Nouvelles perspectives sur les oscillations subsynchrone dans les systèmes électriques

Les Oscillations subsynchrone (OSS) sont un type de perturbation qui peut survenir dans les systèmes électriques, surtout quand certains types de convertisseurs électriques sont utilisés. Ces convertisseurs sont super importants pour contrôler le flux d'électricité et gérer les sources d'énergie renouvelable comme le vent et le solaire. Comprendre et gérer ces oscillations est crucial pour maintenir la stabilité des réseaux électriques, surtout avec l'intégration croissante des solutions d'énergie renouvelable.

#Types de convertisseurs dans les systèmes électriques

Dans les systèmes électriques, on utilise différents types de convertisseurs. Les deux principaux types sont les convertisseurs suiveurs de réseau (GFLC) et les convertisseurs formateurs de réseau (GFC). Les GFLC sont généralement utilisés pour connecter des sources d'énergie renouvelable au réseau et sont conçus pour suivre la tension et la fréquence du réseau. En revanche, les GFC sont conçus pour créer une connexion stable au réseau, même quand ils fonctionnent avec des sources d'énergie renouvelable qui peuvent fluctuer.

#Contexte sur les OSS

On a observé des OSS dans divers systèmes électriques, particulièrement avec les GFLC. Ces oscillations peuvent résulter de différents facteurs, comme l'utilisation de condensateurs en série, des conditions de réseau faibles, ou des interactions entre des sources d'énergie propre. Même si de nombreuses études ont examiné ces oscillations dans des systèmes utilisant des GFLC, il y a eu beaucoup moins d'attention sur les OSS associés aux GFC. Récemment, des chercheurs ont commencé à explorer comment ces nouveaux convertisseurs peuvent aussi conduire à la formation d'oscillations subsynchrone.

#Un nouveau type d'oscillation

Dans cette recherche, un nouveau type d'OSS a été identifié dans des systèmes comprenant 100 % de GFC fonctionnant avec une méthode de contrôle spécifique appelée contrôle par droop. Cette méthode aide à gérer la puissance de sortie tout en assurant la stabilité. La nouvelle oscillation trouvée, appelée "OSS interzone", se produit lorsque des GFC dans différentes zones du réseau interagissent de manière à provoquer des oscillations. C'est différent des oscillations traditionnelles où les convertisseurs dans une seule zone peuvent s'influencer mutuellement.

#Qu'est-ce que les OSS interzone ?

Les OSS interzone se caractérisent par des groupes de GFC de différentes zones oscillant les uns contre les autres. Cela signifie qu'au lieu qu'un seul groupe de convertisseurs dans une zone affecte un autre groupe dans une zone différente, les oscillations se produisent entre des groupes s'étendant sur plusieurs zones. Cette découverte ajoute une nouvelle dimension à notre compréhension de la façon dont les systèmes d'énergie renouvelable modernes peuvent se comporter et interagir.

#L'impact des délais

Un facteur important qui influence la stabilité de ces oscillations est le délai dans le système de Contrôle de rétroaction du contrôle par droop utilisé dans les GFC. La boucle de rétroaction est cruciale car elle aide à ajuster la puissance de sortie en fonction des conditions du réseau. Les délais dans ce mécanisme de contrôle peuvent conduire à une instabilité du comportement oscillatoire des convertisseurs.

Dans cette étude, on a trouvé que lorsque les délais dans les réponses de contrôle sont modérés-spécifiquement autour de trois millisecondes-la stabilité de ces modes oscillatoires pourrait s'améliorer. Cela souligne l'importance d'un timing précis dans les contrôles électroniques et la gestion de l'énergie dans le réseau.

#L'importance de la simulation

Pour mieux comprendre ces oscillations, les chercheurs ont utilisé plusieurs techniques de modélisation. Deux approches principales ont été mises en avant : le calcul de phasor spatial (SPC) et le calcul de phasor quasi-stationnaire (QPC). Ces modèles aident à analyser le comportement du système électrique en réponse à différentes conditions et réglages de contrôle.

Les modèles SPC étaient utiles pour capturer efficacement la dynamique des OSS interzone, tandis que les modèles QPC avaient du mal à reproduire ces phénomènes. Cela indique le besoin de techniques de modélisation avancées pour bien comprendre le comportement oscillatoire des systèmes qui exploitent des GFC.

#Études de cas

Pour explorer ces comportements plus en détail, plusieurs études de cas ont été réalisées en utilisant des systèmes de test modifiés qui incluaient différents niveaux de pénétration de GFC. Ces études ont exploré des systèmes avec un mélange de GFC et de générateurs synchrones traditionnels (SG). L'analyse a impliqué d'identifier les conditions spécifiques sous lesquelles les OSS apparaissent et comment elles étaient influencées par le niveau d'utilisation de GFC et les délais de rétroaction.

En particulier, les études de cas se sont concentrées sur des scénarios où différents pourcentages de GFC remplaçaient des générateurs traditionnels. Ces cas ont été examinés pour voir comment les modes oscillatoires se comportaient sous différents mélanges opérationnels, fournissant des insights précieux sur les interactions dynamiques entre GFC et le réseau.

#Observation des oscillations intra-zone et inter-zone

Bien que les OSS interzone aient été un point focal, l'étude a aussi revisité les OSS intra-zone. Ce sont des oscillations qui se produisent entre des convertisseurs dans la même zone. Dans les cas où les GFC interagissaient avec des générateurs synchrones dans la même zone, les motifs d'oscillation différaient considérablement par rapport aux cas où plusieurs GFC interagissaient.

Par exemple, quand les GFC fonctionnaient avec des générateurs synchrones, les modes d'oscillation avaient tendance à rester stables. Cependant, quand deux GFC opéraient dans la même région, ils pouvaient produire des motifs d'oscillation instables selon les conditions spécifiques et les délais de rétroaction.

#Résumé des principales conclusions

L'exploration des OSS associés aux GFC a révélé plusieurs points essentiels :

1. Les OSS interzone représentent une nouvelle catégorie d'oscillations qui émergent des interactions entre GFC dans différentes zones.
2. Les délais dans le contrôle de rétroaction jouent un rôle critique dans l'influence sur la stabilité de ces oscillations, avec un délai d'environ trois millisecondes jugé bénéfique.
3. Différentes techniques de modélisation fournissent des niveaux d'insight variés sur le comportement des OSS, soulignant l'importance d'utiliser des stratégies avancées comme le SPC pour comprendre des interactions complexes.

#Directions futures

Alors que l'intégration des sources d'énergie renouvelable continue d'augmenter, gérer les oscillations subsynchrone est crucial pour assurer un réseau électrique stable. Les recherches futures devraient viser à approfondir les dynamiques des OSS interzone et à affiner les techniques de modélisation, rendant possible la prédiction et la réduction des problèmes potentiels de stabilité dans les systèmes électriques.

Les techniques devraient aussi évoluer pour garantir un fonctionnement plus fiable des GFC, surtout dans un réseau de plus en plus dépendant des sources renouvelables. En faisant cela, on peut mieux exploiter l'énergie propre tout en maintenant la fiabilité des systèmes électriques à travers différentes régions. Comprendre ces phénomènes est essentiel pour les producteurs d'énergie, les régulateurs et les ingénieurs qui travaillent sur la prochaine génération de systèmes électriques.