Impacts sur la qualité de l'énergie dans un micro-réseau typique

I. INTRODUCTION

Une petite entité de réseau électrique connue sous le nom de Microgrid fournit un approvisionnement énergétique sûr et fiable aux charges critiques des communautés. Il fournit également un approvisionnement énergétique durable et autonome aux communautés situées dans des zones reculées où il n'y a pas d'accès ni d'installation pour le système électrique du réseau principal. MG devrait être capable de fonctionner en mode réseau ou hors réseau.

MG intègre plusieurs sources DG comme ; RE, unités de puissance conventionnelles et divers types d’options de stockage d’énergie. DG dans MG offre plusieurs avantages tels que : faible émission de carbone de l'approvisionnement en énergie, amélioration de l'efficacité et de la fiabilité de l'approvisionnement en énergie, réduction des pertes de puissance dans le réseau de distribution et report de l'amélioration des infrastructures du réseau de distribution, etc. Malgré les avantages, DG crée également divers problèmes de PQ tels que ; variation du flux de puissance qui provoque des écarts de tension et de fréquence, un déséquilibre de tension et de courant, un mauvais facteur de puissance, des distorsions harmoniques, un scintillement de tension, un affaissement/augmentation de tension, etc. dans le réseau de distribution MG.

L'analyse PQ de MG est essentielle pour quantifier le niveau des problèmes de PQ, afin de développer un véritable modèle de MG avec des conditions de PQ améliorées grâce à des mesures de contrôle optimales. Plusieurs études et analyses ont été réalisées par les chercheurs sur les problèmes de PQ dans le réseau électrique MG dans diverses conditions. L'analyse THD a été réalisée par simulation dans un réseau de distribution basse tension intégré photovoltaïque (PV) typique dans diverses conditions. Les niveaux de tension et de courant THD se sont révélés élevés dans les conditions suivantes : pénétration du PV à un niveau plus élevé, à l'extrémité distante, à faible charge et à la charge fonctionnant au facteur de puissance avancé.

Les problèmes de PQ ont été analysés dans un système électrique MG typique à différents niveaux de pénétration des ER et conditions météorologiques via la simulation du logiciel Matlab. Le niveau de problèmes de PQ a été jugé élevé, à 66,6 %, et 99,9 % de pénétration des ER, contre un niveau de 33,3 %. L'analyse THD a été réalisée en intégrant le PV avec une charge linéaire et non linéaire. À un niveau de pénétration photovoltaïque plus élevé avec une charge linéaire, le THD s’est avéré élevé. À 10 % de pénétration PV avec charge non linéaire (par rapport à la charge linéaire), le THD était d'environ 4 %, tandis qu'à 15 % de pénétration PV avec charge non linéaire, le niveau de THD était supérieur à la limite standard d'environ 5,06 %. En plus de l'analyse THD, trois indices PQ ont été appliqués pour évaluer le niveau de distorsion de puissance, de distorsion de forme d'onde et de déséquilibre dans le réseau du système. De même, dans [8] analysé à plus de 50 % de pénétration PV, le niveau de THD de tension dépasse le niveau standard, et a également révélé que la réduction du THD de tension au pire nœud lors de la pénétration d'un plus grand nombre de sous-stations photovoltaïques à proximité ainsi qu'avec plus de boucles dans un réseau hautement maillé.

Dans cette étude, en plus de l'analyse THD, d'autres facteurs PQ tels que ; la variation de puissance, la variation de tension et le niveau de tension de déséquilibre ont également été analysés dans un modèle de système électrique MG typique grâce à une simulation logicielle. Le développement du modèle MG et l'analyse d'impact ont été réalisés dans l'environnement logiciel PSS-Sincal. Les résultats de cette étude aideront à développer un véritable modèle MG avec des conditions PQ améliorées pour les communautés à l'avenir. La section II définit les détails du modèle MG et les types d'analyse, la section III explique les résultats de l'analyse et la discussion, et la conclusion de cette étude et des futurs travaux de recherche est donnée dans la section IV.

II. MODÈLE MG

R. Modèle de système d'alimentation MG

B. Analyse du flux de puissance

C. Analyse harmonique

III. RÉSULTATS ET DISCUSSION

Dans cette section, les résultats globaux de la simulation, donnés dans le tableau 4 et le tableau. 5 sont discutés en détail.

A. Variation de puissance

Les perturbations solaires dues à l’effet nuageux peuvent être considérées comme l’une des principales raisons de l’intermittence de la production photovoltaïque. L’intermittence de l’énergie photovoltaïque peut être considérée à différentes échelles de temps, par exemple : au niveau « deuxième » provoque un scintillement de tension et au niveau « minute », il affecte la régulation de la réserve de production d'énergie dans le système électrique [14]. Une perturbation solaire typique pour chaque PV (100 KW) d'une capacité totale installée d'environ 1 MW, connecté au nœud de bus BT (415 V) N7 a été prise en compte pour cette analyse. Pendant cette période de perturbation solaire de 11 heures à 11h40, chaque variation de puissance de sortie PV a été observée du minimum de 0 KW au maximum de 73 KW, comme le montre la figure 4.

