actif au réseau.
3.2 Structure PCS formant une grille
Contrairement aux systèmes de suivi de réseau qui utilisent des boucles à verrouillage de phase pour la synchronisation, les systèmes de formation de réseau (PCS) définissent en interne les signaux de référence de tension et se synchronisent avec le reste du réseau grâce à un module de calcul de puissance et à une régulation de la chute de fréquence. Cette approche, similaire au fonctionnement d'un générateur synchrone, ne nécessite aucun signal de référence de tension externe.
Le PCS de formation de réseau peut ajuster sa production de manière autonome et en temps réel, sans référence de production externe. En régulant sa puissance de sortie pour maintenir la tension, il fonctionne comme une source de tension pour le raccordement au réseau, tout en garantissant la stabilité du système. Il peut établir un réseau indépendant dans les réseaux fragiles dépourvus de sources de tension stables. Cependant, la capacité de courant de surtension du PCS de formation de réseau a été augmentée de 1,5 à 3 fois le courant nominal, ce qui entraîne des coûts nettement supérieurs à ceux des systèmes de suivi de réseau.
4. Fonctions PCS de formation de grille
4.1 Formation de la tension du réseau
Les systèmes de conversion de puissance (PCS) pour la formation de réseau peuvent reproduire les mécanismes de fonctionnement et les caractéristiques des générateurs synchrones grâce à un modèle de générateur synchrone virtuel (VSG). Le VSG imite les processus de régulation de fréquence et de tension d'un générateur synchrone physique, en simulant le contrôle de l'excitation par la régulation de la puissance réactive et de la tension. Ceci assure un soutien inertiel actif, reproduit le comportement de sortie des générateurs synchrones et permet la formation de réseau.
4.2 Régulation de fréquence et réponse inertielle
Lors de perturbations du réseau électrique, des paramètres tels que l'inertie de rotation virtuelle (J) et le coefficient d'amortissement (D) de la commande VSG contribuent à atténuer les variations de fréquence, améliorant ainsi la stabilité de la fréquence et de l'angle de puissance. L'inertie virtuelle J n'étant pas un composant physique, sa valeur peut être ajustée avec précision, sans contraintes matérielles. De plus, le PCS de formation de réseau offre une capacité de surcharge instantanée de 1,2 fois, assurant une réponse inertielle robuste.
4.3 Suppression des oscillations à large bande
Les convertisseurs de puissance à grille peuvent atténuer les risques d'oscillations à basse fréquence grâce à des coefficients d'amortissement adaptables (D). Ils utilisent également des techniques telles que l'impédance virtuelle et l'amortissement actif pour modifier les caractéristiques d'impédance à des fréquences spécifiques et supprimer les oscillations.
4.4 Tenue aux défauts de tension
Lors des creux de tension (LVRT), le système de maintien de tension (PCS) de formation de réseau utilise la limitation de courant et le contrôle d'impédance virtuelle en cas de surcharge pour assurer le fonctionnement de la source de tension et favoriser la formation du réseau. En cas de creux de tension (HVRT), il intègre la régulation de la tension aux bornes en temps réel dans sa stratégie de contrôle, en utilisant une réponse rapide de la puissance réactive pour supprimer les surtensions et contribuer à la stabilité du réseau.
Capacité de démarrage à froid 4.5
Un système de formation de réseau (PCS) peut initier et soutenir la restauration du réseau après une panne générale. Il établit de manière autonome la tension alternative, assure l'excitation des unités de production principales et, si nécessaire, forme un réseau indépendant. Cependant, en raison des courants d'appel élevés lors du redémarrage, une seule unité ne peut pas alimenter les charges auxiliaires. Un système de gestion de l'énergie (EMS) doit coordonner plusieurs unités PCS de formation de réseau en parallèle afin de prendre en charge l'excitation des transformateurs et l'établissement de la tension.
5. FAQ
Q1 : Quelle est la différence fondamentale entre le stockage d'énergie formant le réseau et le stockage d'énergie suivant le réseau ?
UN:Les systèmes suiveurs de réseau agissent comme des sources de courant dépendantes qui nécessitent un réseau stable pour se synchroniser, tandis que les systèmes formateurs de réseau agissent comme des sources de tension indépendantes capables de créer et de maintenir la tension et la fréquence d'un réseau par elles-mêmes.
Q2 : Pourquoi la technologie de formation de réseau est-elle essentielle pour les systèmes électriques modernes ?
UN: À mesure que les énergies renouvelables (comme l'éolien et le solaire) remplacent les générateurs traditionnels, l'inertie du réseau diminue, engendrant une instabilité. Le stockage d'énergie intégré au réseau fournit une inertie virtuelle essentielle et un soutien de la tension, ce qui le rend indispensable pour les réseaux fragiles et les environnements à forte utilisation d'énergies renouvelables.
Q3 : Quels sont les principaux avantages fonctionnels d'un PCS formant une grille ?
UN: Ses principaux avantages sont les suivants : l'établissement de la tension du réseau (démarrage à froid), la fourniture d'une inertie virtuelle pour la stabilité de la fréquence, l'amortissement des oscillations et la capacité à traverser de manière robuste les défauts du réseau, tout en fonctionnant dans des scénarios de réseau faible ou hors réseau.
Q4 : Quel est le principal facteur de coût à prendre en compte pour les PCS de formation de réseau ?
UN: L'un des principaux facteurs de coût est sa capacité de courant de surtension améliorée (3,0 fois le courant nominal contre 1,5 pour le suivi de réseau), ce qui nécessite des composants semi-conducteurs de puissance plus robustes et plus coûteux.
