Les chercheurs essaient de comprendre le comportement dynamique des réseaux électriques connectés au réseau et des réseaux autonomes en courant continu afin d’améliorer leur fiabilité globale.
Les sources d’énergie décentralisées, en particulier les énergies renouvelables, ont transformé le paysage énergétique mondial. Ces sources décentralisées offrent un immense potentiel pour diversifier la production d’énergie, réduire la dépendance aux combustibles fossiles et atténuer les impacts environnementaux. Cependant, en raison de l’intermittence des énergies renouvelables, l’intégration de ces sources dans les réseaux existants constitue un défi considérable, en particulier dans les microgrids en courant continu.
Des chercheurs de l’Université technologique fédérale de Paraná, au Brésil, ont récemment développé des modèles mathématiques dynamiques d’ordre complet de microgrids en courant continu pour lutter contre l’instabilité. Cet article examinera le contexte des microgrids en courant continu et comment la recherche pourrait résoudre les problèmes existants.
Microgrid solaire avec stockage à Bad River Reservation, Wisconsin. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Department of Energy/Daniel Wiggins, Jr.
Un aperçu des microgrids en courant continu
Un microgrid en courant continu est un système de distribution électrique localisé fonctionnant principalement en courant continu (CC). Composé de sources d’énergie interconnectées, de charges et de stockage d’énergie, gérés par des commandes avancées, ces microgrids visent à s’intégrer aux sources renouvelables pour fournir une alimentation fiable, en particulier dans les zones éloignées ou hors réseau.
Le principal avantage des microgrids en courant continu, par rapport aux microgrids en courant alternatif, est la connexion directe avec des composants en courant continu, tels que des panneaux solaires et des systèmes de stockage d’énergie, sans besoin de conversion CA/CC. Cela se traduit finalement par une plus grande efficacité grâce à moins d’étapes de conversion.
Comparaison des microgrids en courant alternatif et en courant continu. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Motjoadi et al.
Dans les microgrids en courant continu, diverses topologies régissent l’architecture du système et son efficacité opérationnelle. Une telle topologie est la configuration à bus unique, qui présente un point central où tous les composants se connectent, simplifiant le contrôle mais posant un seul point de défaillance. Les topologies radiales s’étendent d’un point central aux charges périphériques, offrant des possibilités d’expansion simples mais une redondance limitée. En revanche, les topologies en boucle interconnectent les composants dans une boucle, améliorant la fiabilité du système en permettant plusieurs chemins pour le flux de puissance et facilitant l’isolation des erreurs. Bien que le bus unique offre une simplicité, le radial offre une évolutivité, et la topologie en boucle privilégie la fiabilité grâce à la redondance et la tolérance aux erreurs dans la conception et la mise en œuvre des microgrids en courant continu.
Quelle que soit la topologie, garantir le bon fonctionnement stable et les performances robustes des microgrids en courant continu nécessite la modélisation des interactions complexes entre les convertisseurs conçus individuellement, les boucles de contrôle et autres composants.
Une percée dans le fonctionnement stable des microgrids en courant continu
Dans une récente étude, les chercheurs ont utilisé une modélisation mathématique avancée pour garantir le bon fonctionnement stable et les performances robustes des microgrids en courant continu.
Le contrôle de puissance active, répandu dans les microgrids, ajuste la tension ou la fréquence du réseau en réponse aux variations de charge. Cependant, les inconvénients historiques incluent une régulation imprécise, des pertes de puissance potentielles dans les grands réseaux en raison de chutes de tension et l’incapacité à donner la priorité aux charges critiques en cas d’urgence. De plus, les variations entre les convertisseurs peuvent entraîner un partage inégal de la puissance, et les impédances de ligne associées aux convertisseurs contrôlés en puissance active diminuent souvent l’efficacité du système.
Topologie en bus unique, radiale et en boucle (de gauche à droite). Image utilisée avec l’aimable autorisation de Pires et al.
Pour remédier à ces problèmes, l’équipe de recherche a développé des modèles dynamiques d’ordre complet pour les microgrids en courant continu, intégrant toutes les dynamiques pertinentes, telles que les convertisseurs multi-échelles de temps, les boucles de contrôle internes, les charges et les impédances de ligne. Le groupe a examiné les topologies à bus unique, à bus radial et à bus en boucle, créant des modèles détaillés de composants tels que les convertisseurs d’interface avec le réseau et les boucles à phase verrouillée.
L’étude a finalement conclu que la topologie en boucle était moins affectée par l’action de contrôle de puissance active lorsqu’on tenait compte des chutes de tension et des écarts dans la liaison en courant continu, et a été identifiée comme la topologie la plus fiable et stable.
Les microgrids en courant continu pionnent un avenir meilleur
Alors que les énergies renouvelables deviennent de plus en plus importantes pour la société, le rôle des microgrids en courant continu devrait continuer à croître. En évaluant mathématiquement le comportement des différentes technologies de microgrid et en identifiant la solution idéale, cette recherche espère conduire à un avenir où les microgrids en courant continu font partie intégrante et fiable de l’infrastructure électrique.