Selon le profil de charge quotidien, un flux de puissance active et de puissance réactive provenant des sources d'alimentation (réseau / générateur diesel) est illustré à la figure 5. En raison de cet effet cumulatif de la variation de puissance des dix unités photovoltaïques, la variation correspondante du flux de puissance à partir de la source d'alimentation du réseau et un groupe électrogène diesel ont été observés en mode de fonctionnement sur réseau et hors réseau. Comme le montre la figure 6, une variation de puissance a été observée d'un minimum de 850 KW à un maximum de 1 600 KW côté réseau ainsi qu'à partir du générateur diesel. Cette variation de puissance significative crée une situation de besoin urgent de réserve de production d'électricité et de régulation à partir de la source du réseau pendant le mode de fonctionnement du MG sur réseau. De même, la variation de la puissance de sortie du solaire photovoltaïque crée une situation d'augmentation et de diminution fréquentes des besoins en énergie du générateur diesel, ce qui entraînera une augmentation de l'effet d'usure des composants de l'unité de puissance conventionnelle, des coûts de maintenance et, par conséquent, une réduction de l'efficacité de l'énergie solaire. générateur diesel.

TABLEAU I. RÉSULTATS DES VARIATIONS DE PUISSANCE ET DE TENSION

TABLEAU II. RÉSULTATS DU NIVEAU DE TENSION THD ET DE DÉSÉQUILIBRAGE

FIGURE I. VARIATION DE PUISSANCE DE SORTIE PV

GRAPHIQUE II. VARIATION DU DÉBIT DE PUISSANCE (RÉSEAU / DG)

FIGURE III. VARIATION DE PUISSANCE (RÉSEAU / DG)

B. Variation de tension

La variation de la puissance active de sortie perturbe le flux de puissance réactive, provoquant une variation locale du niveau de tension au nœud de bus BT N7. Lors d'une perturbation solaire, une petite variation de tension au nœud de bus BT N7 a été observée, du minimum 97,8 % au maximum 98,1 %, comme le montre la figure 7.

FIGURE IX. VARIATION DE TENSION AU NŒUD DE BUS BT N7

Cependant, en cas d'intégration photovoltaïque de haut niveau dans un réseau faible ou en cas de charge de pointe avec des conditions de basse tension, cette variation de tension peut atteindre un niveau significatif et affecter toutes les charges sensibles connectées à ce nœud de bus particulier.

C. Distorsion Harmonique

Les THD de tension et de courant dans le réseau MG ont été analysés avec 30 %, 50 %, 70 % et 100 % de pénétration PV par rapport à la charge linéaire totale connectée au nœud de bus BT N7, à la charge non linéaire au nœud de bus BT N9 et charge composite (linéaire non linéaire) respectivement au nœud de bus BT N10. Conformément à la norme AS4777-2005 [15], le THD actuel de l'onduleur jusqu'au 50e ordre harmonique doit être inférieur à 5 % et les niveaux de compatibilité du THD de tension selon AS/NZS 61000 [16] doivent être d'environ 8 %.

Le niveau THD de courant et de tension dépasse la limite standard pour une pénétration PV de 100 % au nœud de bus BT N7, comme le montre la figure 8. Pour 70 % du niveau de pénétration PV, la valeur THD de tension était dans la limite standard, tandis que la valeur THD actuelle dépasse la limite standard. limite standard. Les niveaux de courant et de tension THD étaient bien inférieurs à la limite standard pour 50 % et 30 % du niveau de pénétration photovoltaïque. D’après les résultats ci-dessus, il est clair que le THD de courant et de tension augmente à mesure que le niveau de pénétration photovoltaïque augmente. Cela est dû à l'effet cumulatif de l'injection de courant harmonique des onduleurs photovoltaïques lors d'un niveau plus élevé de production photovoltaïque en référence au courant à pleine charge de la charge linéaire au niveau du nœud de bus N7.

Selon les résultats THD au nœud de bus N9 illustrés à la figure 9, les valeurs THD actuelles pour tous les niveaux de pénétration PV étaient significativement élevées par rapport au nœud de bus N7 et se sont également avérées supérieures à la limite standard. Pour 100 % du niveau de pénétration photovoltaïque, les THD de tension ont été observés juste au-dessus de la limite standard (8,1 %) et dans la limite standard pour les autres niveaux de pénétration. Cela est dû uniquement à l'effet de la charge non linéaire (équipement de classe A et de classe D) connectée au nœud de bus N9.

