Obtenir de vrais résultats avec le banc d'essai IIC Microgrid

L'Industrial Internet Consortium (IIC) obtient de vrais résultats de son programme de banc d'essai. Le projet Microgrid Testbed, co-dirigé par RTI, démontre la capacité d'alimenter un réseau avec des sources d'énergie 100% renouvelables alors que le réseau actuel ne peut pas dépasser les 40%. Il montre également l'intégration avec des applications de gestion basées sur le cloud qui aident un service public à gérer plusieurs micro-réseaux.

La raison des micro-réseaux

L'intérêt pour la production d'énergie solaire et éolienne continue de croître aujourd'hui pour réduire la pollution, assurer la résilience aux catastrophes et économiser de l'argent. Mais les systèmes de transport et de distribution d'électricité existants n'ont pas été conçus pour gérer un grand nombre de ressources énergétiques distribuées (RED) qui produisent de l'énergie variable comme l'énergie solaire et éolienne. Un panneau solaire peut perdre ou regagner de la puissance en quelques millisecondes avec un nuage se déplaçant rapidement, ou le vent peut soudainement chuter, une autre source doit donc être disponible et prête à prendre la charge immédiatement. Cela peut prendre jusqu'à quinze minutes pour démarrer (ou arrêter) une centrale de production centralisée selon les besoins, et encore plus longtemps pour les centrales thermiques à grande échelle. Étant donné que l'offre doit toujours correspondre à la demande pour un fonctionnement correct, la tension ou la fréquence sur le réseau peut chuter et entraîner une panne du réseau.

Les micro-réseaux couvrent une zone confinée, généralement avec une combinaison de DER, de systèmes de stockage d'énergie, tels que des batteries, et d'une certaine capacité de contrôle local qui permet au micro-réseau de s'isoler du réseau électrique principal et de fonctionner de manière autonome. Ils peuvent donc répondre rapidement et localement à une perte de puissance. Cela peut fournir 15 à 30 minutes supplémentaires à un service public pour augmenter la puissance d'un générateur supplémentaire et maintenir la puissance.

Figure 1. Exemple de micro-réseau qui utilise la communication de données et l'intelligence de périphérie pour automatiser la production d'électricité locale et équilibrer la charge électrique. Les micro-réseaux aident à intégrer des sources d'énergie intermittentes comme l'énergie solaire et éolienne.

De plus, ces ressources renouvelables génèrent du courant continu qui doit être converti en courant alternatif via un onduleur. Les algorithmes de contrôle conventionnels supposent qu'il existe de forts signaux de tension et de fréquence à suivre sur la ligne d'alimentation principale en courant alternatif. La conversion du courant continu en courant alternatif fonctionne très bien lorsque la majeure partie de l'énergie provient de générateurs rotatifs traditionnels comme une centrale au charbon. Mais lorsque la majorité de la puissance provient des DER, les algorithmes de contrôle AC des onduleurs échouent car ils chassent les signaux de puissance les uns des autres. En conséquence, les DER provoquent une instabilité du réseau lorsqu'ils constituent plus de 20 à 40 % de la production. C'est également un défi particulier pour les microréseaux isolés (« insulaires ») - sans quelque chose comme un générateur diesel pour générer le signal d'alimentation principal dans le microréseau, il n'est pas stable.

100 % d'énergie renouvelable

Les services publics déplacent leur infrastructure de communication propriétaire vers le transport Ethernet et le protocole Internet (IP) ou les réseaux à base de paquets. Cela nous permet d'ajouter un réseau sensible au temps (TSN), la dernière technologie de réseau Ethernet en temps réel, entre les nœuds de l'onduleur pour fournir une mesure synchronisée inférieure à la milliseconde de la phase, de la fréquence et de la tension. Au lieu de la méthode traditionnelle de suivi du signal CA, nous avons utilisé la communication réseau pour partager des mesures en temps réel des valeurs de phase, de fréquence et de tension. Cela nous permet de créer un maître de synchronisation virtuel et de résoudre le problème de synchronisation. Grâce à cela, nous avons pu démontrer des sources d'énergie 100 % renouvelables dans un micro-réseau stable.

Intégration cloud et gestion de plusieurs micro-réseaux

Les trois capacités clés de notre architecture de micro-réseau et de DER proposées sont le contrôle intelligent à la périphérie du réseau ; des communications peer-to-peer performantes pour une autonomie locale; et une gestion basée sur le cloud intégrant des données et des analyses tierces. Nous avons utilisé une architecture à plusieurs niveaux pour intégrer la périphérie, le contrôle du micro-réseau et son bus de données en temps réel avec une gestion, une analyse et une visualisation basées sur le cloud.

Figure 2 :Architecture à plusieurs niveaux de communication et de contrôle déployée pour la gestion des micro-réseaux et des réseaux de distribution.

Avec les applications de gestion backend, nous collectons des données sur les conditions de fonctionnement du réseau, les DER et les charges. Nous l'améliorons ensuite avec des données tierces, telles que les conditions météorologiques, et effectuons des analyses intelligentes pour estimer la production d'électricité. Nous nous intégrons également à l'autorité d'équilibrage locale pour la stabilité du réseau et nous nous intégrons au système back-end des services publics pour assurer une visibilité et un contrôle complets du fonctionnement du réseau. Un tableau de bord intégré fournit la visualisation frontale pour l'opérateur de distribution, l'opérateur de micro-réseau et, dans certains cas, les utilisateurs finaux eux-mêmes.

Figure 3. L'interface de l'opérateur du système de distribution offre une visibilité et un contrôle complets d'un réseau de distribution avec des DER, des charges contrôlables et plusieurs micro-réseaux.

Maintenant que nous avons démontré 100 % d'énergies renouvelables et le contrôle de plusieurs micro-réseaux en laboratoire, la prochaine étape consiste à travailler avec un service public sur le terrain. Restez à l'écoute pour plus de mises à jour.

Pour en savoir plus, consultez le livre blanc IIC, « Microgrid synchronisé et prêt pour l'entreprise ».