Les résultats THD au nœud de bus N10, comme le montre la figure 10, indiquent clairement que les valeurs THD actuelles étaient élevées et supérieures à la limite standard pour tous les niveaux de pénétration photovoltaïque (100 %, 70 %, 50 % et 30 %), à l'exception de 20 %. Les valeurs de tension THD se sont révélées inférieures à la limite standard pour tous les autres niveaux de pénétration, à l'exception de 100 %. Les valeurs THD de tension et de courant au nœud de bus N9 étaient faibles par rapport à leurs homologues au nœud de bus N10. Cela est dû à l'effet de la charge composite où les charges linéaires et non linéaires sont réparties dans une proportion égale (50 %) au niveau du nœud de bus N10. Dans cette étude, le filtre harmonique (passif ou actif) n’a pas été pris en compte dans le réseau MG. Seules les données harmoniques de courant typiques pour chaque onduleur photovoltaïque et charge non linéaire ont été prises en compte pour cette étude d'analyse THD.

Sur la base des résultats des Figures 8, 9 et 10, il est clair que le THD atteint un niveau significatif en cas de niveau plus élevé de pénétration photovoltaïque et de quantité de charge non linéaire présente dans le réseau MG. Ce niveau élevé. Le niveau de THD peut provoquer des pertes de puissance, une surchauffe des conducteurs, des transformateurs, des batteries de condensateurs, des moteurs ou des générateurs, ainsi qu'un courant excessif dans la ligne neutre, etc. [11] dans le réseau MG.

D. Déséquilibre de tension

Dans cette étude, le niveau de tension de déséquilibre a été estimé avec une répartition inégale typique des charges monophasées et des générateurs photovoltaïques monophasés au nœud de bus BT N8. Conformément à la norme AS/NZS 61000.2 [16], le niveau de compatibilité de la limite de tension de déséquilibre dans le réseau BT doit être inférieur à 3 %. Au nœud de bus N8, les charges solaires photovoltaïques monophasées et les charges monophasées ont été réparties dans chaque phase comme suit : 10 KW solaire PV et 300 KVA de charge en phase A, 100 KW PV et 100 KVA de charge en phase B, 200 KW PV et 10 KVA de charge en phase C respectivement. Selon le profil de charge quotidien typique, chaque niveau de tension de phase au nœud de bus N8 est illustré à la figure 11. Conformément au profil de tension quotidien, il a été observé que pendant la période de charge de pointe (12h30), la différence de niveau de tension entre phase- A et phase B, C était plus comparable à celle de la période de faible demande (05h30). Comme le montre la figure 12, le niveau de tension dans la phase A était faible, autour de 96,2 % (399 V), alors que dans la phase C, il était d'environ 99,4 % (413 V). Grâce à cette analyse, le niveau de tension de déséquilibre au niveau du nœud de bus N8 a été estimé et trouvé dans la limite de la norme AS/NZS 61000.2 [16] d'environ 1,48 %. Cependant, cette valeur peut varier en fonction des conditions de charge selon le profil de tension illustré à la figure 11 et elle peut également augmenter encore au-dessus de la limite standard dans le cas d'un grand réseau de distribution BT avec un niveau d'impédance inégal, une répartition inégale des charges monophasées et PV. génération dans le réseau BT, etc. Cette tension de déséquilibre excessive peut avoir un impact significatif sur le déclassement du moteur à induction avec une augmentation de l'échauffement et des pertes, une augmentation des contraintes thermiques pour les composants électroniques du variateur de vitesse (VSD) avec l'ajout d'un courant harmonique triple, etc. [12].

IV. CONCLUSION

Cette étude met en évidence les problèmes critiques de qualité de l'énergie (PQ) dans les systèmes de micro-réseaux (MG), notamment les variations de puissance et de tension, la distorsion harmonique totale (THD) et le déséquilibre de tension, causés principalement par l'intégration de sources d'énergie renouvelable (ER). , convertisseurs d'électronique de puissance (PE) et charges non linéaires. Les résultats de simulation révèlent que des niveaux de pénétration photovoltaïques plus élevés augmentent considérablement le THD et le déséquilibre de tension, ce qui peut nuire à l'efficacité et à la fiabilité des systèmes MG. Les fluctuations de puissance dues à la nature intermittente du solaire photovoltaïque nécessitent une régulation améliorée, tandis que le déséquilibre de tension provoqué par une répartition inégale de la charge a un impact sur les équipements sensibles et augmente les inefficacités opérationnelles.

En mettant l'accent sur l'intégration Filtre harmonique actif,Les solutions PQ avancées de YT Electric permettent aux opérateurs de MG de relever les défis des systèmes énergétiques modernes, en garantissant une fourniture d'énergie fiable, efficace et durable. Les efforts futurs peuvent intégrer les technologies de stockage d’énergie et optimiser les stratégies de contrôle pour améliorer davantage le PQ et garantir le fonctionnement transparent des MG dans divers scénarios. YT Electric est un partenaire fiable pour permettre des systèmes énergétiques plus intelligents et plus résilients.